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基于 UGADAMS 汽车 悬架 三维 建模 分析

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文章编号:1671 - 5497(2004)04 - 0554 - 05收稿日期:2004201224.作者简介:宋传学(1959 - ) ,男,教授,博士生导师. E2mail :songchx 126.com基于ADAMS/ CAR的双横臂独立悬 架 建 模 与 仿 真宋传学,蔡章林(吉林大学 汽车工程学院,吉林 长春 130022)摘 要:运用ADAMS/ CAR软件建立了某皮卡车双横臂独立悬架模型,在理论验证的基础上揭示了该悬架的运动规律。实验结果证明:将下控制臂与车架前安装点下调20 mm ,可使悬架的抗点/抬头性能、 悬架刚度和侧倾角刚度得到明显改善。关键词:车辆工程;双横臂悬架;仿真模型;运动学;ADAMS/ CAR中图分类号:U463. 33 文献标识码:AModeling and simulation of double wishbonesuspension based on ADAMS/ CARSONG Chuanxue ,CAI Zhanglin( College of A utomotive Engineering ,Jilin University , Changchun130022, China)Abstract :A double wishbone suspension model of a pickup was built using ADAMS/ CAR. The kinematicsof the suspension was uncovered base on the general theory. The experimental results show that the anti2dive/ anti2lift、ride rate and total roll rate performance are improved remarkable by putting 20 mm down thelow control arm front point connected to the body.Key words :automotive engineering; double wishbone suspension ;simulation model ;kinematics;ADAMS/CAR悬架的结构特点对操纵稳定性和平顺性的影响至关重要1。双横臂悬架有诸多优点,使其广泛应用于轿车、 轻型车等的作为前悬架。文献24以不同的数学方法对双横臂悬架运动规律进行了分析。本文以多体系统动力学软件ADAMS/ CAR为手段分析了双横臂独立悬架运动规律。该方法具有运算速度快、 求解精度高、 修改方便、 通用性强等优点,广泛应用于悬架和整车设计开发58。1 模型的建立与验证图1为简化的前悬架刚性铰链连接模型。下控制臂1的一端通过橡胶衬套与副车架7连接,并可以绕2个与车架的连接点的连线转动,在刚性铰链连接的模式下简化为1个转动铰链。另一端通过球铰与转向节3连接;上控制臂2的连接方式与下控制臂的连接方式相同;转向横拉杆5一端通过球铰与第34卷 第4期吉 林 大 学 学 报(工 学 版)Vol. 34No. 42004年10月Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition)Oct. 2004 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 转向节3连接,另一端通过等速万向节与地面连接;转向节3通过转动铰链与车轮9连接;减振器8上端与车架连接,下端与下控制臂连接;扭杆弹簧4一端与车架固接,一端与下摆臂固接;横向稳定杆6两端与下摆臂连接,中间通过橡胶衬套与车架连接。整个悬架放置在激振台架10上。通过在激振台10上施加垂直方向的运动来计算各参数的变化规律。利用文献2介绍的理论方法计算外倾角随车轮跳动距离d的变化规律,并与仿真结果进行了对比(见图2)。理论计算结果与仿真结果存在一定差异,主要原因是仿真中考虑了橡胶衬套,而理论计算中没有考虑。2 计算结果将激振台架上下激振位移设置为50 mm ,使左右车轮同步上下跳动,计算悬架跳动过程中主要性能参数的变化规律。211 前轮定位角外倾角:图3为外倾角的变化曲线,变化范围为- 0. 4 0. 5/ 50 mm。车轮跳动时的外倾角变化对车辆的稳态响应特性等有很大影响1,所以应尽量减少车轮相对车身跳动时的外倾角变化。前束角:图4为前束角变化曲线,变化范围为- 0. 03 0. 37/ 50 mm。设计时希望在车轮跳动时前束角不变或变化幅度较小。 主销后倾角:图5为主销后倾角变化曲线,变化范围在2. 42 附近。主销后倾角对转向时的车轮外倾角变化影响较大。若主销后倾角设计较大,则外侧转向轮的外倾角会向负方向变化。当前轮主销后倾角较大时,需增加前轮转向所必须的横向力,以抵消外倾推力,这样不仅转向弱,而且最大横向加速度555第4期宋传学,等:基于ADAMS/ CAR的双横臂独立悬架建模与仿真 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 也会增大。一般认为合理的主销后倾角为2 3 。主销内倾角:图6为主销内倾角变化曲线,变化范围为10 10. 9 。主销内倾有利于减小主销横向偏移距,从而可减少转向时驾驶员加在方向盘上的力,使转向操纵轻便,同时也可减少从转向轮传到方向盘上的冲击力。内倾角不宜过大,否则在转向时车轮绕主销转动的过程中,轮胎与路面之间将产生较大的滑动,增加了轮胎与路面间的摩擦阻力,这不仅使转向发沉,而且加速了轮胎的磨损。实际设计时,选内倾角为7 13 。212 悬架刚度、 侧倾角刚度、 制动点头量和加速抬头量悬架刚度:图7为悬架刚度变化曲线。随着车轮的由下往上跳动,悬架刚度不断减小。设计时应尽量避免,需要改进。侧倾角刚度:图8为侧倾角刚度变化曲线。压缩时侧倾刚度减小,意味着在侧向加速度增大时悬架的抗侧倾能力反而减弱,设计时不希望出现。 制动点头量和加速抬头量:图9 ,图10是纵向加速度为9. 8 m/ s2时的点/抬头量。可以看出,制动时悬架变形量较大,抗点头性能较差;加速时悬架变形量也较大,抗抬头性能较差。在做整车试验时,也出现相同的情况,需要进行改进设计。213 车轮跳动产生的转向角、 轮距变化量车轮跳动产生的转向角:图11为转角变化曲线,左、 右车轮变化相反。在车轮跳动过程中,方向盘固定,由于转向拉杆的作用,左右车轮会产生绕主销的转动,从而使左右车轮产生转向角。一般要求将该转角控制在一定的范围内,否则不仅影响汽车的操纵稳定性,而且会加剧轮胎的磨损。轮距变化量:图12为左右车轮轮距变化量。跳动时,车轮绕瞬时中心摆动,左右轮之间的距离必然产生变化。轮距的变化一方面影响汽车的操纵稳定性,另一方面,由于轮胎的横向滑移,导致轮胎的磨损,降低了轮胎的使用寿命4。设计时应尽量控制轮距变化量。655吉 林 大 学 学 报(工 学 版)第34卷 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 从上述悬架特性参数的仿真结果可以看出: 前轮定位角、 轮距变化量等多项特性指标都满足设计要求; 抗点头/抗抬头效应较差; 悬架刚度和侧倾角刚度在车轮上跳时迅速降低。3 改进设计针对上述不足,在尽量少改动零部件的前提下,将下控制臂与车架前安装点向下调整20 mm。改进前后主要参数对比如图13图16所示。图中实线和虚线分别代表改动前和改动后结果。可以看出:改动后悬架刚度和侧倾角刚度曲线降低趋势得到改善,点/台头量明显减小。755第4期宋传学,等:基于ADAMS/ CAR的双横臂独立悬架建模与仿真 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 4 结 论(1)本文成功地将ADAMS/ CAR运用于双横臂独立悬架分析,并充分考虑连接点橡胶衬套的弹性特性。仿真分析结果与理论计算结果对比表明,该方法可以准确地计算悬架的多种性能参数。(2)通过将下控制臂与车架前安装点下调20mm ,可使悬架的点/抬头量明显减小、 悬架刚度和侧倾角刚度下降趋势明显改善。该方法通用性强,可用于各种悬架分析计算和设计。参考文献: 1 郭孔辉.汽车操纵动力学M.长春:吉林科学技术出版社,1991.GUO Konghui. Dynamics of Controllability for AutomobileM. Changchun: Jilin Science and Technology PublishingHouse , 1991. 2 戴旭文,谷中丽,刘剑.汽车双横臂独立悬架的运动学分析和计算J .车辆与动力技术,2002(2) :29 - 33.DAI Xuwen , GU Zhongli , LIU Jian. Kinematics analysis and calculation of the double2wishbone indepedent suspension ofwheeled2vichicleJ . Vihicle and Dynamics Technology , 2002(2) :29 - 33. 3 胡宁,郑冬黎.双横臂独立悬架运动学分析J .汽车工程,1998 ,20(6) :362 - 366.HU Ning , ZHENG Dongli.The kinematic analysis ofdual wishbone independentsuspension J .AulomobileEngineering , 1998 ,20(6) :362 - 366. 4 李新耀,张印,周良生,彭莫.双横臂扭杆悬架的特性分析及设计计算J .汽车工程,2003 ,25(1) :15 - 19.LI Xinyao , ZHANG Yin , ZHOU Liangsheng ,PENG Mo.Charaeteristic analysis and calculation of wishboneindependent suspension with torsion barJ . Aulomobile Engineering , 2003 ,25(1) :15 - 19. 5 DEAKIN Andrew , CROLLA David , RAMIREZJuan Pablo , HANLEY Ray. The effect of chassis stiffness on race carhandling balanceCSAE Technical Paper 200020123554. 6 LIN Yi , ZHAN Wenzhang , LIU Yan , ZHONG Xin. Dynamics simulation research on rigid2elastic coupling system of carsuspensionCSAE Technical Paper 200020121622. 7 SLATTENGREN Jesper. Utilization of ADAMS to predict tracked vehicle performanceCSAE Technical Paper 2000201203