基于adams的麦弗逊悬架和双横臂悬架仿真对比分析

基于adams的麦弗逊悬架和双横臂悬架仿真对比分析

1麦弗逊悬架两侧臂悬索桥和麦夫特悬索桥是独立悬索桥的典型代表，也是使用最广泛的两种悬索桥。双横臂独立悬架多用于轿车和轻型客、货汽车的前悬架上，但在麦弗逊悬架出现后，逐渐被其所替代。与双横臂悬架相比，麦弗逊悬架的优点是结构紧凑、车轮跳动时前轮定位参数变化小、良好的操纵稳定性，加上由于取消了上横臂，给发动机及转向系统的布置带来了方便。本文采用ADAMS系统软件平台,分别对双横臂悬架和麦弗逊悬架进行建模及仿真分析，并对二者进行性能比较，针对不足之处提出了优化建议方案。2悬架拓扑模型建立本文选取某款以麦弗逊悬架作为前悬架的车型，对其前悬架进行简化，并设计出适合该车型的双横臂悬架模型，使这两种悬架的前轮定位参数、螺旋弹簧刚度、减振器阻尼特性等完全相同，以便具有可比性。在建立悬架模型的过程中，系统绝对坐标系以虚拟的车轮接地印迹中心线连线中心为坐标原点，以车辆行驶反方向为X轴正向，以垂直向上方向为Z轴正向，并通过右手螺旋法则确定Y轴方向。根据已知参数创建硬点及部件，并在部件之间添加链接。采用ADAMS/Car软件建立的麦弗逊悬架拓扑模型和双横臂悬架拓扑模型如图1、图2所示。建立完成的麦弗逊悬架和双横臂悬架模型满载时的静态定位参数基准值分别为：车轮外倾角0.5°，前轮前束0°，主销后倾角3.013°，主销内倾角10.274°。3模拟试验和结果分析3.1双轮同向震动试验在两种悬架模型中分别添加轮胎模型并置于试验台上，定义悬架的仿真参数为：轮胎半径（无负载）0.3m，簧载质量1129.8kg，质心高度300mm，轴距2443mm，前桥制动力分配系数0.64。对两个悬架系统分别进行双轮同向跳动试验，控制轮胎跳动范围为-100～100mm。试验中的麦弗逊悬架与双横臂悬架模型分别如图3和图4所示。3.2麦弗逊悬架的稳定性分析将仿真结果输出到ADAMS/PostProcessor，利用后处理模块输出数据图。试验中主要测量了两种悬架的车轮定位参数、侧倾参数等6项参数。主销后倾角与车轮跳动关系仿真结果曲线如图5所示。从图5中可以看出，车轮在小范围（-50～50mm）内跳动，两种悬架的主销后倾角变化均不大，麦弗逊悬架主销后倾角变化范围为2.813°～3.309°，双横臂悬架主销后倾角变化范围为2.996°～3.367°，相对于静平衡处的后倾角（3.013°），其变动范围在±0.5°之间，符合设计要求；当车轮向上剧烈跳动时，两种悬架主销后倾角都有明显增大的趋势；当车轮向下剧烈跳动时，双横臂悬架变化较大。主销内倾角与车轮跳动关系仿真结果曲线如图6所示。从图6中可以看出，车轮在小范围（-50～50mm）内跳动，麦弗逊悬架主销内倾角变化范围为9.1°～10.89°，双横臂悬架主销内倾角变化范围为9.387°～11.455°，相对于静平衡时主销内倾角值（10.274°），其变动范围在±1°左右，基本符合设计要求；当车轮向上剧烈跳动时，麦弗逊悬架表现稳定，但双横臂悬架的主销内倾角变化较大；当车轮向下剧烈跳动时，双横臂悬架表现稳定，但麦弗逊悬架的主销内倾角变化很大。车轮外倾角与车轮跳动关系仿真结果曲线如图7所示。从图7中可以看出，车轮在小范围（-50～50mm）内跳动，麦弗逊悬架车轮外倾角的变化范围为0.358°～1.248°，双横臂悬架车轮外倾角的变化范围为-0.656°～1.282°，相对于静平衡处的车轮外倾角值（0.5°），其变动范围基本在±1°左右，满足设计要求；当车轮向上剧烈跳动时，麦弗逊悬架的外倾角缓慢增大，双横臂悬架的外倾角急剧下降；当车轮向下剧烈跳动时，则情况相反，双横臂悬架的外倾角缓慢增大，麦弗逊悬架的外倾角出现急剧增大的情况。前轮前束与车轮跳动关系仿真结果曲线如图8所示。从图8中可以看出，车轮在小范围（-50～50mm）内跳动，麦弗逊悬架前束的变化范围为-0.298°～0.623°，双横臂悬架前束的变化范围为-0.659°～1.703°，相对于静平衡处的前束值（0°），其变动范围超出了±0.5°，不符合设计要求；当车轮向上剧烈跳动时，麦弗逊悬架前束继续增加，而双横臂悬架的前束回升，接近0°；当车轮向下剧烈跳动时，双横臂悬架前束值骤增。侧倾中心位置与车轮跳动关系仿真结果曲线如图9所示。侧倾中心是汽车簧载质量绕地面转动时的中心。汽车在实际使用中，侧倾中心越高，侧倾力矩越小，汽车的侧倾稳定性越好。但随着现代汽车速度的提高，侧倾中心过高会引起车轮跳动时轮距变化增大，轮胎磨损加剧，而且在急转弯时左、右车轮垂直力转移过大，易产生高速甩尾等严重后果。从图9的仿真结果可以看出，麦弗逊悬架的侧倾中心低于双横臂悬架，因此双横臂悬架具有更高的侧倾稳定性。静态值分别为37.802mm和128.291mm。随着轮胎位置的升高，侧倾中心降低。侧倾转向与车轮跳动关系仿真结果曲线如图10所示。汽车在实际行驶时，在侧向力作用下车厢发生侧倾，由车厢侧倾所引起的前转向轮绕主销的转动、后轮绕垂直于地面轴线的转动，即车轮转向角的变动，称为侧倾转向，其绝对值越小则说明侧倾引起的车轮转向越小，车辆的直线行驶稳定性越好。图10所示仿真结果可以看出，车轮在小范围（-50～50mm）内跳动，麦弗逊悬架的侧倾转向在-0.155～-0.033之间变化，双横臂悬架的变化范围较大，在0.026～0.534之间；车轮剧烈跳动时，麦弗逊悬架的稳定性明显好于双横臂悬架。4变化，不利于汽车操纵稳定性由上述虚拟试验分析可知，两种悬架的前束值在车轮跳动时均有较大变化，不利于汽车的操纵稳定性。本文针对两种悬架的前束值进行虚拟优化，在不使其他悬架性能恶化的前提下，对影响前束值的悬架结构虚拟模型参数进行修正，从而优化前束值，进一步提高车辆性能。4.1悬架模型的优化设计前轮前束可通过改变横拉杆长度来调整，因此以悬架模型转向横拉杆的内点和外点6个坐标值作为设计变量，以悬架模型前轮前束作为目标函数,使用ADAMS/Insight模块，在不影响其他设计参数的前提下，分别对麦弗逊悬架和双横臂悬架模型的前束值进行优化设计。4.2优化结果分析通过优化，得到新的硬点坐标参数，将其作为设计点坐标修正模型，并再次对两种悬架进行双轮同向跳动试验，将其结果与优化前结果进行对比分析。4.2.1车轮撞击情况分析麦弗逊悬架优化前、后前轮前束随车轮跳动的变化趋势如图11所示。从图11中可看出，优化后前轮前束随车轮跳动的变化量明显降低，车轮小幅（-50～50mm）跳动时，变化范围为0～0.153°，符合设计要求；车轮剧烈跳动时前束值变化不大，也满足平顺性要求。优化前、后侧倾转向随车轮跳动的变化趋势如图12所示，可知优化后悬架的侧倾转向特性有了明显改善，由原来的-0.155～-0.033降低到现在的-0.035～0.0204，直线行驶稳定性提高。其他参数优化前、后并未发生较大变化，依然符合设计要求。4.2.2悬架的侧倾转向随车轮击穿双横臂悬架优化前、后前束随车轮跳动的变化趋势如图13所示。从图13中可见，优化后前束的变化范围减小，车轮小幅（-50～50mm）跳动时，变化范围为-0.024°～0.412°，符合设计要求；车轮剧烈跳动时，前束值变化也不大。优化前、后侧倾转向随车轮跳动的变化趋势如图14所示，可知经过优化后悬架的侧倾转向变化范围由原来的0.026～0.534变为现在的-0.172～0.193，直线行驶稳定性明显提高。其他参数优化前、后并未发生很大变化，依然符合设计要求。5两种悬架的比较结果本文运用ADAMS软件平台，通过建立麦弗逊悬架和双横臂悬架的系统模型，对它们进行双轮同向跳动仿真试验，通过对两种悬架系统的车轮定位参数、侧倾特性参数、行驶稳定性参数等12个特征参数的差异进行比较并优化，获得以下结论：a.试验结果基本符合预期目标。b.车轮在小范围内跳动时，两种悬架的主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角均表现稳定，基本符合设计要求；但车轮剧烈跳动时，两种悬架的定位参数都