基于ADAMS的麥弗遜前懸架仿真分析

趙萍萍

摘 要：用ADAMS軟件建立了麥弗遜前懸架模型。通過抑制橡膠襯套作用模擬了運動學(xué)（Kinematic）模式，激活了橡膠襯套，模擬了順應(yīng)態(tài)（compliant）模式，分別在兩種模式下進行了懸架仿真分析，對比分析了ADAMS_CAR自帶的兩種橡膠襯套，并討論了橡膠襯套對懸架性能的影響。

關(guān)鍵詞：ADAMS；麥弗遜前懸架模型；橡膠襯套；控制臂

中圖分類號：U463.33 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.120

目前，人們對汽車乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性的要求越來越高。雖然橡膠襯套的應(yīng)用可起到隔振、減噪的作用，但卻提高了操縱的不確定性，進而影響了操縱的穩(wěn)定性。因此，橡膠襯套的精確設(shè)計對懸架的性能起著至關(guān)重要的作用。本文通過比較僅有剛性運動副與用襯套代替一部分剛性運動副兩種模型，探索、分析了橡膠襯套對懸架性能的影響。

1 麥弗遜前懸架的建模

在ADAMS_CAR中的建模器（template）中，根據(jù)硬點信息建立了麥弗遜懸架。其中，控制臂與車身的連接方式有2種，在運動學(xué)分析中，對鉸鏈接進行順應(yīng)態(tài)分析時，這個鉸鏈接換為前、后兩個襯套，左、右情況下同理；滑柱與車身的連接方式也有2種，在運動學(xué)分析中，對球副進行順應(yīng)態(tài)分析時，應(yīng)將球副換為1個橡膠襯套，左、右情況下同理。此外，其他連接處在2種仿真模式下均采用剛性的運動副。

2 前輪定位參數(shù)的影響

汽車前輪定位參數(shù)主要包括車輪外傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角和前輪前束。此外，輪距的變化對汽車的操縱穩(wěn)定性和輪胎的磨損度也有較大的影響。

車輪外傾角的理想設(shè)計為：車輪由下向上跳動時，外傾角向減小方向變化，以確保汽車在行駛過程中側(cè)傾時，外傾車輪接近于垂直地面的狀態(tài)，從而提高輪胎的側(cè)偏特性。

對于主銷后傾角而言，如果主銷后傾角的角度過大，則外傾轉(zhuǎn)向輪的外傾角會向負方向變化。因此，當前輪主銷后傾角較大時，需增加前輪轉(zhuǎn)向所必需的橫向力，以抵消外傾推力。

主銷內(nèi)傾角不宜過大，否則在轉(zhuǎn)向時，車輪繞主銷轉(zhuǎn)動的過程中，輪胎與路面將產(chǎn)生較大的滑動，進而增加了輪胎與路面的摩擦阻力，這不僅會使汽車轉(zhuǎn)向發(fā)沉，還會加速輪胎的磨損。

車輪跳動時的前束變化對車輛的直線穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性有很大的影響，是汽車懸架的重要參數(shù)之一。設(shè)計人員在設(shè)計時，應(yīng)注意車輪跳動時前束應(yīng)不變或變化幅度較小。

3 麥弗遜前懸架的仿真分析

對模型進行了兩次仿真，前綴kin為運動學(xué)仿真，前綴com為順應(yīng)態(tài)仿真。順應(yīng)態(tài)仿真中采用的是ADAMS自帶的4種線性襯套。襯套1的剛度特性曲線如圖1所示。

橡膠襯套1的剛度特點是：徑向x和y的剛度相等，軸向z的剛度較小，彎曲剛度相等，扭轉(zhuǎn)剛度基本為0.

車輪外傾角、主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、前輪前束曲線如圖2所示。

紅—kin_ parallel _travel _left，綠—com_ parallel_ travel_ left.左、右曲線重合。觀察圖2中的（a）（b）（c）發(fā)現(xiàn)，用橡膠襯套代替運動副后，車輪作上、下跳時車輪外傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角的變化范圍均有所縮小，這有利于轉(zhuǎn)向輕便度和車輪回正性的提升，對汽車操縱穩(wěn)定性的提升有積極作用。然而，主銷內(nèi)傾角的設(shè)計要求為：主銷內(nèi)傾角隨車輪上跳而減小，隨車輪下跳而增大。這是為了保證汽車直線行駛時的穩(wěn)定性，并使轉(zhuǎn)向輕便。圖2（c）中主銷內(nèi)傾角的變化趨勢不符合設(shè)計要求，還需要改進。

前輪前束變化的理想值為：車輪跳動時，為0至負前束（-0.5）。在圖2的（d）中，前輪前束的變化范圍過大，采用橡膠襯套后變化范圍進一步加大，這會對汽車的操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生負面影響。

4 結(jié)束語

綜上所述，橡膠襯套對懸架運動的影響非常復(fù)雜。懸架中大量使用橡膠襯套可提高乘坐舒適性，但也會使汽車操縱存在很多不確定因素。在汽車行駛的過程中，同一種橡膠襯套可能對一些定位參數(shù)的穩(wěn)定性有積極的影響作用，但又可能使另一些定位參數(shù)的變化加劇。因此，只有將懸架運動準確地與橡膠襯套各個方向的剛度特性結(jié)合起來，精確設(shè)計出符合懸架運動要求的襯套，才能保持汽車操縱的穩(wěn)定性。筆者認為，可以設(shè)計一種不均勻材料的橡膠襯套，并根據(jù)橡膠襯套各個方向上剛度的不同需求增減材料，從而滿足精確設(shè)計的要求。

〔編輯：張思楠