基于ANSYSWorkbench的汽車懸架系統的仿真分析

陳海清　袁超　王明杰　張子豪

摘 要：NVH性能是用戶對汽車品質最直觀的感受。懸架系統是保證汽車穩定性與操縱性的重要零部件，對汽車NVH性能有非常大的影響。本文運用SolidWorks對現有懸架系統模型進行簡化，后通過ANSYS Workbench平臺進行有限元分析，求出了各主要零件的固有頻率和振型，確定了各零件不發生共振，為懸架系統的結構設計及優化提供理論依據。

關鍵詞：ANSYS Workbench;懸架系統;有限元仿真;固有頻率

0 引言

NVH性能是用戶對汽車品質最直觀的感受。懸架系統是保證汽車穩定性與操縱性的重要零部件，對汽車NVH性能有非常大的影響。這就要求汽車的懸架系統既要有良好的減震性能又要有良好的導向特性。

近年來專家學者對汽車懸架系統，特別是半主動和主動懸架進行了大量的研究。劉猛和張麗萍[1]通過MATLAB仿真分析了車架的參數對汽車性能的影響。孫峰等[2]建立了某全地形車輛前懸架系統的三維模型，分析了懸架系統阻尼對汽車振動的影響，驗證了某全地形車輛懸架系統阻尼設計的合理性。任成龍和張雨[3]建立了隨機激勵作用下的單自由度汽車懸架系統模型，并通過振動試驗，獲取了試驗汽車懸架系統的振動曲線。岳書常等[4]建立了二自由度懸架系統非線性動力學和數學模型，發現了激勵幅值對懸架系統非線性振動的影響。沈祖英[5]研究了某輕型越野汽車的懸架系統，建立了懸架系統模型的基本數學方程。

本文研究的是汽車懸架系統的結構有限元分析，以奔馳雙橫臂懸架系統模型為例，利用SolidWorks對現有模型進行優化，通過ANSYS Workbench平臺對建立的汽車懸架模型進行模態分析，確定了懸架系統各零件間不發生共振，為汽車懸架系統的優化設計提供了依據。

1 汽車懸架系統的模態分析

（1）汽車懸架系統由彈性元件、減震器以及導向機構等部分組成。以SolidWorks建立懸架系統主要零部件的三維模型，并導入Ansys Workbench軟件中進行模態分析。設置各零部件材料參數，采用自由網格劃分方法，設定邊界條件，進行模態分析的求解計算。

各零件的材料參數見表1。

（2）對彈性元件進行模態分析，設置材料為丁苯橡膠，采用自由網格劃分，共劃分單元75294個，節點129826個，在彈性元件輪轂處施加固定約束。

彈性元件前十二階固有頻率如表2所示。

彈性元件部分模態振型見圖1。

（3）對減震器進行模態分析，設置材料為60CrMnA，采用自由網格劃分，共劃分單元5296個，節點14643個。在減震器上端和下端施加固定約束。

減震器前十二階固有頻率如表3所示。

減震器部分模態振型圖見圖2。

（4）對導向機構進行模態分析，設置材料為結構鋼，采用自由網格劃分，共劃分單元17975個，節點31581個。在導向機構左端和右端施加固定約束。

導向機構前十二階固有頻率如表4所示。

導向機構部分模態振型圖見圖3。

2 結論

由分析結果可以看出，彈性元件的前十二階固有頻率在239Hz-320Hz，減震器的前十二階固有頻率在35Hz-126Hz，導向機構的前十二階固有頻率在36Hz-935Hz，至于更高階的固有頻率，因為實際生活中很難達到，暫時不予考慮。比較各零部件間的各階固有頻率，沒有發現存在相同的固有頻率，所以該汽車懸架系統各零部件間不會發生共振。對懸架系統進行模態分析可以有效避免共振，為懸架系統的優化設計提供了理論依據，同時也為后續動態特性的分析做了鋪墊。

參考文獻：

[1]劉猛，張麗萍.基于Matlab汽車懸架的參數仿真剖析[J].汽車實用技術，2018（23）：192-194.

[2]孫峰，張思崇，戴磊等.基于MATLAB的全地形車輛被動懸架動力學分析[J].小型內燃機與車輛技術，2019，48（01）：39-45.

[3]任成龍，張雨.汽車懸架振動的混沌特性[J].濟南大學學報（自然科學版），2010，24（02）：198-201.

[4]岳書常，許英姿，劉燦昌等.基于線性控制參數的非線性汽車懸架最優控制[J].廣西大學學報（自然科學版），2015，40（06）：1372-1380.

[5]沈祖英.輕型越野汽車懸架系統設計及研究[J].時代汽車，2017（20）：69-70.

[6]郭昊維，陳長征.某純電動汽車減速器模態分析[J].噪聲與振動控制，2018，38（S2）：388-391.

作者簡介：陳海清（1981-），男，山東利津人，工程師，研究方向：汽車底盤系統零部件仿真分析。