基于ADAMS的某重型车辆双前桥悬架系统建模与仿真分析

胡艳连，乔　洁，付兴元，田　豪，刘常青

（陕西重型汽车有限公司，陕西　西安　710200）

Hu Yanlian，Qiao Jie，Fu Xingyuan，Tian Hao，Liu Changqing

基于ADAMS的某重型车辆双前桥悬架系统建模与仿真分析

胡艳连，乔洁，付兴元，田豪，刘常青

（陕西重型汽车有限公司，陕西西安710200）

Hu Yanlian，Qiao Jie，Fu Xingyuan，Tian Hao，Liu Changqing

摘要：为了优化悬架相关设计参数，提升其工作品质，文中依据悬架设计参数初始值，在ADAMS中建立前一桥1/2独立悬架系统仿真模型，借助Matlab/View软件，得到了硬点坐标值与轮距变化量和主销内倾角变化量的关系曲线，分析优化了部分硬点坐标值。同时，在虚拟激振台上模拟仿真了车轮上、下跳动过程中前轮定位参数的变化规律，通过分析各定位参数与车轮跳动行程的变化关系曲线图，优化了前轮各定位参数。试验表明，该优化设计是有效的，并且改良了该独立悬挂的整体运动性能。

关键词：优化；仿真模型；硬点；前轮定位参数；ADAMS

0　引　言

随着社会基础建设和交通运输量的不断增大及人们对车辆舒适性等性能要求的不断提高，重型汽车悬架系统逐渐成为研究热点[1]。作为连接车桥和车身的弹性部件，悬架系统的性能好坏直接影响着车辆平顺性、操纵稳定性和道路友好性，所以悬架各部件的品质及参数的设计优化工作显得尤为重要[2-4]。文中采用ADAMS动力学分析软件，建立了悬架系统仿真模型，通过对悬架系统参数进行仿真优化分析得到的各种性能曲线，可以优化转向节臂上的部分硬点坐标值及前轮定位参数值，从而达到优化悬架系统的目的，提升悬架整体性能[5-7]。

1　前一桥1/2悬架系统多体动力学仿真模型的建立

由表1可知，某重型车双前桥基本是等轴荷分配，考虑到零件的通用性和互换性，同时结合车辆本身技术要求，双前桥悬架系统各定位参数保持一致。此外，鉴于悬架系统为独立悬挂，同一桥其左右两边悬架系统具有对称性，因此，建立双前桥悬架系统仿真模型时取前一桥1/2悬架系统多体动力学仿真模型作为研究对象。

1.1模型相关参数的确定

1）前轮定位参数

前轮定位参数包括主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角及前轮前束等参数[8]。主销后倾角，其主要作用在于产生后倾拖距，保证汽车直线行驶稳定性。但采用超低压子午线轮胎高速行驶时，轮胎变形量较大，导致高速回正力矩过大引起回正过猛，造成前轮摆振，并伴随转向沉重，所以主销后倾角不宜过大，一般取1°～3°。

主销内倾角在车轮转动时使车身有抬高的倾向，从而产生回正力矩，而且主销内倾还会减小主销偏移距，进而提高转向轻便性，但是主销内倾角不宜过大，过大会导致转向时轮胎与地面间产生较大滑动，加剧轮胎磨损，所以主销内倾角一般保持在6°～15°之间。

采用子午线轮胎，前束值设为0，车轮外倾角也为0°，主销内倾角为8°，主销后倾角为2°。

2）上、下横臂摆动轴线布置形式的确定

上、下横臂摆动轴线在车身上的布置方式，对车辆行驶过程中制动和加速时车身的俯仰角影响较大，所以考虑到抗俯仰的能力，摆动轴线一般要和地面有一定的角度。考虑到下横臂需要配合驱动桥安装从而增大悬架系统刚度，并且上横臂若与水平面成一定倾角会导致上跳极限位置上横臂轴向力过大，从而需要增加轴向止推轴承而使轴向机构变得更为复杂等，通过综合分析比较，上、下横臂摆动轴线选取与地面平行的方式。

3）硬点坐标的确定

在确定上、下横臂的硬点坐标时，综合考虑了驱动桥中段结构、轮边传动轴结构、轮辋结构、制动器结构和转向结构等相关结构的同步设计数据，确保悬架上、下横臂的布置空间的合理性。如在确定上、下横臂的横向布置空间时，应考虑整车的宽度、轮辋的结构、制动器结构、轮边传动轴的长度和驱动桥中段的宽度等；在确定上、下横臂的垂向的位置时，应考虑车辆最小离地间隙、轮边传动轴最大直径和车架上翼面离地高度等。

1.2基于ADAMS/View的1/2悬架系统仿真模型

综合以上重型车的相关参数，在ADAMS中建立的悬架系统1/2仿真模型如图1所示。

2　悬架系统参数的仿真优化分析

2.1硬点坐标优化分析

在建模时对悬架系统硬点位置的布置只是在各方面约束条件下初步给定的，部分硬点坐标值在一定范围内是可以变动达到最优值，而对于一些硬点坐标值由于其他因素影响而不能做任何优化。因此，确定的优化设计变量为上横臂与车身铰接点F在y方向的值、z方向的值，下横臂与车身铰接点E在y方向的值。经过综合分析，硬点坐标值的最终优化目标确定为轮距变化量及车轮外倾角。

结合上述的3个优化设计变量，并且根据实际情况确定的设计变量的变化范围，借助Matlab/View软件对前一桥1/2悬架系统仿真模型做了优化分析。根据ADAMS的优化分析报告，将前悬架系统设计变量的最优值输入到转向系统，进行转向系统相关参数的优化分析，这样反复的联合优化分析后，最终可以得出前悬架系统硬点坐标的最优值。表2为3个优化设计变量相关参数优化前、后的坐标值。

表2　悬架系统相关参数优化前、后坐标值对比mm

2.2前轮定位参数的仿真优化分析

在虚拟激振台上对前一桥1/2悬架进行左侧车轮垂直上下跳动的模拟仿真，车轮从静平衡位置开始，上下跳动范围为[-180mm，220mm]。仿真分析图的横向坐标为车轮中心跳动行程，纵向坐标为车轮外倾角、主销内倾角、主销偏移距、主销后倾角、侧倾中心高度和轮距等变量，通过分析得到车轮相关定位参数和轮距随车轮跳动行程的变化关系。具体结果如图2～图7所示。

由上述曲线图看出，车轮上下跳动时，前轮定位参数也随之发生相应变化。在综合考虑整车转向性能和直线稳定性的前提下，应尽量减少外倾角相对车轮跳动的变化。一般要求车轮上跳时，外倾角的变化量为-2°～0.5°/50mm，图2可以看出车轮上下跳动时车轮外倾角变化量为0.5°/50mm，满足设计要求。

由图3、图4看出，悬架仿真模型处于静平衡位置时，主销内倾角初始值为8°，车轮整个跳动范围内，主销内倾角在7.65°～10.65°内变化，相对静平衡位置的变化量为0.35°～2.65°，主销偏移距和主销内倾角在车轮经常跳动范围（-100～100mm）内变化幅度小且低于汽车设计推荐值（0.5°/50mm），满足要求。

图5可以看出，主销后倾角随车轮跳动几乎没有变化，这种变化趋势有利于汽车高速直线行驶稳定性，从而保证车轮跳动过程中主销在小范围内变化，利于车辆行驶稳定性。

轮距的变化量对轮胎的磨损影响非常大，由图7可以看出，车轮在正常使用±100mm的跳动范围内，下跳单边轮距变化量18mm，上跳变化量为5mm，由于下跳时轮胎正压力较小且出现概率低，因此在有限空间范围内，虽然分配的轮距变化量较大，但完全可以满足使用要求。而轮胎上跳时，根据设计动载，轮胎正压力较大，但轮距单边变化量为5mm，仅靠轮胎侧偏即可得到补偿，因此对轮胎磨损影响较小。

3　结束语

依据满载时整车部分参数表，在ADAMS中建立了1/2前一桥独立悬架系统仿真模型，并且根据汽车设计相关知识，确定了前轮定位参数及硬点坐标值等的初始值。通过综合分析，确定上、下横臂摆动轴线与地面平行。在Matlab/View里，以轮距变化量和车轮外倾角为优化目标，仿真分析了硬点坐标，经过与转向系统联合优化分析后，得出了最优的硬点坐标值。在虚拟激振台上，模拟仿真了车轮跳动行程对前轮定位参数的影响，得出了各参数随车轮跳动行程的关系变化曲线图，优化了车轮外倾角、主销内倾角、主销外倾角等参数，从而有效改善了悬架系统的整体运动性能。

参考文献

[1]张俊玲.重型车辆空气悬架参数匹配与性能分析[J]，制造业自动化，2015，32（3）：96-99.

[2]郭伟，何仁.基于减少轮胎磨损的悬架初始定位参数的优化[J]，江苏大学学报（自然科学版），2002，23（5）：49-53.

[3]相臣，杜勇.基于ADAMS/Car与ADAMS/Insight的某重型双前桥货车前悬架的仿真与优化[J]，北京汽车，2014（4）：32-34.

[4]李捷，丁名雄，李敏等.基于ADAMS的货车悬架参数多目标性能优化[J]，机械工程与自动化，2010（3）：1-4.

[5]张京军，孙杨，高瑞贞.基于ADAMS软件和改进遗传算法的柔性多体模型汽车悬架参数优化设计[J]，机械设计，2006，23（8）：33-36.

[6]李文胜.基于ADAMS的汽车悬架系统多目标优化设计[J]，长春工业大学学报（自然科学版），2011，32（4）：125-130.

[7]李增刚.ADAMS入门详解与实例[M].北京：国防工业出版社，2006.

[8]王望予.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，2010.

收稿日期：2015-06-03

文章编号：1002-4581（2015）05-0020-04

中图分类号：U463.33

文献标志码：A

DOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2015.05.006