基于Adams 的某車型麥弗遜懸架在沖擊石路面的懸架受力分析

薛少科，孫曉幫，劉叢浩，劉文晨，宋榮華

（遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

前言

麥弗遜懸架由于其結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、前輪定位參數(shù)變化小、制造價格低廉、等原因被廣泛應(yīng)用于中低端轎車當(dāng)中。但是由于其獨特的結(jié)構(gòu)，以及空間布置等原因，其不可避免的受到側(cè)向力的作用，側(cè)向力使得減振器活塞桿彎曲并發(fā)生漏油，導(dǎo)向套磨損，儲油缸彎曲等現(xiàn)象的發(fā)生，影響減振器壽命，降低懸架的性能。針對某國產(chǎn)電車在沖擊石路面實車路試過程中出現(xiàn)的減振器下部彎曲的現(xiàn)象，要找到懸架減振器側(cè)彎的原因，我們需要知道懸架各個關(guān)鍵點的受力，并找到對減振器發(fā)生側(cè)彎影響最大的作用力，為以后有限元分析以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)做好奠基?；诖?，我們利用動力學(xué)仿真軟件Adams 進行動力學(xué)仿真，模擬汽車在虛擬路面上行駛的情況，并通過仿真實驗得到麥弗遜懸架減振器在該工況下各關(guān)鍵點的受力。

1 麥弗遜懸架減振器路試失效

1.1 失效模式

在錦恒安全氣囊公司實車路試過程中，某電動車以55km/h 的速度勻速通過沖擊石路面，如圖1 所示，該路面是7cm 凸臺結(jié)構(gòu)，實驗樣車循環(huán)數(shù)次通過該路面，最后發(fā)現(xiàn)麥弗遜懸架減振器下部發(fā)生彎曲失效，如圖2 所示，減振器下部有明顯的彎曲變形，即減振器儲油缸筒彎曲變形失效，因此可以確定該失效屬于減振器儲油缸疲勞失效。并且通過彎曲變形的方向可以判斷，該減振器（左）受到前后沖擊即X方向，以及側(cè)向沖擊即Y 方向嚴(yán)重。X 方向以車行駛方向的反方向為正，Y 方向以車右側(cè)方向為正，Z 方向以重力方向的相反方向為正。

圖1 實驗樣車及沖擊石路面

圖2 失效減振器

1.2 失效原因分析

汽車在路試的過程中，道路載荷復(fù)雜多變，減振器部件在汽車路試中失效比較常見[1]，并且以疲勞耐久失效為主。麥弗遜懸架減振器由于其特殊的結(jié)構(gòu)特征，其不可避免的受到側(cè)向力的作用，當(dāng)減振器的某一點或者某一區(qū)域在一段時間內(nèi)持續(xù)或者間歇循環(huán)的受到某一沖擊力的作用時，減振器上該部位或者該區(qū)域便會發(fā)生疲勞失效，表現(xiàn)形式為磨損、變形、斷裂等形式。

2 整車動力學(xué)仿真分析

2.1 建立整車模型

將Adams/Car 里面自帶的前麥弗遜懸架模型的硬點參數(shù)修改為我們試驗樣車的硬點參數(shù)，如圖4 所示，建立整車模型。并且建立路面以及驅(qū)動文件。

圖3 修改懸架硬點參數(shù)

圖4 整車模型

2.2 仿真結(jié)果

圖5 下擺臂與車架連接前支點所受力

圖6 下擺臂與車架連接點后支點所受力

圖7 減振器上支點與車身連接點所受力

圖8 轉(zhuǎn)向節(jié)與減振器下端連接點所受力

2.3 仿真結(jié)果分析

根據(jù)以上仿真結(jié)果，我們將麥弗遜懸架減振器個關(guān)鍵點所受的最大力整理到表格之中，為以后有限元結(jié)構(gòu)分析提供方便。

表1

因為失效的減振器主要在X 方向跟Y 方向變形嚴(yán)重，Z方向幾乎沒有變形，所以我們重點關(guān)注X 方向與Y 方向的力。由圖表可知，刨去Z 方向所受的力不管，Y 方向所受的最大力為1239.43N，且該點是減振器下端與轉(zhuǎn)向節(jié)的連接處A 點；X 方向所受的最大力為551.8756N，該點位于減振器下端與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點A 點。

圖9 懸架各關(guān)鍵點示意圖

轉(zhuǎn)向節(jié)和減振器下端連接點記為A 點；

轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸中心點記為B 點；

下擺臂球頭銷點記為C 點；

下擺臂與車架連接前支點記為D 點；

下擺臂與車架連接后支點記為E 點；

減振器上支點與車身連接點記為F 點[2]

3 結(jié)束語

針對某國產(chǎn)電動汽車在實車路試過程中發(fā)生減振器失效的情況，為找到減振器失效原因所在，我們確定利用虛擬仿真軟件Adams 進行模擬仿真，還原當(dāng)時的實車路試狀況，找到該減振器失效的原因。

根據(jù)廠家提供的整車硬點信息，在Adams 現(xiàn)有的整車模型中修改硬點建立整車模型，并建立與實際路況吻合的7cm高的沖擊石3d 路面以及驅(qū)動文件，并在Simulate→Full_Vehi-cle Analysis→File Driven Events 中導(dǎo)入相關(guān)的模型、道路文件、驅(qū)動文件，進行仿真分析，并且結(jié)合仿真分析結(jié)果確定該麥弗遜懸架減振器下端與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點處受力過大造成減振器儲油缸疲勞失效。