基于Adams/car的襯套剛度對懸架系統受力影響分析

肖全洪 田巍巍

鄭州精益達汽車零部件有限公司 河南 鄭州 450016

前言

懸架是現代汽車上的一個重要總成，它把車架和車輪彈性的連接起來。其主要任務是在車輪和車架之間傳遞所有的力和力矩，緩和有路面不平傳給車架的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統的振動，隔離來自地面、輪胎輸入的噪音，控制車輪的運動規律，以保證汽車具有需要的乘坐舒適性和操縱穩定性[1]。

懸架中大量使襯套，主要利用橡膠變形衰減汽車高速行駛的振動，以及減緩機構中難以避免的運動干涉[2]，由此可見襯套是懸架傳遞力和力矩路徑中的必經之路，起著至關重要的作用。

本文以軸承解耦式雙擺臂獨立懸架系統和球鉸解耦式雙擺臂獨立懸架系統為研究對象，首先按理論力學模型進行制動工況計算，再在Adams/car中建立多體模型，選取不同剛度襯套，對懸架系統進行制動工況靜載分析，提取擺臂和支撐臂鉸接點X方向（本文提及坐標均為整車坐標）的受力，對比兩種不同懸架擺臂和支撐臂鉸接點X方向的受力是否受襯套剛度的影響，總結這兩種懸架結構受力特點和受力提取方法。

1 懸架結構說明

軸承解耦式雙擺臂獨立懸架主要由彈性元件、阻尼元件、上擺臂、下擺臂、支撐臂、轉向節車輪總成等組成，其結構和各部件之間的位置和連接關系如圖1所示；支撐臂6和轉向節輪邊總成在F點連接，釋放沿主銷7的軸轉動；上擺臂4和支撐臂6在A點（圓錐滾針軸承）連接，釋放X軸方向的轉動；下擺臂5與支撐臂6在B點（圓錐滾針軸承）連接，釋放X軸方向的轉動；上擺臂4與車架在C點（襯套）連接，下擺臂5與車架在D點（襯套）連接；這種懸架結構將車輪轉向和跳動拆解為繞主銷（F點）轉動和繞軸承（A、B點）轉動。

球鉸解耦式雙擺臂獨立懸架是在軸承解耦式的基礎上將軸承改為球鉸（只約束X/Y/Z方向的位移，釋放X/Y/Z的轉動），球鉸直接連接擺臂和轉向節，無支撐臂結構，這種懸架結構車輪的轉向和跳動都是由上、下兩個球鉸實現。

圖1 軸承解耦式雙擺臂獨立懸架結構圖

2 理論計算

雙擺臂獨立懸架車輪上僅受制動力FB作用時的力學模型如圖2。

圖2 力學模型

關于B點建立力矩平衡方程為

對車輪轉向節建立水平方向（X方向）的力平衡方程為

在Catia中提取參數：(簡化處理)

r=411mm，L1=356mm，L2=156mm，L3=490mm，L8=235mm，α=0°，θ=0°，δ=0°；

制動力為：FB=38200N；

綜上，理論計算：FU=12161N，FL=50362N。

3 仿真分析模型建立

在Catia三維模型中提取硬點坐標，包括：輪心、轉向節硬點、上擺臂硬點、下擺臂硬點，支撐臂硬點，轉向系統硬點，在Adams/car Template Builder中建立懸架模型，轉向系統調用軟件自帶模板，根據需要進行修改，在Standard interface中將前懸架、轉向系統、仿真試驗臺進行裝配，并設置參數，包括：軸距、輪胎剛度、前后制動力分配等[3]，如圖3所示。

圖3

4 軸承解耦式雙擺臂獨立懸架仿真

C、D點襯套原始剛度為：軸向4.5*104N/mm、徑向1.3*105N/mm、偏轉7.8*104N.mm/°、扭轉4.5*104N.mm/°，在Adams/car襯套屬性文件中進行設置，如圖4。

圖4

在Adams/car/Simulate/suspension analysis/static load分別按K特性和C特性剛度進行靜載分析，其中下擺臂D點襯套的C特性剛度按原始剛度、±50%原始剛度進行分析，并提取A、B點支撐臂X方向受力，結果如表1。從仿真結果看，軸承解耦式懸架A、B點的受力大小與襯套剛度有關，軸承解耦式懸架在受縱向力時，由于A、B點軸承都可以承受Mz方向的力矩，相互較量，此時誰的剛度大就會承受更大的力。分析結果表示，下擺臂襯套剛度增大，B點支撐臂X方向受力也增大。此類懸架結構在設計時無法通過理論模型進行力的提取，可通過軟件仿真，按實際情況進行襯套剛度設定，提取受力大小。

表1 軸承解耦式雙擺臂獨立懸架仿真結果

5 球鉸解耦式雙擺臂獨立懸架仿真

調整Adams懸架模板與球鉸解耦式雙擺臂獨立懸架結構一致，分析過程與軸承解耦式雙擺臂獨立懸架仿真過程相同，結果如表2。從仿真結果看，球鉸解耦式懸架A、B點的受力大小基本不受襯套剛度的影響，且仿真結果與理論計算結果基本一致，此類懸架結構在設計時可通過理論模型或軟件仿真進行力的提取。

表2 球鉸解耦式雙擺臂獨立懸架仿真結果

6 結束語

本文通過對軸承解耦式和球鉸解耦式雙擺臂獨立懸架理論力學模型受力計算和運用Adams/car建立多體運動模型進行受力提取，對比不同襯套剛度對其受力的影響，總結得出，軸承解耦式雙擺臂獨立懸架無法通過理論模型進行力的提取，可通過軟件仿真，按實際情況進行襯套剛度設定，提取受力大小；球鉸解耦式雙擺臂獨立懸架可通過理論模型或軟件仿真進行力的提取。