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

（遼寧工業大學汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

前言

麥弗遜懸架由于其結構簡單、結構緊湊、前輪定位參數變化小、制造價格低廉、等原因被廣泛應用于中低端轎車當中。但是由于其獨特的結構，以及空間布置等原因，其不可避免的受到側向力的作用，側向力使得減振器活塞桿彎曲并發生漏油，導向套磨損，儲油缸彎曲等現象的發生，影響減振器壽命，降低懸架的性能。針對某國產電車在沖擊石路面實車路試過程中出現的減振器下部彎曲的現象，要找到懸架減振器側彎的原因，我們需要知道懸架各個關鍵點的受力，并找到對減振器發生側彎影響最大的作用力，為以后有限元分析以及優化結構做好奠基。基于此，我們利用動力學仿真軟件Adams 進行動力學仿真，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 凸臺結構，實驗樣車循環數次通過該路面，最后發現麥弗遜懸架減振器下部發生彎曲失效，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，以及側向沖擊即Y 方向嚴重。X 方向以車行駛方向的反方向為正，Y 方向以車右側方向為正，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構特征，其不可避免的受到側向力的作用，當減振器的某一點或者某一區域在一段時間內持續或者間歇循環的受到某一沖擊力的作用時，減振器上該部位或者該區域便會發生疲勞失效，表現形式為磨損、變形、斷裂等形式。

2 整車動力學仿真分析

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修改為我們試驗樣車的硬點參數，如圖4 所示，建立整車模型。并且建立路面以及驅動文件。

圖3 修改懸架硬點參數

圖4 整車模型

2.2 仿真結果

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 轉向節與減振器下端連接點所受力

2.3 仿真結果分析

根據以上仿真結果，我們將麥弗遜懸架減振器個關鍵點所受的最大力整理到表格之中，為以后有限元結構分析提供方便。

表1

因為失效的減振器主要在X 方向跟Y 方向變形嚴重，Z方向幾乎沒有變形，所以我們重點關注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向節的連接處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向節連接點A 點。

圖9 懸架各關鍵點示意圖

轉向節和減振器下端連接點記為A 點；

轉向節軸頸中心點記為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 結束語

針對某國產電動汽車在實車路試過程中發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，還原當時的實車路試狀況，找到該減振器失效的原因。

根據廠家提供的整車硬點信息，在Adams 現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 路面以及驅動文件，并在Simulate→Full_Vehi-cle Analysis→File Driven Events 中導入相關的模型、道路文件、驅動文件，進行仿真分析，并且結合仿真分析結果確定該麥弗遜懸架減振器下端與轉向節連接點處受力過大造成減振器儲油缸疲勞失效。