韩宝坤;陈菲;孙超
【摘 要】基于动力学仿真软件ADAMS/Car,建立某载货汽车的前悬架的模型并进行仿真分析,以评测其性能的优劣性.首先根据手工测量前悬榘系统所获得的数据,在ADAMS/Car中建立前悬架多体系统的动力学仿真模型.然后利用悬挂试验台对车轮施加位移时间历程激励并对其悬挂特性(包括前束角,外倾角,主销后倾角和轮距变化等)进行研究分析,得到前悬架在施加载荷后前束角,外倾角,主销后倾角等随车轮跳动量的变化曲线.通过对变化曲线进行分析,并应用ADAMS/Insight进行优化,得出更为合理的模型.
【期刊名称】《农业装备与车辆工程》
【年(卷),期】2012(000)002
【总页数】5页(P17-21)
【关键词】多体系统动力学;ADAMS/Car;ADAMS/Insight;悬架特性
【作 者】韩宝坤;陈菲;孙超
【作者单位】山东科技大学,山东青岛266510;山东科技大学,山东青岛266510;山东科技大学,山东青岛266510
【正文语种】中 文
【中图分类】U463.33
0 引言
汽车已成为现代生活的首选交通工具。随着道路交通条件的不断完善，现代汽车行驶速度不断提高，对车辆的技术状况就有了更高的要求。悬架是保证汽车具有良好行驶平顺性、操纵稳定性、舒适性和行驶安全性的重要机构。悬架技术状况的好坏直接影响汽车的使用性能。但是汽车悬架系统是比较复杂的空间机构，这些就给运动学、动力学分析带来了非常大的困难。基于ADAMS的虚拟样机技术，可把悬架视为是由多个相互连接、彼此能够相对运动的多体运动系统，其运动学及动力学仿真比以往通常用几个自由度的质量—阻尼刚体（振动）数学模型计算描述更加真实反映悬架特性及其对汽车行驶动力学影响，也比图解法更为直接
方便。为此利用动力学仿真软件ADAMS／CAR建立某特定车型的悬架系统的直观模型，并进行仿真分析，对此悬架的悬挂特性进行评价。
1 悬架系统建模
1.1 ADAMS／Car建模的步骤
1）运动学动力学抽象，构建悬架系统的拓扑图。
2）获取悬架系统的几何定位参数、物理参数和力学参数。
3）在standard下建立悬架系统相应template的subsystem文件，并代入悬架系统的参数特征。
4）输入随机路面的空间谱并进行仿真，仿真计算结果的加工和后处理。
1.2 悬架模板的建立
1.2.1 坐标系的确立
货运汽车
在建立多体模型时，坐标系的选择对建立样机模型起到很大的作用。该模型的坐标原点为两侧车轮接地印迹中心点连线的中点。以地面为XY平面，汽车中心对称面为XZ平面，通过前轮轮心连线，垂直XY、XZ两平面的面为YZ平面，取竖直向上为Z轴正向，车身右侧为Y轴正向，以车前进方向的反方向为X轴正向[2]。
1.2.2 模型几何定位参数的获取
应用多体系统动力学建立机械系统仿真模型时，需要依据悬架的结构形式，在模型中输入悬架中各运动部件之间的安装连接位置与相对角度，车轮定位角等参数。这些参数决定了悬架各部件的空间运动关系，如前轮上下跳动时的主销内倾角，后倾角，车轮外倾角，前束的变化等。有了运动学参数，就可以建立悬架的运动学模型并分析其运动特性。运动学参数，一般可以在汽车的设计图纸中查得。表1就是前悬架定位参数
表1 前悬架定位参数序号 硬点项目 硬点坐标mm X Y Z 1 扭杆弹簧后端 1150 －500 560 2 下摆臂前端 －315 －400 300 3 下摆臂外端 85 －750 250 4 下摆臂后端 85 －400 310 5 减震器下端 70 －550 300 6 副车架前端 －565 －450 300 7 转向拉杆内端 0 －350 420 8 转向拉杆外端 －85 －750 420 9 减震器上端 175 －600 650 10 上摆臂前端 －365 －500 560 11 上
摆臂外端 85 －750 560 12 上摆臂后端 85 －550 560 13 车轮中心 0 －800 420
硬点是各零件之间连接处的关键的几何定位点，确定硬点就是在坐标系中给出零件之间连接点的几何位置。模型关键硬点的空间位置坐标和相关系数是建立运动学模型的关键，通过对实体悬架进行测量可以得到硬点的坐标值。该悬架左侧关键硬点的坐标值如表2所示。
表2 前悬架各零件关键点位置主销内倾角主销后倾角车轮外倾角前轮前束7°2°30′1°2.5mm（0.221°）车轮滚动半径车轮轮距内轮最大转角外轮最大转角359mm 1725mm 45.6°37.7°
1.2.3 前后悬架减震器参数
车桥厂提供的减震器的试验数据如图1，根据试验数据在ADAMS中编制的减震器特性曲线如图2所示。
图1 减震器的试验数据
图2 减震器的特性曲线
1.2.4 扭杆刚度的确定
单位扭转角所需要的扭矩称为扭杆弹簧刚度，扭杆的刚度仅与扭杆的直径和长度有关，查阅汽车设计手册，扭杆的刚度可用以下的公式计算：
其中d——扭杆的直径，根据扭杆的设计图，扭杆的直径为34mm；G——剪切弹性模数，一般取7.7×104；，L——扭杆的长度， 根据扭杆的设计图，扭杆的有效工作长度为1142mm，代入各项数值后计算得扭杆的刚度为 K＝1.5438e＋05 （Nmm／deg）。
1.2.5 仿真模型的建立
计算或测量各零件的质量、质心位置及绕质心坐标系三个坐标轴的转动惯量，将所有的动力学参数填写到相应的对话框中。然后在硬点的基础上创建零件的几何模型，并确定各零件间的运动关系以便定义约束类型，通过约束将各零件连接起来，从而构成子系统结构模型（此悬架为双横臂扭杆弹簧悬架，其中整个悬系统包括：上下摆臂、转向节、上下支撑杆、减振器、扭杆弹簧、转向器齿条、车轮和车架等组成）。最后将所建好的子系统模型与试验台相连接组装成悬架系统模型，完成 ADAMS／CAR 模型下的建模过程[2]。 所建立的悬架的运动学结构原理图如图3所示。
图3 前悬架系统的结构原理图
2 仿真分析及优化
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