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文章編號(hào) :1671 - 5497 (2004) 04 - 0554 - 05 收稿日期 :2004201224. 作者簡(jiǎn)介 :宋傳學(xué) (1959 - ) ,男 ,教授 ,博士生導(dǎo)師 . E2mail :songchx 126. com 基于 ADAMS/ CAR 的雙橫臂獨(dú)立 懸 架 建 模 與 仿 真 宋傳學(xué) , 蔡章林 (吉林大學(xué) 汽車工程學(xué)院 ,吉林 長(zhǎng)春 130022) 摘 要 :運(yùn)用 ADAMS/ CAR 軟件建立了某皮卡車雙橫臂獨(dú)立懸架模型 ,在理論驗(yàn)證的基礎(chǔ)上 揭示了該懸架的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明 :將下控制臂與車架前安裝點(diǎn)下調(diào) 20 mm ,可使懸 架的抗點(diǎn) / 抬頭性能、懸架剛度和側(cè)傾角剛度得到明顯改善。 關(guān)鍵詞 :車輛工程 ;雙橫臂懸架 ;仿真模型 ;運(yùn)動(dòng)學(xué) ;ADAMS/ CAR 中圖分類號(hào) :U463. 33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A Modeling and simulation of double wishbone suspension based on ADAMS/ CAR SON G Chuanxue ,CAI Zhanglin ( College of A utomotive Engineering , Jilin U niversity , Changchun 130022 , China) Abstract :A double wishbone suspension model of a pickup was built using ADAMS/ CAR. The kinematics of the suspension was uncovered base on the general theory. The experimental results show that the anti2 dive/ anti2lift 、 ride rate and total roll rate performance are improved remarkable by putting 20 mm down the low control arm front point connected to the body. Key words :automotive engineering ; double wishbone suspension ; simulation model ; kinematics ; ADAMS/ CAR 懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)操縱穩(wěn)定性和平順性的影響至關(guān)重要 1 。雙橫臂懸架有諸多優(yōu)點(diǎn) ,使其廣泛應(yīng) 用于轎車、輕型車等的作為前懸架。文獻(xiàn) 2 4 以不同的數(shù)學(xué)方法對(duì)雙橫臂懸架運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了分 析。本文以多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件 ADAMS/ CAR 為手段分析了雙橫臂獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)規(guī)律。該方法具有 運(yùn)算速度快、求解精度高、修改方便、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) ,廣泛應(yīng)用于懸架和整車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā) 5 8 。 1 模型的建立與驗(yàn)證 圖 1 為簡(jiǎn)化的前懸架剛性鉸鏈連接模型。下控制臂 1 的一端通過(guò)橡膠襯套與副車架 7 連接 ,并可 以繞 2 個(gè)與車架的連接點(diǎn)的連線轉(zhuǎn)動(dòng) ,在剛性鉸鏈連接的模式下簡(jiǎn)化為 1 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈。另一端通過(guò)球 鉸與轉(zhuǎn)向節(jié) 3 連接 ;上控制臂 2 的連接方式與下控制臂的連接方式相同 ;轉(zhuǎn)向橫拉桿 5 一端通過(guò)球鉸與 第 34 卷第 4 期 吉 林 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) ( 工 學(xué) 版 ) Vol. 34 No. 4 2004 年 10 月 Journal of Jilin University ( Engineering and Technology Edition) Oct . 2004 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 轉(zhuǎn)向節(jié) 3 連接 ,另一端通過(guò)等速萬(wàn)向節(jié)與地面連接 ;轉(zhuǎn)向節(jié) 3 通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈與車輪 9 連接 ;減振器 8 上 端與車架連接 ,下端與下控制臂連接 ;扭桿彈簧 4 一端與車架固接 ,一端與下擺臂固接 ;橫向穩(wěn)定桿 6 兩 端與下擺臂連接 ,中間通過(guò)橡膠襯套與車架連接。整個(gè)懸架放置在激振臺(tái)架 10 上。通過(guò)在激振臺(tái) 10 上施加垂直方向的運(yùn)動(dòng)來(lái)計(jì)算各參數(shù)的變化規(guī)律。 利用文獻(xiàn) 2 介紹的理論方法計(jì)算外傾角隨車輪跳動(dòng)距離 d 的變化規(guī)律 ,并與仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì) 比 (見(jiàn)圖 2) 。理論計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果存在一定差異 ,主要原因是仿真中考慮了橡膠襯套 ,而理論計(jì)算 中沒(méi)有考慮。 2 計(jì)算結(jié)果 將激振臺(tái)架上下激振位移設(shè)置為 50 mm ,使左右車輪同步上下跳動(dòng) ,計(jì)算懸架跳動(dòng)過(guò)程中主要性 能參數(shù)的變化規(guī)律。 211 前輪定位角 外傾角 :圖 3 為外傾角的變化曲線 ,變化范圍為 - 0. 4 0. 5 / 50 mm。車輪跳動(dòng)時(shí)的外傾角變化對(duì) 車輛的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性等有很大影響 1 ,所以應(yīng)盡量減少車輪相對(duì)車身跳動(dòng)時(shí)的外傾角變化。 前束角 :圖 4 為前束角變化曲線 ,變化范圍為 - 0. 03 0. 37 / 50 mm。設(shè)計(jì)時(shí)希望在車輪跳動(dòng)時(shí)前 束角不變或變化幅度較小。 主銷后傾角 :圖 5 為主銷后傾角變化曲線 ,變化范圍在 2. 42附近。主銷后傾角對(duì)轉(zhuǎn)向時(shí)的車輪外 傾角變化影響較大。若主銷后傾角設(shè)計(jì)較大 ,則外側(cè)轉(zhuǎn)向輪的外傾角會(huì)向負(fù)方向變化。當(dāng)前輪主銷后 傾角較大時(shí) ,需增加前輪轉(zhuǎn)向所必須的橫向力 ,以抵消外傾推力 ,這樣不僅轉(zhuǎn)向弱 ,而且最大橫向加速度 555第 4 期 宋傳學(xué) ,等 :基于 ADAMS/ CAR 的雙橫臂獨(dú)立懸架建模與仿真 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 也會(huì)增大。一般認(rèn)為合理的主銷后傾角為 2 3。 主銷內(nèi)傾角 :圖 6 為主銷內(nèi)傾角變化曲線 ,變化范圍為 10 10. 9。主銷內(nèi)傾有利于減小主銷橫向 偏移距 ,從而可減少轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員加在方向盤(pán)上的力 ,使轉(zhuǎn)向操縱輕便 ,同時(shí)也可減少?gòu)霓D(zhuǎn)向輪傳到方 向盤(pán)上的沖擊力。內(nèi)傾角不宜過(guò)大 ,否則在轉(zhuǎn)向時(shí)車輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中 ,輪胎與路面之間將產(chǎn)生較 大的滑動(dòng) ,增加了輪胎與路面間的摩擦阻力 ,這不僅使轉(zhuǎn)向發(fā)沉 ,而且加速了輪胎的磨損。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí) , 選內(nèi)傾角為 7 13。 212 懸架剛度 、側(cè)傾角剛度、制動(dòng)點(diǎn)頭量和加速抬頭量 懸架剛度 :圖 7 為懸架剛度變化曲線。隨著車輪的由下往上跳動(dòng) ,懸架剛度不斷減小。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡 量避免 ,需要改進(jìn)。 側(cè)傾角剛度 :圖 8 為側(cè)傾角剛度變化曲線。壓縮時(shí)側(cè)傾剛度減小 ,意味著在側(cè)向加速度增大時(shí)懸架 的抗側(cè)傾能力反而減弱 ,設(shè)計(jì)時(shí)不希望出現(xiàn)。 制動(dòng)點(diǎn)頭量和加速抬頭量 :圖 9 ,圖 10 是縱向加速度為 9. 8 m/ s2 時(shí)的點(diǎn) / 抬頭量。可以看出 ,制動(dòng) 時(shí)懸架變形量較大 ,抗點(diǎn)頭性能較差 ;加速時(shí)懸架變形量也較大 ,抗抬頭性能較差。在做整車試驗(yàn)時(shí) ,也 出現(xiàn)相同的情況 ,需要進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。 213 車輪跳動(dòng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向角 、輪距變化量 車輪跳動(dòng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向角 :圖 11 為轉(zhuǎn)角變化曲線 ,左、右車輪變化相反。在車輪跳動(dòng)過(guò)程中 ,方向盤(pán) 固定 ,由于轉(zhuǎn)向拉桿的作用 ,左右車輪會(huì)產(chǎn)生繞主銷的轉(zhuǎn)動(dòng) ,從而使左右車輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)向角。一般要求將 該轉(zhuǎn)角控制在一定的范圍內(nèi) ,否則不僅影響汽車的操縱穩(wěn)定性 ,而且會(huì)加劇輪胎的磨損。 輪距變化量 :圖 12 為左右車輪輪距變化量。跳動(dòng)時(shí) ,車輪繞瞬時(shí)中心擺動(dòng) ,左右輪之間的距離必然 產(chǎn)生變化。輪距的變化一方面影響汽車的操縱穩(wěn)定性 ,另一方面 ,由于輪胎的橫向滑移 ,導(dǎo)致輪胎的磨 損 ,降低了輪胎的使用壽命 4 。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量控制輪距變化量。 655 吉 林 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) ( 工 學(xué) 版 ) 第 34 卷 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 從上述懸架特性參數(shù)的仿真結(jié)果可以看出 : 前輪定位角、輪距變化量等多項(xiàng)特性指標(biāo)都滿足設(shè)計(jì) 要求 ; 抗點(diǎn)頭 / 抗抬頭效應(yīng)較差 ; 懸架剛度和側(cè)傾角剛度在車輪上跳時(shí)迅速降低。 3 改進(jìn)設(shè)計(jì) 針對(duì)上述不足 ,在盡量少改動(dòng)零部件的前提下 ,將下控制臂與車架前安裝點(diǎn)向下調(diào)整 20 mm。改 進(jìn)前后主要參數(shù)對(duì)比如圖 13圖 16 所示。圖中實(shí)線和虛線分別代表改動(dòng)前和改動(dòng)后結(jié)果?？梢钥?出 :改動(dòng)后懸架剛度和側(cè)傾角剛度曲線降低趨勢(shì)得到改善 ,點(diǎn) / 臺(tái)頭量明顯減小。 755第 4 期 宋傳學(xué) ,等 :基于 ADAMS/ CAR 的雙橫臂獨(dú)立懸架建模與仿真 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 4 結(jié)論 (1) 本文成功地將 ADAMS/ CAR 運(yùn)用于雙橫臂獨(dú)立懸架分析 ,并充分考慮連接點(diǎn)橡膠襯套的彈性 特性。仿真分析結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比表明 ,該方法可以準(zhǔn)確地計(jì)算懸架的多種性能參數(shù)。 (2) 通過(guò)將下控制臂與車架前安裝點(diǎn)下調(diào) 20mm ,可使懸架的點(diǎn) / 抬頭量明顯減小、懸架剛度和側(cè) 傾角剛度下降趨勢(shì)明顯改善。該方法通用性強(qiáng) ,可用于各種懸架分析計(jì)算和設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn) : 1 郭孔輝 . 汽車操縱動(dòng)力學(xué) M .長(zhǎng)春 :吉林科學(xué)技術(shù)出版社 ,1991. GUO Konghui. Dynamics of Controllability for Automobile M . Changchun : Jilin Science and Technology Publishing House , 1991. 2 戴旭文 ,谷中麗 ,劉劍 . 汽車雙橫臂獨(dú)立懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和計(jì)算 J .車輛與動(dòng)力技術(shù) ,2002 (2) :29 - 33. DAI Xuwen , GU Zhongli , L IU Jian. Kinematics analysis and calculation of the double2wishbone indepedent suspension of wheeled2vichicleJ . Vihicle and Dynamics Technology , 2002 (2) :29 - 33. 3 胡寧 ,鄭冬黎 . 雙橫臂獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 J .汽車工程 ,1998 ,20 (6) :362 - 366. HU Ning , ZHEN G Dongli. The kinematic analysis of dual wishbone independent suspension J . Aulomobile Engineering , 1998 ,20 (6) :362 - 366. 4 李新耀 ,張印 ,周良生 ,彭莫 . 雙橫臂扭桿懸架的特性分析及設(shè)計(jì)計(jì)算 J .汽車工程 ,2003 ,25 (1) :15 - 19. L I Xinyao , ZHAN G Yin , ZHOU Liangsheng , PEN G Mo. Charaeteristic analysis and calculation of wishbone independent suspension with torsion barJ . Aulomobile Engineering , 2003 ,25 (1) :15 - 19. 5 DEA KIN Andrew , CROLLA David , RAMIREZ J uan Pablo , HANL EY Ray. The effect of chassis stiffness on race car handling balance C SAE Technical Paper 200020123554. 6 L IN Yi , ZHAN Wenzhang , L IU Yan , ZHON G Xin. Dynamics simulation research on rigid2elastic coupling system of car suspension C SAE Technical Paper 200020121622. 7 SLA TTEN GREN Jesper. Utilization of ADAMS to predict tracked vehicle performance C SAE Technical Paper 20002 0120303. 8 HOLDMANN Peter , KOHN Philip , MOLL ER Bertram. Suspension kinematics and compliance2measuring and simulation C SAE Technical Paper 980897. (責(zé)任編輯 陳永杰 ) 855 吉 林 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) ( 工 學(xué) 版 ) 第 34 卷 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.