基于SolidWorks/ADAMS的汽車懸架設計與仿真分析

蔣尊義，唐笑影，杜天德，劉 暢，胡 辰

（揚州工業職業技術學院，江蘇 揚州 225127）

汽車懸架的主要功能是傳遞車輪和車身之間的力和力矩，緩沖汽車車身的沖擊載荷，從而保證車輪具有較強的抗震動性能、滿足力與力矩分布均勻、轉向受力充分的特性，因此，合理設計汽車懸架的元件，盡可能降低系統間潛在的沖突和干涉對于改善車輛的安全性能和舒適性能具有十分重要的意義[1-3]。本文利用SolidWorks軟件建立汽車懸架的三維模型，而后導入ADAMS軟件中進行運動仿真分析，仿真結果可為汽車懸架的優化設計提供可靠的依據。

1 基于SolidWorks的汽車懸架三維建模

汽車懸架的三維建模包括部件的建模和整體裝配。利用SolidWorks軟件構造出各部分典型零件的三維模型，然后進行產品的整體裝配，使操作過程更為靈活。非獨立懸掛的車輪裝在整體車軸的兩端，當一邊車輪跳動時，另一側車輪也相應跳動，使整個車身振動或傾斜。獨立懸掛的車軸則分成兩段，每只車輪由螺旋彈簧獨立安裝在車架下面，兩邊車輪可以獨立運動，提高了汽車的平穩性、舒適性和操控性[4-6]。經過核算，得到滿足設計要求的汽車懸架總裝配圖 （見圖1）。

2 基于ADAMS的汽車懸架系統仿真分析

將SolidWorks中創建好的汽車懸架三維模型以parasolid（*.x_t）格式導入到ADAMS中，進行運動仿真分析。汽車懸架仿真分析參數設置見圖2。

圖1 汽車懸架總裝配圖

圖2 基于ADAMS的汽車懸架仿真分析參數設置

2.1 前輪主銷后傾角變化特性分析

在汽車側面，主軸的位置稍微向后傾斜。主軸的后傾角不僅可以提高汽車直線行駛時的穩定性，而且還可以使前輪在旋轉后自動變正[7]。車輪轉動時主銷位于車內，由于離心力的作用，前輪側反作用力位于主銷后，因此主銷反作用力使車輪趨于自動修正。圖3為前輪主銷后傾角隨車輪跳動的變化曲線。

圖3 前輪主銷后傾角隨車輪跳動的變化曲線

2.2 前輪主銷內傾角變化特性分析

主銷的內側坡度可以調整主銷相對于主銷中心線和鋪裝層之間距離的偏移，減小主銷的偏移可降低旋轉時的摩擦阻力[8]。主銷的內拔模角度通常為8°～13°，前輪主銷內傾角隨車輪跳動的變化曲線見圖4，從圖4可知，內拔模角度為11°～12.3°，最大值大于0.3°。主銷的內拔模角度過大會加快輪胎磨損，可通過補償轉向力矩來優化設計。

圖4 前輪主銷內傾角隨車輪跳動的變化曲線

2.3 前輪外傾角變化特性分析

前輪平面與地面有一個向外傾斜的角度，當汽車在相對平坦的道路上行駛時，行車方向會有一定的偏差；當存在該傾斜角度時，前輪可以克服偏差，以避免道路不平對行車產生較大影響，保證車的方向基本上保持不變[9]。外部傾斜可以對軸上的車輪軸承施加適當的水平推力，使車輪接近輪轂的內側軸承，從而減少外部軸承和輪轂的載荷，理想的車輪外部坡度變化為-4%～1%。前輪外傾角隨車輪跳動的變化曲線見圖5，從圖5可知，理想坡度變化為-0.8%～1.6%，變化范圍較小，很理想。

2.4 前輪前束角變化特性分析

前輪前束角可以在一定程度上糾正上述由前車輪外部傾斜引起的車輪向外旋轉，減少前車輪外傾角所導致的輪胎損耗。由于車輪傾斜，左前輪和右前輪分別向外轉動。要解決此問題，可通過車輪前束對消外傾角的向外轉動走向，使左右車輪可以繼續直行，以減少輪胎磨損。前束的角度變化為1.4°～1.7°，范圍較小。要求主銷后傾角不超過4°～6°，前輪前束角隨車輪跳動的變化曲線見圖6。從圖6可看出，優化后變化范圍為1.4°～1.7°，變化量為0.3°，雖然變化范圍有所增加，但仍然符合設計要求，并且優化后的主銷后傾角整體減小，達到較為理想的狀態。

圖5 前輪外傾角隨車輪跳動的變化曲線

圖6 前輪前束角隨車輪跳動的變化曲線

3 結論

本文利用SolidWorks軟件建立汽車懸架的三維模型，而后導入ADAMS軟件中進行運動仿真分析，包括前輪主銷后傾角、前輪主銷內傾角、前輪外傾角和前輪前束角隨車輪跳動的變化特性。車輪跳動過程中，只有保證這些參數的變化處于合理的范圍內，才會使汽車的安全性和操縱穩定性接近最理想的狀況。汽車行駛過程的仿真結果可以為汽車懸架的優化設計提供可靠的依據。