基于ADAMS的獨(dú)立懸架性能仿真分析

高 芳

（農(nóng)墾牡丹江管理局交通局，黑龍江 雞西 158308）

車輛的懸架系統(tǒng)在一定程度上決定了汽車行駛過(guò)程中操控的穩(wěn)定性及汽車的平順性和舒適性。進(jìn)行車輛整體布局的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)校核工作是其中的主要內(nèi)容。由于車輛懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了其動(dòng)力學(xué)分析難度，所以，通常將所給的條件簡(jiǎn)化。以往采用圖解及計(jì)算分析的方法解決車輛懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能問(wèn)題，但通過(guò)這種方法得到的數(shù)據(jù)結(jié)論的誤差大，并且事倍功半，效率較低。隨著信息及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過(guò)ADAMS軟件實(shí)現(xiàn)的虛擬樣機(jī)技術(shù)，在車輛懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面顯出很大的優(yōu)越性。能夠?qū)④囕v的懸架系統(tǒng)看作是多體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)之間能夠相互連接在一起，還能做相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這樣處理得到的動(dòng)力學(xué)仿真相對(duì)于以往由具有幾個(gè)自由度的剛體振動(dòng)所建立的數(shù)學(xué)模型來(lái)說(shuō)，在某些方面更能準(zhǔn)確地反映不同的懸架系統(tǒng)特性在車輛行駛中體現(xiàn)的作用。該文對(duì)麥弗遜式懸架進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)及基于ADAMS的優(yōu)化分析，在進(jìn)行試驗(yàn)制作之前所作的懸架設(shè)計(jì)及仿真，并且提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，完善設(shè)計(jì)方案，縮短開(kāi)發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

1 麥弗遜懸架的結(jié)構(gòu)及分析

麥弗遜式懸架（Macpherson Suspension）在結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)是相對(duì)獨(dú)立的，是麥弗遜于1947年在福特汽車公司工作期間發(fā)明的。1950年福特汽車公司在其生產(chǎn)的主要車型上最早應(yīng)用了該懸架技術(shù)，從此以后，由于麥弗遜式懸架具有減少空間的利用，具有較高的性價(jià)比等特點(diǎn)，所以，車輛的獨(dú)立懸架系統(tǒng)成為那個(gè)時(shí)期車輛的首選，具有普遍性。

麥弗遜懸架系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)由螺旋彈簧和減振器組成，如圖1所示。減振器的主要作用是克服車輛的減震螺旋式彈簧受到外力作用的過(guò)程中容易產(chǎn)生向各個(gè)方向發(fā)生偏移的情況，從而保證彈簧只能在垂直方向上做相應(yīng)的振動(dòng)，通常通過(guò)調(diào)整車輛減振器的松緊程度和減震器行程長(zhǎng)度的方式來(lái)控制懸掛系統(tǒng)的彈性及所具有的性能特點(diǎn)。該減震系統(tǒng)相對(duì)于其它種類懸掛系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在結(jié)構(gòu)上具有簡(jiǎn)單緊湊、節(jié)省空間的優(yōu)點(diǎn)，而在車輛性能上體現(xiàn)出相對(duì)優(yōu)越的特點(diǎn)。

車輛的框架和橫擺臂之間采用的連接形式是轉(zhuǎn)動(dòng)副連接；橫擺臂和轉(zhuǎn)向節(jié)總成（包括減震器筒體）是通過(guò)球副連接的方式連接；車輛減震器桿與減震器筒體是圓柱副連接形式；麥弗遜式懸架的結(jié)構(gòu)是封閉式的，車體由于沒(méi)有產(chǎn)生動(dòng)力的原件，車輛在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，受到車輪的上下震動(dòng)從而使麥弗遜式懸架系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向節(jié)和橫擺臂在其影響下跟隨其狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。一般情況下由高副所連接的兩個(gè)部件有點(diǎn)接觸形式和線接觸形式，副元素在部件的接觸區(qū)域的幾何輪廓是完全相同的，如圖2所示，表示汽車前懸架機(jī)構(gòu)圖。

2 懸架建模與仿真

2.1 建模

2.1.1 創(chuàng)建新模型

首先啟動(dòng)ADAMS／View。在歡迎對(duì)話框中選擇“Create a new model”，在模型名稱（Model Name）欄中輸入“maifuxunxuanjia”，其它選項(xiàng)欄中選擇系統(tǒng)默認(rèn)的選項(xiàng)，按“OK”。

2.1.2 設(shè)置工作環(huán)境

在ADAMS／View 菜單欄 中，選擇設(shè)置（Setting）菜單中的（Units）命令，將創(chuàng)建模型的質(zhì)量單位、長(zhǎng)度單位、時(shí)間單位、力的單位、角度單位和頻率單位分別按照要求規(guī)定為kg、mm、s、N、°和Hz。

在ADAMS／View 界面菜單欄視圖中，選擇設(shè)置（Setting）菜單中的（Working Grid）項(xiàng)目，將網(wǎng)格X 方向的大小設(shè)置為750，Y 方向的大小設(shè)置為800，同時(shí)，把網(wǎng)格的間距相應(yīng)地設(shè)置為50。

在ADAMS／View 菜單欄 中，選擇設(shè)置（Setting）菜單中的（Gravity）命令，將重力方向設(shè)置為沿Y 軸負(fù)方向，大小為在ADAMS／View 菜單欄中，選擇設(shè)置（Setting）菜單中的（Icons）命令，將圖標(biāo)大小設(shè)置為50。

2.1.3 創(chuàng)建設(shè)計(jì)點(diǎn)

圖3 列表編輯器

2.1.4 創(chuàng)建懸架的構(gòu)件

利用ADAMS／View 中零件庫(kù)的圓柱體（Cylinder）和球體（Sphere）命令，根據(jù)設(shè)計(jì)點(diǎn)的位置，分別建立汽車懸架的各個(gè)構(gòu)件：下擺臂（Swing＿arm），轉(zhuǎn)向節(jié)（Knuckle），主銷（King＿pin），轉(zhuǎn)向拉桿（Tie＿rod），車輪（Wheel），減振器上筒（King＿pin）以及彈簧（Spring）。建模完成后的懸架模型如圖4所示。

2.2 仿真

圖4 懸架模型圖

在車輛懸架系統(tǒng)仿真分析過(guò)程時(shí)通常需要車輛的車輪處對(duì)懸架模型施加可以反映懸架系統(tǒng)行程的運(yùn)動(dòng)量，該值的取值為40mm，然后，再依據(jù)懸架的仿真模型測(cè)量出車輪主要的定位參數(shù)，具體來(lái)說(shuō)有前束角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角及車輪外傾角，還有反映車輛輪胎磨損的懸架系統(tǒng)特性參數(shù)隨車輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)懸架系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性對(duì)汽車操縱性產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，最終給出運(yùn)用軟件優(yōu)化懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案（見(jiàn)圖5～圖8）。

3 結(jié)束語(yǔ)

汽車懸架系統(tǒng)由于其空間結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析就顯得難度很大。本文在介紹典型懸架的原理及結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，建立相應(yīng)的ADAMS模型，并進(jìn)行仿真，在一定程度上提高了實(shí)際生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，為該技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

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