某輕型客車的前獨立懸掛K&C特性仿真分析

徐本祥，劉望樹

（1.奇瑞商用車（安徽）有限公司工程研究院，安徽蕪湖　241009；2.蕪湖市科技局，安徽蕪湖　241001）

?

某輕型客車的前獨立懸掛K&C特性仿真分析

徐本祥1，劉望樹2

（1.奇瑞商用車（安徽）有限公司工程研究院，安徽蕪湖241009；2.蕪湖市科技局，安徽蕪湖241001）

摘要：利用多體動力學分析軟件ADAMS/CAR建立某輕型客車前獨立懸架虛擬樣機仿真模型。采用輪跳和力加載的方法對汽車在彎道行駛過程中懸架的K&C特性進行仿真分析，為進一步改進懸架系統(tǒng)性能，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的可靠性提供參考。

關鍵詞：輕型客車；ADAMS；前獨立懸架K&C特性；仿真分析

1　前獨立懸架仿真模型的建立

1.1前獨立懸架介紹及分析目的

我公司新研發(fā)的某輕型客車前懸掛采用雙A臂獨立懸掛結構（見圖1），由上擺臂總成、下擺臂總成、螺旋彈簧、減振器、穩(wěn)定桿總成、緩沖塊等組成。其優(yōu)點：兩側車輪可以單獨運動互不影響，可以減少車架和車身的振動，有助于消除轉向輪偏擺的不良現(xiàn)象；減少非簧載質量，有利于提高汽車行駛的平順性；取消前橋結構，降低了發(fā)動機和整車重心高度，同時車輪運動空間較大，可以降低懸架剛度，提高可靠性，降低生產(chǎn)成本[1]。汽車懸架的K&C特性對整車行駛性能至關重要。懸架幾何運動學特性（Kinematics，簡稱K特性）揭示的是在車輪跳動及轉向運動過程中，懸架各種性能參數(shù)的變化特性；懸架彈性運動學特性（Compliance，簡稱C特性）揭示的是在輪胎和路面之間各種力和力矩作用下，懸架各種性能參數(shù)的變化特性。本論文應用ADAMS/CAR軟件，建立某輕型客車前獨立懸架多體系統(tǒng)動力學模型，對其K&C特性進行仿真分析[2-5]。

1.2建模輸入?yún)?shù)

建模狀態(tài)為車輛滿載狀態(tài)，滿載狀態(tài)建?；緟?shù)有：前輪單側前束0.3°，車輪外傾0.613°，主銷內傾11.89°，主銷后傾3.515°，軸距3 935 mm，輪胎自由半徑387.5 mm，輪胎質量38 kg，彈簧剛度321 N/mm，減振器阻尼特性見表1。滿載車輪上跳量68 mm，滿載車輪下跳量70 mm，滿載前軸荷2 343 kg。表1為所用減振器的阻尼特性。前獨立懸架建模需要的硬點坐標有相關設計資料提供[6]。

表1　減振器阻尼特性

1.3ADAMS模型的建立

根據(jù)建模參數(shù)建立某輕型客車前獨立懸架ADAMS/CAR仿真分析模型，如圖2所示，模型的建立過程參照有關文獻[7-8]。模型中襯套屬性文件為ADAMS/ CAR自帶文件。

2　前獨立懸架K&C仿真分析

2.1工況設定

1）平行輪跳工況。平行輪跳工況是給左右車輪同時施加相同的跳動量，左右車輪運動方向相同，上跳為正，下跳為負。進行平行輪跳“試驗”時，設定車輪上、下跳動量（-70～68 mm），轉向角度設為零，仿真模式為Kinematic模式。

2）縱向力加載工況?？v向力加載工況是在車輪接地處施加縱向力，縱向力由負的最大值線性增加到正的最大值（-11 485.6～11 485.6 N），向前為正，向后為負。進行縱向力加載“試驗”時，取1g的縱向加速度。仿真分析時，轉向角度為零，仿真模式為Compliance模式。

3）側向力加載工況。側向力加載工況是在車輪接地處施加側向力，側向力由負的最大值線性增加到正的最大值（-11 485.6～11 485.6 N），向左為正，向右為負。進行側向力加載“試驗”時，取1g的側向加速度。仿真分析時，轉向角度為零，仿真模式為Compliance模式。

2.2仿真結果分析

2.2.1平行輪跳工況

由圖3可以看出，前輪上跳時，前束角的理想變化為零至負前束（-0.5°/ 50 mm），即弱負前束變化。在車輪跳動過程中，前獨立懸架車輪前束角的的變化范圍較小，變化趨勢合理。一般希望在車輪上跳時外傾角向減小的方向變化，而在下落時朝正值方向變化。車輪上跳時，車輪外傾角變化為-2°～+0.5°/ 50 mm較為適宜。

由圖4可以看出，在車輪跳動過程中，車輪外傾角的變化趨勢較合理，外傾角的總體變化范圍較小。一般希望后傾角在車輪上下運動過程中變化越小越好，車輪上跳時一般要求后傾角有增加的趨勢。

圖5中主銷后傾角的變化趨勢合理，主銷后傾角的變化范圍較小。

一般希望車輪上跳時，主銷內傾角的增加越小越好，以避免主銷后傾角變化過大。

圖6中主銷內傾角的變化范圍較小。

車輪跳動過程中希望輪距的變化越小越好，不大的輪距變化在輪胎較軟時可以由輪胎變形來適應，輪胎可容許輪距的變化在每個車輪上達到4～5 mm，而不致沿路面滑移。由圖7可見，該輪心側向位移變化略大。

2.2.2縱向力加載工況

在車輪受到制動力和驅動力的時候，希望四輪定位參數(shù)變化越小越好。由圖8可知，在縱向力加載的過程中，前獨立懸架車輪前束角變化范圍較大。

由圖9可以看出，在縱向力加載過程中，車輪外傾角變化范圍較小，滿足要求。

由圖10可以看出，在縱向力加載過程中，主銷后傾角的變化范圍較大。

由圖11可以看出，在縱向力加載過程中，主銷內傾角的變化范圍較小。

不大的輪距變化在輪胎較軟時可以由輪胎變形來適應，圖12中輪心側向位移的變化較為合適。2.2.3側向力加載工況

在車輪受到側向力的過程中，前束角的變化即為車輪轉角的變化。由圖13可以看出，在側向力加載過程中，前獨立懸架車輪前束角變化較大。

由圖14可以看出，在車輪受到側向力的過程中，車輪外傾角變化范圍較小，滿足要求。

由圖15可以看出，在車輪受到側向力的過程中，主銷后傾角的變化范圍較小。

由圖16可以看出，在車輪受到側向力的過程中，主銷內傾角的變化范圍較小。

不大的輪距變化在輪胎較軟時可以由輪胎變形來適應，圖17中的輪距變化較為合適。

2.3分析結果匯總

某輕型客車前獨立懸架K&C仿真分析結果表2所示。車輪在平行輪跳工況下輪心側向位移變化達6.6 mm，超過正常的4～5 mm范圍，可能會造成輪胎的嚴重磨損。平行輪跳試驗中，輪心側向位移即輪距的變化范圍較大，超過正常的4～5 mm范圍，將會產(chǎn)生較嚴重的輪胎早期磨損問題，需要再優(yōu)化上、下擺臂的長度和比例，將輪胎橫向滑移減少到合理的范圍，從而降低輪胎的非正常磨損，提高行駛的穩(wěn)定性[9]。

表2　某輕型客車前獨立懸架K&C仿真分析結果

3　結　論

分析結果表明，在前獨立懸架K&C仿真試驗中，各評價參數(shù)的變化趨勢都比較合理。平行輪跳試驗中，輪心側向位移即輪距的變化范圍較大，其他參數(shù)變化范圍較?。豢v向力加載試驗中，車輪前束角和主銷后傾角的變化范圍較大，其他參數(shù)變化范圍較小；側向力加載試驗中，車輪前束角的變化范圍較大，其他參數(shù)變化范圍較小。

參考文獻：

[1]陳家瑞.汽車構造：下冊[M].3版.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[2]王孝朋.麥弗遜懸掛與雙A臂懸掛的運動特性對比[J].太原大學學報，2010（4）：117-118.

[3]喻凡.林逸.汽車系統(tǒng)動力學[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[4]陳軍.MSC.ADAMS技術與工程分析實例[M].北京：中國水利水電出版社，2008.

[5]劉國猛，谷玉川，趙若琳，等.K&C試驗臺及其應用[J].機電工程技術，2010（8）：124-126.

[6]周紅妮，馮櫻，李向陽.基于ADAMS的汽車前懸架仿真分析及優(yōu)化方法研究[J].湖北汽車工業(yè)學報，2010（3）：5-9.

[7]陳黎卿，王啟瑞，陳無畏，等.基于ADAMS的雙橫臂扭桿獨立懸架操縱穩(wěn)定性分析[J].合肥工業(yè)大學學報：自然科學版，2005（4）：341-345.

[8]金敘龍，郭萬富.雙橫臂獨立懸架運動特性分析[J].汽車技術，2001（4）：11-14.

[9]廖林清，宋禮，陳兵，等.客車空氣懸架的建模與K&C特性分析[J].重慶理工大學學報：自然科學版，2015（1）：6-11.

修改稿日期：2015-09-22

Simulation Analysis on K&C Characteristics of a Light Bus
Front Independent Suspension

Xu Benxiang1, Liu Wangshu2
(1.Engineering Research Institute of Chery Commercial Vehicle (Anhui)Co., Ltd, Wuhu 241009, China; 2.Wuhu Technology Bureau, Wuhu 241001, China)

Abstract：Multi-dynamics analysis software ADAMS/CAR is used toestablish virtualprototype simulation modelofa lightbusfrontindependentsuspension.Wheelhopandforceloadingmethodsareusedtosimulateandanalyzethebus' K&Ccharacteristic when the bus is driven in a curve road. This is for further improvingthe suspension systemperformance,shorteningtheproductdevelopmentcycle,enhancingtheproductreliabilitytoprovideareference.

Key words:light bus; ADAMS; front independent suspension K&Ccharacteristics; simulation analysis

中圖分類號：U463.33

文獻標志碼：B

文章編號：1006-3331（2016）02-0023-04

作者簡介：徐本祥（1972-），男，碩士；高級工程師；主管設計師；主要從事汽車總體設計及項目管理工作。