董苗靜　王忠海　崔　潤(rùn)

摘要:應(yīng)用多體動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件ADAMS/CAR建立某車輛的麥弗遜前懸架多體系統(tǒng)模型,分析了懸架系統(tǒng)的相應(yīng)的車輪定位參數(shù),然后利用ADAMS/Insight 模塊對(duì)該車輛懸架的定位參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化仿真,通過(guò)對(duì)優(yōu)化后的結(jié)果進(jìn)行分析,改善了懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能。

關(guān)鍵詞:麥弗遜式懸架車輪定位運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化

0 引言

汽車懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)及彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的設(shè)計(jì)成為汽車開發(fā)中的一項(xiàng)重要任務(wù)。 懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的主要內(nèi)容是研究車輪定位參數(shù)與車輪跳動(dòng)量的關(guān)系。從中可以得到基本的車輪定位及變化特性信息。以懸架操縱穩(wěn)定性、平順性、汽車工作效率、安全可靠性為主要評(píng)價(jià)目標(biāo),受到車身造型的制約及總布置的協(xié)調(diào),在不同底盤調(diào)教風(fēng)格下,懸架在與之關(guān)系密切、性能日新月異的相關(guān)功能子系統(tǒng),如轉(zhuǎn)向、輪胎、動(dòng)力、制動(dòng)相互作用下,可以確定自身相對(duì)最佳的性能指標(biāo)。本文在參考懸架設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上,以一般設(shè)計(jì)要求作為懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)的優(yōu)化目標(biāo)。

1 仿真模型建立

1.1 某型轎車前懸架在MSC.ADAMS/Car中建立仿真模型。如圖1

1.2 將懸架模型與測(cè)試平臺(tái)裝配,按上下跳動(dòng)量為-50至-50mm進(jìn)行平行跳動(dòng)工況仿真。

1.3 調(diào)用 MSC.ADAMS/Solver解算,得到相關(guān)定位參數(shù)及特性曲線,參見優(yōu)化效果比較部分。

2 懸架運(yùn)動(dòng)特性優(yōu)化

2.1 懸架運(yùn)動(dòng)優(yōu)化 運(yùn)用 MSC.ADAMS/Insight,通過(guò)對(duì)模型的硬點(diǎn)坐標(biāo)、彈性參數(shù)進(jìn)行多次修改迭代,可以對(duì)模型的某項(xiàng)或是多項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。從而改善懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能。選取設(shè)計(jì)變量較多, DOE設(shè)計(jì)矩陣復(fù)雜,運(yùn)算量龐大,為此,優(yōu)化分析先針對(duì)輪距、后傾,后針對(duì)前束進(jìn)行。把擺臂前點(diǎn)(lca _front)、后點(diǎn)(lca_ rear)、球頭銷(lca_ outer)硬點(diǎn)的 9 個(gè)坐標(biāo)值(每個(gè)點(diǎn)有 X、Y、Z 三個(gè)方向坐標(biāo))作為設(shè)計(jì)變量,設(shè)定變動(dòng)范圍在-8mm至8mm。以仿真過(guò)程中輪距的標(biāo)準(zhǔn)差 (Standard Deviation)、后傾平均(average value)值為設(shè)計(jì)目標(biāo)。系統(tǒng)創(chuàng)建工作矩陣,共進(jìn)行512次試驗(yàn),將進(jìn)行512次迭代解算。輪距、后傾等優(yōu)化后,前束變化量過(guò)大、且變化趨勢(shì)不理想,如圖2,以轉(zhuǎn)向拉桿內(nèi)、外點(diǎn)為設(shè)計(jì)變量,優(yōu)化前束,過(guò)程略。

2.2 優(yōu)化分析 以下是優(yōu)化前、后車輪定位參數(shù)的比較圖(實(shí)線為優(yōu)化前的曲線,虛線為優(yōu)化后的曲線):

2.2.1 主銷內(nèi)傾角(Kingpin_ Inclination_ Angle) 合理設(shè)置主銷內(nèi)傾角,利于保證低速行駛時(shí)的回正作用,主銷內(nèi)傾角的增大使內(nèi)傾回正力矩成比例的增大;為降低前橋的縱向力敏感性,設(shè)計(jì)趨勢(shì)是使主銷偏移距比較小或?yàn)樨?fù)值,故一般需有較大的主銷內(nèi)傾角設(shè)計(jì)值,并且在車輪上下跳動(dòng)行程中變化不要太大。圖中優(yōu)化后比優(yōu)化前增加了0.8度,變化趨勢(shì)相近,總體變化較小。

2.2.2 車輪外傾角(.Camber_Angle) 車身側(cè)傾時(shí)帶動(dòng)車輪隨車身側(cè)傾,有使外傾角增大的效果,其結(jié)果是側(cè)偏剛度下降;通過(guò)對(duì)懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)合理布置,車輪上跳時(shí)使車輪對(duì)車身的外傾減小(平行跳動(dòng)曲線變化趨勢(shì)),有助于使車輪對(duì)地外傾角變化不過(guò)大,保證車輪與地面有足夠的附著力。

為防止產(chǎn)生過(guò)度轉(zhuǎn)向效應(yīng),必須控制上跳時(shí)車輪對(duì)車身的外傾減小程度,一般前側(cè)傾外傾系數(shù)為0.61至0.88,總的效果將為不足轉(zhuǎn)向。即一般要求兩側(cè)車輪平行跳動(dòng)時(shí)變化量不能過(guò)大。同時(shí)為了不使獨(dú)立懸架安裝的車輪下跳時(shí)輪距減小過(guò)多,外傾角設(shè)置也應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減小。優(yōu)化后變化趨勢(shì)不變,但更加平緩,較優(yōu)化前不會(huì)增加過(guò)多轉(zhuǎn)向。

2.2.3 車輪前束角(Toe_Angle) 基本的概念是”前輪前束的作用在于平衡外傾”,另有一些觀點(diǎn)認(rèn)為前輪前束的真正作用是補(bǔ)償和防止車輪后束,后束會(huì)導(dǎo)致行駛不穩(wěn)定,如果汽車帶有后束,行駛時(shí)當(dāng)一車輪處于直線行駛,另一車輪為后束,汽車將處于轉(zhuǎn)向狀態(tài),同時(shí)由于處于前進(jìn)方向的車輪行駛阻力減小,而產(chǎn)生后束的車輪產(chǎn)生附加行駛阻力,促使汽車加劇轉(zhuǎn)向而失去穩(wěn)定行駛狀態(tài)。相反對(duì)于帶有前輪前束的汽車當(dāng)某一車輪瞬時(shí)處于直線行駛狀態(tài)時(shí),另一側(cè)車輪將增加前束角汽車處于轉(zhuǎn)向狀態(tài),但由于輪胎將增加前束而產(chǎn)生的附加阻力促使車輪回正,從而保持直線行駛穩(wěn)定性。優(yōu)化后前束只出現(xiàn)微小后束,最大前束值有微小上升,避免了優(yōu)化前較大后束的出現(xiàn)。

2.2.4 主銷后傾角(Caster Angle) 主銷后傾角的設(shè)計(jì)應(yīng)保證汽車具有合適的回正力矩,其穩(wěn)定效應(yīng)是發(fā)生在前輪轉(zhuǎn)向時(shí)憑借路面對(duì)輪胎的側(cè)向反力來(lái)實(shí)現(xiàn)的,較大時(shí)會(huì)使車輪支撐處反力矩過(guò)大,易造成車輪擺振或轉(zhuǎn)向盤上力的變化。一般不希望后傾角在車輪上下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)大的變化,以免在載荷變化時(shí)出現(xiàn)回正力矩過(guò)大或過(guò)小的現(xiàn)象,使操縱穩(wěn)定性惡化。優(yōu)化后基本值下降約0.6度,變化趨勢(shì)相同,達(dá)到了降低基本值的優(yōu)化目標(biāo) 。

2.2.5 輪距(Total Track) 在獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)中,一是要求輪距變化盡量小以減少輪胎的磨損,二是輪距的變化會(huì)引起滾動(dòng)輪胎的側(cè)偏從而產(chǎn)生側(cè)向力輸入,較大的滾動(dòng)阻力和使直線行駛性能下降。因此也要求輪距變化盡量地小,一般要求車輪跳動(dòng)土50mm 時(shí),輪距變化為l0mm。優(yōu)化后輪距變化為12mm,較優(yōu)化前的19mm有大幅下降,較為理想。

參考文獻(xiàn):

[1]余志生著.汽車結(jié)構(gòu).機(jī)械工業(yè)出版社2002.