基于Adams/car板簧工具箱的鋼板彈簧建模及仿真

劉君程，姜家如，宋紹文，羅傳東，王濤

基于Adams/car板簧工具箱的鋼板彈簧建模及仿真

劉君程1，姜家如2，宋紹文2，羅傳東2，王濤2

（1.安徽江淮汽車股份有限公司國際公司，安徽 合肥 230601； 2.安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

文章主要基于某車后懸架結構模型，提取建立懸架模型所需參數，利用美國MDI公司開發的Adams/car軟件所嵌入的leafspring子模塊進行鋼板彈簧懸架模型建立，并且詳細描述了板簧模型建立過程，進而完成板簧垂向剛度變化對比，形成與該車相對應的板簧懸架動力學模型。在文章最后，對后懸架板簧模型與該車后懸架同向輪跳試驗測得各參數變化趨勢進行對比，吻合度達到95%以上。

鋼板彈簧；垂向剛度；同向輪跳

引言

隨著市場對車輛產品設計制造快速多變，同時又要保證性能要求，基于多體動力學的虛擬樣機仿真技術在汽車行業得到廣泛的應用。基于目前應用較為廣泛的機械多體動力學仿真軟件Adams/car對鋼板彈簧進行動力學建模，并進行性能仿真。

1 Adams介紹

Adams是由美國MDI公司開發的虛擬樣機分析軟件，目前已被全世界各行各業的數百家主要制造商采用。Adams/ car中leafspring模塊是專門針對懸架形式為板簧懸架的車型設計的，此模塊建模參數獲取簡單，精度相對較高，能夠在很大程度上呈現懸架實際運動狀態。

基于Adams/car中的leafspring模塊是專門為精準快捷建立板簧懸架模型設計而成的。目前，無論企業、學校等都采用此模塊進行機械系統性能的模擬與實現。

2 基于Adams/car板簧工具箱的板簧懸架模型建立

2.1 鋼板彈簧模型建立

2.1.1基本理論

鋼板彈簧廣泛應用在車輛上。在設計過程中，客戶利用板簧工具箱，能夠建立由離散梁單元構成的高質量板簧虛擬模型，方便、精準的研究設計方案是否合理。[1]

板簧虛擬模型既可以作為獨立的子系統，也可以通過與Adams/View 和Adams/Car等建立整車模型進行裝配。[2]

板簧工具箱也可以將板簧模型自動轉變成，包含車軸、連接件和信息交流器等信息的Adams/Car懸架模板。

2.1.2基本流程

使用板簧工具箱的一般流程：

通過如下步驟，可以進行板簧建模和設計方案研究：

（1）通過OG profile創建板簧初始幾何輪廓；

（2）創建板簧模型；

（3）運行準靜態分析；

（4）創建加預載荷的板簧模型；

（5）創建一個板簧裝配體模型；

（6）將板簧裝配體轉換為Adams/Car的模板[1]。

2.1.3實例建模

下面以某商務車四片簧后懸架模型為例，在Adams/car平臺的leafspring模塊中建立鋼板彈簧模塊，并生成板簧懸架模型。

此板簧懸架系統包括鋼板彈簧四片、減震器、車橋等部件。

對應的弧高、弧長等都是在板簧處于自由狀態下測量所得。

在Adams/car中，利用板簧工具箱按照上述流程建立板簧模型。

主要參數包括鋼板彈簧片數、中間卡箍長度、卷耳安裝類型、卷耳半徑、是否含有副簧、簧片厚度以及各片簧自由狀態下弧高/弧長。

輸入板簧建模所需要的相關參數，然后建立板簧模型如下：

為了驗證所建立板簧模型是否滿足剛度要求，需要進行板簧試驗，測得鋼板彈簧的試驗剛度曲線，然后與仿真剛度曲線對比，以確定模型建立的精度，下面是鋼板彈簧試驗方法：前/后卷耳處于同一水平面上，在鋼板彈簧卡箍中軸處施加一載荷F，使前后卷耳沿著水平方向滑動，當鋼板彈簧的弧高達到測試弧高要求過程中，測量幾組施加載荷F，形成對應的弧高與載荷F的關系曲線，即為板簧剛度。

鋼板彈簧剛度仿真曲線與試驗測得的曲線大致上達到很高程度的吻合，滿足設計規范要求。所以該鋼板彈簧模型可以進一步設置轉化為我們需要的Adams/car格式的tpl文件，用于后期懸架模型的建立，以及懸架K&C仿真分析。

圖1 自由狀態下板簧

由圖1所生成的鋼板彈簧，設置該車型后懸架鋼板彈簧前后卷耳所對應的安裝位置坐標以及車橋相對于鋼板彈簧安裝位置距離，最后轉化為左右對稱的鋼板彈簧懸架的Adams/car格式的正規模板tpl文件。

該鋼板彈簧子模板需要與對應車型的車軸相互配合，形成完整的后懸架模型才可以用于接下來的仿真分析工作中。

3 后懸架K&C仿真分析

3.1 懸架K&C特性含義

K：Kinematics，運動學特性，主要指由懸架導向機構幾何所決定的懸架運動學特性。

C：Compliance，懸架柔度，即剛度的倒數，主要是指由懸架各彈性元件組合在一起所決定的懸架力學特性。

兩者合在一起稱為懸架的KC特性。懸架KC特性是評價一個懸架能否滿足整車操穩及平順性要求的主要參數，同時也是對懸架做出調整的主要依據。

懸架K&C特性主要包括以下幾方面內容：四輪定位參數、垂直剛度（Wheel Rate）及偏頻、側傾角剛度（Suspension Roll Rate）、側傾中心（Roll Center）與側傾軸、縱向剛度（Fore—Aft Wheel center Stiffness）、橫向剛度（Lateral Wheel center Stiffness）以及軸距（Wheel Base）。本文中主要考察懸架的四輪定位參數特性；前束角、外傾角以及主銷后傾角等。

3.2 分析模型建立

在Adams/car軟件中，完整的后懸架模型必須包括彈簧、減震器、軸和輪胎，而且相互之間必須要有對應的通訊器communications進行連接才能正常運作。[3]所以根據所建立的鋼板彈簧子模板與車軸、減震器、輪胎以及試驗臺架，通過相互之間連接的通訊器communications裝配成所需要的后懸架仿真模型。

3.3 懸架K&C仿真

建立完整的懸架模型主要是對后期整車懸架K&C仿真分析、整車操縱穩定性仿真分析以及整車平順性仿真分析做結構鋪墊。[4]以下內容主要對此后鋼板彈簧懸架模型進行同向輪跳仿真分析，在后處理中輸出仿真分析結果文件，并與實際試驗所測得的同向輪跳下的前束角、外傾角以及主銷后傾角進行對比，驗證后懸架模型的正確性。

針對鋼板彈簧懸架的K&C特性仿真分析曲線與相對應設計車試驗數據進行對比結果，前束角變化、外傾角變化以及主銷后傾角變化的吻合度都達到95%以上，滿足設計要求。

所以在一定程度上可以看出，此鋼板彈簧建模方法，精度相對比較高，在后期車型開發可大范圍實行。

4 結論

由本文描述可以得知，同向輪跳仿真分析結果與試驗結果對比效果很好，達到95%的精度要求。證明對于鋼板彈簧懸架的車輛，也可以采用仿真分析代替部分試驗，為同樣類型機構的設計提供一種方便且實用的分析方法。為進一步制造物理樣機奠定基礎；

采用此方法建立鋼板彈簧模型，在后期懸架結構、硬點變動時，可以通過修改文本文件進行更改懸架模型。不需要重新導入硬點，建立beam單元和約束，生成鋼板彈簧模板。縮短了新車型正向開發周期，節約了研發成本。

[1] 周俊杰,孫寶慶,基于Adams的客車鋼板彈簧模型的建立《計算機輔助工程》2013年第3期.

[2] 韓翔,ADAMS的鋼板彈簧動力學建模方法及性能仿真《機械設計與制造》2009年第10期.

[3] 孫德琨,基于ADAMS的皮卡板簧動力學建模方法及性能仿真: 《汽車實用技術》,2015,000(11):76-77.

[4] 王坤,邢海軍,徐夢超,張林浩,基于ADAMS的多剛體動力學簡化建模與仿真《圖學學報》,2019,040(4):733-738.

The foundation and simulation of leafspring by Adams/car

Liu Juncheng1, Jiang Jiaru2, Song Shaowen2, Luo Chuandong2, Wang Tao2

（1.Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., Ltd. International Company, Anhui Hefei 230601;2.Technology Center of Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., Ltd, Anhui Hefei 230601）

This text mainly according to the back of the some car hang a structure pattern, withdraw to create to hang the parameter that a pattern needs, make use of the leafspring son mold mass progress steel plate spring imbeding in the Adams/car software that the United States' MDI company develops to hang a pattern establishment;And vs board Huang pattern create the process carry on detailed present, complete board Huang just the degree changed contrast and forminged the car's contra thus should of the board Huang hangs a kinetics pattern.In this text end, vs behind hang a board Huang pattern and the car behind hang a stand to together jump toward the wheel test to measure each parameter change the trend carry on contrast and fit together a degree to hit above 95%.

Leaf spring; Vertical stiffness; Same direction wheel jump

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.04.029

U461.99

A

1671-7988(2021)04-95-03

U461.99

A

1671-7988(2021)04-95-03

劉君程（1988.11-），男，本科，助理工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司國際公司。