董苗靜　王忠海　崔　潤

摘要:應用多體動力學仿真分析軟件ADAMS/CAR建立某車輛的麥弗遜前懸架多體系統(tǒng)模型,分析了懸架系統(tǒng)的相應的車輪定位參數,然后利用ADAMS/Insight 模塊對該車輛懸架的定位參數進行優(yōu)化仿真,通過對優(yōu)化后的結果進行分析,改善了懸架的運動學性能。

關鍵詞:麥弗遜式懸架車輪定位運動學優(yōu)化

0 引言

汽車懸架運動學及彈性運動學特性的設計成為汽車開發(fā)中的一項重要任務。 懸架運動學分析的主要內容是研究車輪定位參數與車輪跳動量的關系。從中可以得到基本的車輪定位及變化特性信息。以懸架操縱穩(wěn)定性、平順性、汽車工作效率、安全可靠性為主要評價目標,受到車身造型的制約及總布置的協(xié)調,在不同底盤調教風格下,懸架在與之關系密切、性能日新月異的相關功能子系統(tǒng),如轉向、輪胎、動力、制動相互作用下,可以確定自身相對最佳的性能指標。本文在參考懸架設計相關知識的基礎上,以一般設計要求作為懸架運動學的優(yōu)化目標。

1 仿真模型建立

1.1 某型轎車前懸架在MSC.ADAMS/Car中建立仿真模型。如圖1

1.2 將懸架模型與測試平臺裝配,按上下跳動量為-50至-50mm進行平行跳動工況仿真。

1.3 調用 MSC.ADAMS/Solver解算,得到相關定位參數及特性曲線,參見優(yōu)化效果比較部分。

2 懸架運動特性優(yōu)化

2.1 懸架運動優(yōu)化 運用 MSC.ADAMS/Insight,通過對模型的硬點坐標、彈性參數進行多次修改迭代,可以對模型的某項或是多項性能指標進行優(yōu)化。從而改善懸架的運動學性能。選取設計變量較多, DOE設計矩陣復雜,運算量龐大,為此,優(yōu)化分析先針對輪距、后傾,后針對前束進行。把擺臂前點(lca _front)、后點(lca_ rear)、球頭銷(lca_ outer)硬點的 9 個坐標值(每個點有 X、Y、Z 三個方向坐標)作為設計變量,設定變動范圍在-8mm至8mm。以仿真過程中輪距的標準差 (Standard Deviation)、后傾平均(average value)值為設計目標。系統(tǒng)創(chuàng)建工作矩陣,共進行512次試驗,將進行512次迭代解算。輪距、后傾等優(yōu)化后,前束變化量過大、且變化趨勢不理想,如圖2,以轉向拉桿內、外點為設計變量,優(yōu)化前束,過程略。

2.2 優(yōu)化分析 以下是優(yōu)化前、后車輪定位參數的比較圖(實線為優(yōu)化前的曲線,虛線為優(yōu)化后的曲線):

2.2.1 主銷內傾角(Kingpin_ Inclination_ Angle) 合理設置主銷內傾角,利于保證低速行駛時的回正作用,主銷內傾角的增大使內傾回正力矩成比例的增大;為降低前橋的縱向力敏感性,設計趨勢是使主銷偏移距比較小或為負值,故一般需有較大的主銷內傾角設計值,并且在車輪上下跳動行程中變化不要太大。圖中優(yōu)化后比優(yōu)化前增加了0.8度,變化趨勢相近,總體變化較小。

2.2.2 車輪外傾角(.Camber_Angle) 車身側傾時帶動車輪隨車身側傾,有使外傾角增大的效果,其結果是側偏剛度下降;通過對懸架導向機構合理布置,車輪上跳時使車輪對車身的外傾減小(平行跳動曲線變化趨勢),有助于使車輪對地外傾角變化不過大,保證車輪與地面有足夠的附著力。

為防止產生過度轉向效應,必須控制上跳時車輪對車身的外傾減小程度,一般前側傾外傾系數為0.61至0.88,總的效果將為不足轉向。即一般要求兩側車輪平行跳動時變化量不能過大。同時為了不使獨立懸架安裝的車輪下跳時輪距減小過多,外傾角設置也應當適當減小。優(yōu)化后變化趨勢不變,但更加平緩,較優(yōu)化前不會增加過多轉向。

2.2.3 車輪前束角(Toe_Angle) 基本的概念是”前輪前束的作用在于平衡外傾”,另有一些觀點認為前輪前束的真正作用是補償和防止車輪后束,后束會導致行駛不穩(wěn)定,如果汽車帶有后束,行駛時當一車輪處于直線行駛,另一車輪為后束,汽車將處于轉向狀態(tài),同時由于處于前進方向的車輪行駛阻力減小,而產生后束的車輪產生附加行駛阻力,促使汽車加劇轉向而失去穩(wěn)定行駛狀態(tài)。相反對于帶有前輪前束的汽車當某一車輪瞬時處于直線行駛狀態(tài)時,另一側車輪將增加前束角汽車處于轉向狀態(tài),但由于輪胎將增加前束而產生的附加阻力促使車輪回正,從而保持直線行駛穩(wěn)定性。優(yōu)化后前束只出現(xiàn)微小后束,最大前束值有微小上升,避免了優(yōu)化前較大后束的出現(xiàn)。

2.2.4 主銷后傾角(Caster Angle) 主銷后傾角的設計應保證汽車具有合適的回正力矩,其穩(wěn)定效應是發(fā)生在前輪轉向時憑借路面對輪胎的側向反力來實現(xiàn)的,較大時會使車輪支撐處反力矩過大,易造成車輪擺振或轉向盤上力的變化。一般不希望后傾角在車輪上下運動過程中出現(xiàn)大的變化,以免在載荷變化時出現(xiàn)回正力矩過大或過小的現(xiàn)象,使操縱穩(wěn)定性惡化。優(yōu)化后基本值下降約0.6度,變化趨勢相同,達到了降低基本值的優(yōu)化目標 。

2.2.5 輪距(Total Track) 在獨立懸架設計中,一是要求輪距變化盡量小以減少輪胎的磨損,二是輪距的變化會引起滾動輪胎的側偏從而產生側向力輸入,較大的滾動阻力和使直線行駛性能下降。因此也要求輪距變化盡量地小,一般要求車輪跳動土50mm 時,輪距變化為l0mm。優(yōu)化后輪距變化為12mm,較優(yōu)化前的19mm有大幅下降,較為理想。

參考文獻:

[1]余志生著.汽車結構.機械工業(yè)出版社2002.