基于Adams對擺臂襯套空心部位間隙設計合理性的研究

崔金泉，傅麗華，陳齊平

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基于Adams對擺臂襯套空心部位間隙設計合理性的研究

崔金泉1，傅麗華1，陳齊平2

（1.江鈴控股有限公司開發中心底盤部，江西 南昌 330000；2.華東交通大學，江西 南昌 330000）

通過對車輛在搓板路面存在方向打手其結構傳遞路徑的探索，借助Adams仿真工具對三角臂后襯套空心不同間隙的研究，通過監測主駕座椅垂向及方向盤的切向加速度作為評價指標，評估三角臂襯套空心間隙對整車平順性的影響，以此來研該襯套空心間隙設置的合理性，結果表明襯套空心間隙S為1.2mm時汽車的平順性及打手現象均滿足設計要求。

方向盤打手；襯套空心間隙；仿真分析；平順性

前言

目前，帶空心橡膠襯套的三角臂被廣泛用于汽車麥弗遜懸架系統，其隔振能力直接取決于它的剛度特性及空心間隙。相關的文獻表明某些橡膠襯套的動靜剛度特性研究已取得一定的效果，但暫未充分考慮空心間隙的合理性，以及缺乏對隔振和易產生系統的干涉運動的影響進行研究。

針對某款SUV樣車在設計驗證階段出現通過接縫路面轉向盤打手現象，本文將通過研究其路徑中的傳遞機構以尋求改善。

在研究過程中借助于Adams軟件創建整車運動學模型，并與樣車之間經進行KC特性曲線關聯檢查。在其他變量因數不變條件下通過調整襯套空心間隙，并監測車身及方向盤的加速度響應峰值，根據監測顯示結果，指導樣件的制作并測試與仿真模型的符合性。

1 方向打手現象研究

路感的產生一般是因車輪受到路面的激勵，使車輪在縱方向產生退讓運動并使懸架系統內部空間發生干涉的一種傳遞運動，受其影響的左右車輪前束角發生變化，并推動轉向拉桿往復運動。然而當懸架系統內部桿系產生過大的頻率及幅度的干涉運動不能得到有效的抑制時，懸架系統則發生持續震蕩并隨之被放大，因此經傳遞機構中轉向拉桿輸入到方向盤時會產生小幅高頻的切向往復運動，即方向盤打手現象。

本文主要從傳遞路徑的角度研究對激勵源在傳遞過程中的變化，并優化某一結構解決方向盤打手問題。

該款SUV采用的是麥弗遜獨立懸架，其結構形式如圖1，包含副車架總成、轉向器總成、轉向管柱總成、前支柱總成、前制動器總成及穩定桿裝置。

圖1 懸架結構示意

2 模型簡介及關聯

依據該SUV車型提供的懸架硬點坐標及彈性元件、整車質量參數，通過Adams創建系統模型如圖2。其中彈性元件包含螺簧剛度、減震器阻尼、襯套剛度、緩沖塊剛度等。

圖2 懸架系統模型

因樣車在制造過程中所用到零件的工藝、尺寸、結構強度方面的差異，為保證整車理論模型仿真結果真實有效，在方案分析前需對仿真模型與樣車臺架測試的KC特性進行關聯對比從而優化模型個別參數。

圖3 為車輛軸荷與懸架行程的關系，根據仿真結果和KC測試對比（其中V1相對V0為優化后，后續表述相同），顯示車輪隨輪心跳動之間的載荷變化基本一致，從而表明模型在設置的彈簧、襯套及質量等參數與樣車相符。

圖3 車輛軸荷與懸架行程關系

圖4 為前束角、外傾角與懸架行程關系。根據仿真結果和KC測試對比，顯示車輪前束角及外傾角隨車輪跳動之間的角度變化基本一致，從而表明模型的硬點坐標與樣車相符。

圖4 車路前束角、外傾角與懸架行程關系

圖5 為阿克曼轉向百分比。根據仿真結果與KC測試對比，顯示轉角阿克曼百分比隨車輪轉向角其變化趨勢一致，從而表明轉向梯形機構和傳動比的設置與樣車相符。

圖5 阿克曼轉向百分比

3 傳遞路徑分析

圖6 三角臂布置示意圖

經試驗數據統計表明抖動主要起傳遞路徑作用為麥弗遜懸架結構中的三角臂總成如圖6。根據對三角臂總成中分別與車架連接的前襯套A及后襯套B的動力學分析，該結構中前襯套A根據布置方向繞M軸線旋轉起到衰減車輪垂向輸入的振動，后襯套B于M軸與N軸（輪心與B襯套連線）的交叉點位置，根據其襯套實心與空心布置方向分別參與衰減車輪繞M軸產生的垂向振動和車輪在縱向退讓激勵下產生的由轉向拉桿內外點和三角臂外及前點形成的四邊形并沿其N軸方向往復運動，而車輪縱向退讓過大超出四邊形行程范圍則經襯套B的吸收變形后轉化成機構中轉向拉桿的干涉運動從而推動方向盤打手。

從襯套B空心結構上分析其空心間隙S直接影響到車輪沿軸線N方向的位移量，即襯套B空心間隙S大小（如圖7）的合理性直接影響到車輛在接縫路面行駛傳遞到懸架系統并經傳動機構使方向盤出現打手嚴重程度。

4 分析驗證

在Adams整車模型中其他參數不變的基礎上，研究襯套B空心間隙S大小對方向盤打手時的影響，并將方向盤的切向加速度及車身地板振動加速度作為評價指標。在分析之前，對襯套不同空心間隙在其方向上的靜剛度特性測試，結果如圖8。

將上述三組不同空心間隙靜剛度特性曲線輸入到模型對應的襯套B中，模擬車輛對應工況中出現的方向盤打手現象。在Adams整車動力學仿真界面中對行駛工況進行參數化設置，如圖9所示，即以25Km/h通過與行駛方向成65°夾角且對應高寬分別為20、50mm的截面三角形形狀的障礙物。

在模型中，通過在方向盤及車身主駕座椅位置上布置的加速度通信器來獲取在上述工況下不同空心間隙下對應的加速值，分別如圖10，圖11所示。

圖10 方向盤切向加速度

圖11 主駕座椅垂向加速度

仿真結果表明，隨著空心間隙的不同，當方向盤切向加速度峰值與主駕座椅加速度峰值成反比，如表1所示；

表1 仿真結果對比

表1對比結果可知，當襯套間隙為1.2mm時對應的整車表現綜合結果即兼顧操作舒適性又保證平順性。

根據仿真結果對擺臂襯套其間隙按上述要求實施制作并于整車進行客觀測試，在轉向盤上布置角速度傳感器以監測Y切向瞬態時域加速度，如圖12。

圖12 樣車測試加速度布置圖

在選定的一段封閉距離不低5Km較為平坦的公共道路上進行測試，通過更換上述三組樣件分別測試，結果顯示當使用襯套間隙為1.2時對應的加速度0.04介于其他兩者之間，與理論分析結果趨勢一致。

圖13 方向盤切向加速度

5 小結

在產品開發驗證階段，擺臂襯套空心部位間隙設計經常會因方案不成熟，從而導致在整改中出現反復調整而影響項目節點的問題。本文較以往研究其解決問題方式不同，一方面，本文采用了KC與Adams模型仿真結果相關聯以最大限度提升仿真理論指導性；另一方面，借助動力學模型通過調整單一變量驗證期望結果，避免其他無關因素的干涉，從而提升分析問題的準確性及解決問題的及時性。

通過CAE分析工具的使用，預判了項目在整改方向上的結果，從而縮短了驗證時間；通過Adams多體動力學軟件在整車上的運用，解決了設計驗證階段中的工程問題。

[1] 張洪圖.汽車構造[M].北京理工大學出版社,2013.9.

[2] 宇野高明編著,赫長文譯.汽車行駛性能和底盤機構[M].1994.8.

[3] 陳峰華.Adams虛擬樣機技術從入門到精通[M].清華大學出版社2015.8.

Research on rationality of gap design of hollow portion of swing arm bushingbased on Adams

Cui Jinquan1, Fu Lihua1, Chen Qiping2

（1.Jiangling Holdings Co., Ltd. Development Center Chassis Department, Jiangxi Nanchang 330000;2.East China Jiao Tong University, Jiangxi Nanchang 330000 )

Through the exploration of the vehicle's structural transmission path in the direction of the seesaw surface, the Adams simulation tool is used to study the hollow gap of the triangular arm rear bushing, and the tangential acceleration of the main driving seat vertical and steering wheel is evaluated. The index evaluates the influence of the hollow clearance of the triangular arm bushing on the smoothness of the whole vehicle, so as to study the rationality of the hollow gap setting of the bushing. The results show that the smoothness and the hand-wound phenomenon of the car when the bushing hollow clearance S is 1.2mm Meet the design requirements.

steering wheel hitting; bushing hollow clearance; simulation analysis; ride comfort

U461.4

B

1671-7988(2018)21-133-04

U461.4

B

1671-7988(2018)21-133-04

崔金泉（1983-），男，江西廣昌，學士，汽車工程師。研究方向：汽車底盤集成及懸架系統開發。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.046