汽车悬架刚度对平顺性的影响分析

纪 伟，于文华

(北京林业大学 工学院，北京 100083)

汽车悬架刚度对平顺性的影响分析

纪 伟，于文华

(北京林业大学 工学院，北京 100083)

运用多体动力学软件ADAMS/Car模块建立了包括前后悬架系统、轮胎系统、转向系统的整车模型，设计了虚拟仿真试验台用于随机路面的输入测试。运用该试验台对所建立的整车模型进行平顺性仿真，得到相应数据之后，保持路面情况、轮胎激励、车辆载重、悬架阻尼不变，只改变悬架刚度，仿真车辆在不同悬架刚度下的平顺性，得到悬架刚度对平顺性的影响。仿真结果表明，对于特定车辆要选用合适的悬架刚度才能给车辆平顺性提供保障。

悬架刚度；平顺性；分析

0 引言

目前，国内外在车辆平顺性方面的研究已经比较普遍[1-2]，虚拟试验台和随机路面的采用使得研究变得更加可操作，随着CATIA、ADAMS等软件的进步和软件自带模块的开发，使得研究变得更加简便直接。本文以某轿车为研究对象，利用ADAMS/Car模块建立多体动力学整车仿真模型，在保证其他影响因素不变的前提下，改变悬架刚度(采用20 N/mm、30 N/mm、40 N/mm 3个刚度参数)，仿真获得不同刚度下平顺性仿真曲线，通过对仿真曲线的比较以及相应计算，找出基于该车型平顺性最好的悬架刚度参数[3]。

1 平顺性的影响因素和评价指标

1.1 平顺性的影响因素

影响汽车平顺性的因素有很多，主要有：路面的不平度、车辆行驶速度、悬架刚度和阻尼、车身质量、轮胎及其他振动系统。

1.2 平顺性评价指标

平顺性的评价方法有很多，本文采用研究中运用较多的加权加速度均方根值来评价，主要是对纵向(x向)、横向(y向)、垂向(z向)3个方向的加速度进行加权计算。总加权加速度均方根值计算公式为：

αw=[(1.4αxw)2+(1.4αyw)2+(1.4αzw)2]1/2.

其中：αxw、αyw和αzw分别为x向、y向和z向的轴向加速度值。αw数值与人的主观感受之间的关系如表1所示。

经过上述分析得到的平顺性影响因素及评价指标系统框图如图1所示。

2 多体动力学模型的建立

2.1 前悬架模型

本文的研究车辆采用的是麦弗逊式独立前悬架，利用ADAMS/Car模块建立的麦弗逊式独立前悬架及转向系统仿真模型如图2所示。

2.2 后悬架模型

车辆后悬架采用的是多连杆独立后悬架，利用ADAMS/Car模块建立的多连杆独立后悬架仿真模型如图3所示。

表1 αw与人的主观感受之间的关系

图1 平顺性影响因素及评价指标系统框图

图2 麦弗逊式独立前悬架 图3 多连杆独立后

及转向系统仿真模型 悬架仿真模型

2.3 轮胎模型

轮胎的选取及轮胎与地面的相互作用对车辆的平顺性影响很大，所以在整车平顺性仿真分析时我们采用ADAMS/Car模块中自带的耐久型轮胎模型而非操纵型轮胎，原因是仿真所需频率较高，仿真时间可能会比较长，而我们选取的随机路面和车辆行驶速度对轮胎的操纵性要求比较低。

2.4 随机路面模型

根据GB/T 4970-2009的要求[4]，对整车进行随机输入仿真试验时，仿真时间应为5 s，随机路面选取B级沥青路面，其输出频率为200 Hz。车辆行驶速度根据常用测试速度为40 km/h～100 km/h取其中间值70 km/h的匀速行驶状态。

2.5 整车模型

将建立好的汽车前后悬架模型、转向模型、轮胎模型等进行装配，就得到了需要的整车平顺性试验模型，如图4所示。试验车辆主要几何参数及物理参数如表2所示，建模所需的减震器阻尼比、橡胶片等力学参数均由试验获得，质心位置、载重质量、零部件质量等试验参数可查阅资料、测量或试验获取。

图4 整车仿真模型及四柱试验台

表2 试验车辆主要几何参数及物理参数

3 虚拟仿真测试

运行仿真后，用ADAMS进行数据处理，得到了刚度参数为20 N/mm时整车质心在纵向、横向、垂向3个方向的加速度曲线，如图5、图6、图7所示。

同时，利用ADAMS/PostProcessor模块中的FFT功能，可形成汽车质心在3个轴向上的加速度功率谱密度曲线，图8、图9、图10所示。

4 数据处理及分析

对30 N/mm、40 N/mm两组参数进行了同样的仿真测试后，将3组曲线进行比较，获得的数据根据《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》及本文阐述的平顺性评价办法进行计算，得到的3组分析结果见表3。

图5 整车质心纵向加速度曲线 图6 整车质心横向加速度曲线 图7 整车质心垂向加速度曲线

图8 整车质心纵向加速度功率谱密度曲线 图9 整车质心横向加速度功率谱密度曲线 图10 整车质心垂向加速度功率谱密度曲线

表3 数据分析计算结果 m/s2

5 结论

悬架刚度对平顺性的影响十分明显，建议在汽车制造过程中考虑用最合适的悬架刚度来保障汽车的平顺性。在本试验环境和条件下，刚度为30 N/mm的悬架可以为本车提供最好的平顺性保证。实际运用中，汽车的前、后悬架载重分配不同，后悬架载重更大，故前、后悬架弹簧的刚度应该也有差别，如需继续研究刚度对平顺性的影响，应将前、后悬架分开来计算。

[1] 李阳，唐应时，方琼，等.某越野车平顺性试验的仿真[J].汽车技术，2006(2)：35-37.

[2] 李成.基于Adams的汽车平顺性建模与仿真分析[J].郑州大学学报，2010,31(9):99-102.

[3] 孙学军，王霄锋，李克强.驱动力对麦弗逊悬架力学性能影响的可靠性灵敏度分析[J].机械设计与制造，2008(4):10-12.

[4] 长春汽车研究所,国家技术监督局.GB/T 4970-2009 汽车平顺性随机输入行驶试验方法[S].北京：中国质检出版社,2009:1-25.

(英文摘要Influence of Suspension Stiffness on Automobile Ride Comfort

JI Wei, YU Wen-hua

(School of Technology, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

By using multi-body dynamics software ADAMS/Car module, the model of a vehicle system including the front and rear suspension system, tire system, steering system was set up, the virtual simulation test rig for random road input test was designed. Using the test rig, the ride comfort of the established vehicle model was analyzed, to get the corresponding simulation data. Keeping the pavement, tire motivation, vehicle load, suspension damping constant, only changing the suspension stiffness, the simulation of vehicle ride comfort under different suspension stiffness was carried, so as to achieve the influence of suspension stiffness on the vehicle ride comfort. The conclusion is that we should choose suitable suspension stiffness for a particular vehicle to guarantee the vehicle ride comfort.

suspension stiffness; ride comfort; analysis

1672- 6413(2015)06- 0118- 02

2015- 09- 08；

2015- 10- 28

纪伟(1989-)，男，山东烟台人，在读硕士研究生，研究方向：汽车运用与检测。

TP391.7∶U463.3

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