基于Adams/Car與Adams/Insight的某重型雙前橋貨車前懸架的仿真與優化

相 臣，杜 勇

Xiang Chen1，Du Yong2

（1．合肥工業大學 機械與汽車學院，安徽 合肥 230009；2．合肥工業大學 交通運輸工程學院，安徽 合肥 230009）

基于Adams/Car與Adams/Insight的某重型雙前橋貨車前懸架的仿真與優化

相 臣1，杜 勇2

Xiang Chen1，Du Yong2

（1．合肥工業大學 機械與汽車學院，安徽 合肥 230009；2．合肥工業大學 交通運輸工程學院，安徽 合肥 230009）

論文主要根據CATIA模型在Adams/Car中建立某重型雙前橋貨車非獨立前懸架模型，根據所建模型對其進行了Parallel Wheel Travel（雙輪同向跳動）的仿真試驗，分析了其輪胎隨著試驗臺跳動時車輪的定位參數的變化規律。并且對該懸架的部分硬點位置用Adams/Insight進行了優化處理，得到了優化后的關系曲線，并與優化前的曲線進行了比較，表明所做的優化設計是有效的，改良了非獨立前懸架的運動學性能。

雙前橋非獨立懸架；硬點；前輪定位；Adams/Car；Adams/Insight；

0 引 言

懸架是汽車的重要總成之一，是車架與車橋（車輪）之間的一切傳力連接裝置的總稱[1]。傳遞在車輪和車架之間的所有力（包括力矩）是懸架的最主要的功用，沖擊載荷經過懸架傳遞到車身后會得到衰減，由此來保證汽車行駛的平順性。同時，懸架還應該具有合適的衰減振動的能力，保證汽車良好的操縱穩定性[1]。在Adams/Car模塊中我們可以快速地建立該雙前橋非獨立前懸架的虛擬樣機模型，并且對該前懸架進行運動學分析，然后進入后處理模塊得到各種性能曲線，最后可以在Adams/Insight中對轉向節臂上的部分硬點坐標進行修改優化，達到想要的懸架優化結果。非獨立懸架一般具有較大的懸架剛度，所以一般應用在重型貨車上。

1 重型貨車非獨立懸架的建模

根據給出的實際車輛的CATIA模型，測出雙前橋非獨立前懸架建立所需要的部分硬點位置坐標，然后根據硬點坐標在Adams/Car建模器（Template Builder）模塊中建立貨車雙前橋非前獨立懸架系統，在Adams/Car標準界面窗口中生成子系統與試驗臺MID_SDI_TESTRIG進行前懸架系統的裝配，如圖1。雙前橋非獨立前懸架主要包括減振器、彈性元件鋼板彈簧、轉向節臂、轉向橫拉桿和轉向前橋。

雙前橋非獨立前懸架的簧載載荷為4 028 N，左右車輪的輪距為2 040 mm；定義靜止時雙前橋非獨立前懸架的車輪定位參數為；主銷后傾角7°，主銷內傾角1.7°，前輪前束角0.5°，前輪外傾角1°。雙前橋非獨立前懸架的垂直剛度為293 N·m。

2 懸架運動特性的仿真分析

在建立好貨車雙前橋非獨立前懸架仿真模型的基礎上，可以在標準界窗口（Standard Interface）進行雙輪同向跳動（Parallel Wheel Travel）的仿真試驗。試驗中各個參數的數值輸入如圖2所示。

車輪中心跳動的上下高度設置為50 mm，仿真的類型interactive，仿真步數設置為20。仿真結束后，進入Adams/Car后處理的模塊查看參數，如車輪外傾角、主銷內傾角、主銷后傾角和車輪前束角的變化規律。

車輪前束角是汽車車輪的一個重要的定位參數，車輪有了外傾角，在滾動的時候就類似于滾錐，但是由于存在轉向橫拉桿和車橋的約束作用，車輪就會邊滾邊滑，增加輪胎的磨損，車輪的前束角可以抵消這種不良的后果[2]，如圖3所示。

汽車直線行駛，受外力的影響發生偏轉時，主銷后傾就會產生與車輪轉向相反方向的力矩使車輪自動回正，從而確保汽車直線行駛穩定性。主銷后傾角的選擇要根據車輛行駛狀況確定，如果無助力器轉向，一般不大于3°，轎車上的主銷后傾角一般為3°～10°[3]。主銷后傾角隨車輪的變化為4.5°～6.8°[2]，如圖4所示。

車輪外傾角是通過車輪中心的汽車橫向平面與車輪平面的交線與地面垂線之間的夾角。如果空車時，車輪垂直于地面，滿載時輪轂將受到壓縮，降低壽命。前輪的外傾角是在轉向節的設計中確定的。設計時使轉向節軸頸的軸線與水平面成一定的角度，該角度即為前輪外傾角，一般設計為1°左右[3]（圖5）。

在設計轉向橋時，主銷在汽車的橫向平面內向內傾斜一個角度，我們稱之為內傾角。主銷內傾角能夠產生回正力矩，在汽車低速行駛時有自動轉向回正功能[3]。設計上希望車輪在跳動的過程中，前束值、外傾值、內傾值和后傾值在合理的較小范圍內波動；在跳動的過程中其變化量相對較小，使懸架具有較好的運動學性能（圖6）。

3 懸架定位參數的優化設計

在仿真結束后，可以進入simulate菜單欄下的DOE interface模塊，應用Adams/Insight進行懸架的相關優化設計。首先，我們把車輪的4個定位參數中的主銷后傾角設定為優化的目標，Design Objective’s value設置為Maximum absolute value during simulation，即將主銷后傾角的最大絕對值設置為優化目標。優化目標創建完成后，選擇DOE Interface界面，進入Export導出裝配到Insight界面，以轉向三角臂的3個硬點為要考慮的影響最大后傾角的潛在影響因素，將每一個硬點沿著3個坐標軸的跳動范圍設置為（-5，5），單位設置為mm，創建experiment。接下來創建工作矩陣，將Design Type設置為 Fractional Factorial，Model設置為 Linear，Objective設置為Screening。工作矩陣創建完成后，就可以創建設計空間（Create Design Space），然后接著創建工作空間（Create Work Space）。工作空間創建完成之后，就可以進行試驗的優化了。點擊Run Simulations 按鈕，系統將自動進行256次的迭代運算，得出最后的優化結果，如圖7所示。

通過對比優化前、后前輪定位參數的曲線（圖8～圖11）得出以下的結論：前輪前束角由0.5°～0.7°變化為0.48°～0.68°；前輪前束角最大值變小；主銷內傾角由0.976°～1.008°變化為0.9825°～1.012°，在合理的內傾角范圍，變動范圍變小，由0.032°

變化為0.027 5°。主銷后傾角由5.0°～7.0°變化為2.5°～4.5°，主銷后傾角明顯減小；前輪外傾角由0.975°～1.01°變化為0.982 5°～1.012 5°，在合理的外傾角范圍內，前輪外傾角的變化量由0.035°變化到0.03°。

由此可以看出，雖然以主銷內傾角作為主要優化目標，但是其他的定位參數也得到了較好的優化，因此我們所做的優化是合理有效的。

4 結束語

1）根據CATIA模型，建立了某重型雙前橋貨車的非獨立前懸架的虛擬模型，各個運動部件之間所加的運動副準確無誤，與試驗臺的通訊器匹配成功。

2）模型建立后，進行了Parallel Wheel Travel（雙輪同向跳動）的仿真試驗，觀察車輪跳動時對其車輪定位參數曲線變化規律。

3）為了提高該雙前橋非獨立前懸架的運動學性能，以主銷后傾角為主要的優化目標，采用優化軟件Adams/Insight對雙前橋非獨立前懸架進行了優化設計，有效地改良了該雙前橋非獨立前懸架。

[1]王望予，張建文，閩海濤，等. 汽車設計[M].北京：機械工業出版社，2004．8．

[2]魏道高．汽車前輪定位參數研究與展望[J]，合肥工業大學學報（自然科學版），2004，27（12）：1594-1598．

[3]陳家瑞，馬天飛. 汽車構造（下冊）[M]．北京：人民交通出版社，2005．9．

U463.33+2

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2014-04-10

1002-4581（2014）04-0032-04