肖歡 魯磊

摘 要：基于虛擬樣機(jī)技術(shù)，參照某中型客車具體設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)客車懸架結(jié)構(gòu)提取硬點(diǎn)坐標(biāo)，首先運(yùn)用ADAMS建立汽車的懸架動(dòng)力學(xué)模型，其次進(jìn)行懸架K&C特性仿真分析，最后通過仿真軟件分析了主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、輪胎滑移量等定位參數(shù)的變化范圍。仿真結(jié)果為懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考，并對(duì)以后優(yōu)化和改善懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等提供參考以降低研究周期和成本。

關(guān)鍵詞：懸架系統(tǒng) ADAMS K&C仿真 定位參數(shù)

1 引言

操控穩(wěn)定性是影響車輛的重要性能，車輛的操控穩(wěn)定性會(huì)相應(yīng)的影響汽車行駛平順性，而汽車的平順性主要是由汽車乘坐乘員的主觀感覺來進(jìn)行評(píng)價(jià)。在綠色出行大環(huán)境的影響之下，越來越多人愿意選擇公共交通工具出行，因此車輛的操控穩(wěn)定性能也越來越受到重視。虛擬樣機(jī)仿真技術(shù)可通過建立車輛仿真模型，對(duì)車輛的不同行駛工況分析，然后輸出一系列參數(shù)對(duì)車輛綜合性能進(jìn)行研究。使用虛擬樣機(jī)仿真建?？杀苊鈱?shí)車試驗(yàn)企業(yè)研發(fā)成本過高，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定量分析獲得汽車操控穩(wěn)定性和平順性的相關(guān)參數(shù)，以獲得較理想的汽車綜合性能。本文以某中型客車為研究對(duì)象，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行汽車的建模和裝配，借助ADAMS軟件對(duì)汽車懸架性能進(jìn)行仿真分析，為懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

2 懸架系統(tǒng)基本理論

懸架的主要作用是傳遞車架和車輪之間的各種力和力矩，達(dá)到車輛行駛過程中緩沖、減震的作用，保證車輛能夠在不平的路面上正常行駛。懸架的性能優(yōu)劣影響著汽車的操控穩(wěn)定性能及乘客的乘坐舒適性，因此對(duì)懸架性能進(jìn)行仿真分析是非常有必要的。懸架系統(tǒng)特性主要分析懸架K特性和懸架C特性。懸架K特性指kinematics，表示懸架幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。懸架C特性指compliance，表示懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)特性[1]。K&C主要影響車輛操縱穩(wěn)定性，包括車輪外傾角的變化和側(cè)傾轉(zhuǎn)向以及變形轉(zhuǎn)向等引起的參數(shù)變化。

3 客車懸架仿真模型建立

根據(jù)車輛結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)圖紙，錄入客車主要參數(shù)作為在 ADAMS/Car中建立整車動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)和參考，客車的主要參數(shù)如表1所示。

考慮到客車整車系統(tǒng)的復(fù)雜性，將與懸架系統(tǒng)無關(guān)的零部件盡可能的進(jìn)行簡(jiǎn)化處理[2]。在建模過程中首先在系統(tǒng)中建立四個(gè)襯套硬點(diǎn)坐標(biāo)。建立硬點(diǎn)后，根據(jù)研究客車的鋼板彈簧相關(guān)參數(shù)，建立好鋼板彈簧的多體動(dòng)力學(xué)模型。在建立鋼板彈簧子系統(tǒng)前，要建立鋼板彈簧模型與車架、車橋模板相連接的臨時(shí)替代部件（Mount part）。替代部件建立后，會(huì)自動(dòng)生成相應(yīng)的通訊器，實(shí)現(xiàn)前鋼板彈簧子系統(tǒng)系統(tǒng)與車橋（前橋）、車架系統(tǒng)的正確連接，保證懸架模型的正確裝配。車橋子系統(tǒng)可根據(jù)企業(yè)提供的數(shù)據(jù)，通過修改ADAMS中自帶車橋模板，建立車橋模型。 在ADAMS中按照懸架系統(tǒng)建立方法，建立客車前、后懸架模型，如圖1、圖2所示。

4 客車懸架系統(tǒng)仿真分析

ADAMS/Car模塊提供了不同的懸掛K&C仿真試驗(yàn)，本文就車輪激振中車輪同向跳動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行懸架K&C特性分析。

4.1 車輪跳動(dòng)量分析

考慮到客車行駛路面狀況，將車輪的跳動(dòng)量設(shè)置為從-50mm到+50mm進(jìn)行同向激振試驗(yàn)。輸入數(shù)據(jù)，得到以下參數(shù)的仿真曲線。

在車輪從-50mm到+50mm的變化跳動(dòng)中，圖3外傾角約呈現(xiàn)從-0.055°到+0.059°之間的變化，圖4中前束角約從+1.1°變化到-0.8°之間。圖3中外傾角變化幅度為0.104°，這個(gè)變化幅度不大，可以保證輪胎不會(huì)有較大的磨損。

在車輪從-50mm到+50mm的變化跳動(dòng)中，圖5主銷后傾角約從2.97°變化至2.67°，圖6中主銷內(nèi)傾角約從5.005°變化至5.044°。主銷后傾角一般設(shè)計(jì)要求是小于3°的，主銷內(nèi)傾角的一般設(shè)計(jì)要求在5°～8°之間，小于5°時(shí)維持汽車直線行駛的穩(wěn)定性會(huì)變差，超過8°時(shí)會(huì)增加輪胎的磨損。結(jié)合圖5和圖6可見，主銷后傾角和主銷內(nèi)傾角均在理想的變化范圍之內(nèi)，這使客車的操縱輕便性能得到了保證并能減少行駛中輪胎的磨損。

4.2 輪胎滑移量分析

圖7中輪胎側(cè)向滑移量曲線變化最大范圍為-0.026mm。圖8中輪胎縱向滑移量曲線變化范圍為-2.7mm～1.6mm。在車輪跳動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，輪胎滑移量大，可能會(huì)導(dǎo)致車輪偏磨損，因此輪胎的滑移量越小越好。總體來說，圖7和圖8中曲線變化均處于理想變化范圍內(nèi)，這說明此客車懸架系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。

5 結(jié)論

利用ADAMS/Car模塊提供不同的懸架K&C仿真試驗(yàn)，進(jìn)行懸架K&C特性分析，得到懸架系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)曲線。從仿真結(jié)果看，仿真結(jié)果與理論分析結(jié)果基本吻合，所建客車模型正確，其懸架系統(tǒng)具有良好的動(dòng)力學(xué)性能，仿真曲線取得了較好的結(jié)果。文中未對(duì)懸架系統(tǒng)性能進(jìn)行優(yōu)化方面分析研究，如果能進(jìn)一步考慮更多的影響因素，建立更為精確的整車動(dòng)力學(xué)模型，則能進(jìn)一步優(yōu)化分析懸架動(dòng)力學(xué)仿真曲線。該仿真分析對(duì)汽車操控性能的評(píng)價(jià)有一定的指導(dǎo)意義，也具有更重要的現(xiàn)實(shí)意義。

基金項(xiàng)目：安徽省質(zhì)量工程教學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（2019jyxm0670）-工匠精神背景下產(chǎn)教融合校企“雙元”育人課程體系的構(gòu)建研究與實(shí)踐——以戴姆勒（奔馳）鑄星教育項(xiàng)目為例

參考文獻(xiàn)：

[1]李雪莉.基于ADAMS的空氣懸架客車動(dòng)力學(xué)仿真分析[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

[2]蔡曉楓，代宣軍.基于ADAMS的麥弗遜汽車懸架仿真分析與優(yōu)化[J].大眾科技，2019，21（02）：34-37.

[3]劉勇進(jìn)，張雅哲.基于某SUV車型汽車懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真[J].時(shí)代汽車，2019（17）：101-102.

[4]陳雄武，劉士賓，閆國杰.基于ADAMS/Car的某車型雙橫臂前懸架仿真分析[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2019，57（11）：108-110.