基于Adams/car的衬套刚度对悬架系统受力影响分析

肖全洪 田巍巍

郑州精益达汽车零部件有限公司 河南 郑州 450016

前言

悬架是现代汽车上的一个重要总成，它把车架和车轮弹性的连接起来。其主要任务是在车轮和车架之间传递所有的力和力矩，缓和有路面不平传给车架的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，隔离来自地面、轮胎输入的噪音，控制车轮的运动规律，以保证汽车具有需要的乘坐舒适性和操纵稳定性[1]。

悬架中大量使衬套，主要利用橡胶变形衰减汽车高速行驶的振动，以及减缓机构中难以避免的运动干涉[2]，由此可见衬套是悬架传递力和力矩路径中的必经之路，起着至关重要的作用。

本文以轴承解耦式双摆臂独立悬架系统和球铰解耦式双摆臂独立悬架系统为研究对象，首先按理论力学模型进行制动工况计算，再在Adams/car中建立多体模型，选取不同刚度衬套，对悬架系统进行制动工况静载分析，提取摆臂和支撑臂铰接点X方向（本文提及坐标均为整车坐标）的受力，对比两种不同悬架摆臂和支撑臂铰接点X方向的受力是否受衬套刚度的影响，总结这两种悬架结构受力特点和受力提取方法。

1 悬架结构说明

轴承解耦式双摆臂独立悬架主要由弹性元件、阻尼元件、上摆臂、下摆臂、支撑臂、转向节车轮总成等组成，其结构和各部件之间的位置和连接关系如图1所示；支撑臂6和转向节轮边总成在F点连接，释放沿主销7的轴转动；上摆臂4和支撑臂6在A点（圆锥滚针轴承）连接，释放X轴方向的转动；下摆臂5与支撑臂6在B点（圆锥滚针轴承）连接，释放X轴方向的转动；上摆臂4与车架在C点（衬套）连接，下摆臂5与车架在D点（衬套）连接；这种悬架结构将车轮转向和跳动拆解为绕主销（F点）转动和绕轴承（A、B点）转动。

球铰解耦式双摆臂独立悬架是在轴承解耦式的基础上将轴承改为球铰（只约束X/Y/Z方向的位移，释放X/Y/Z的转动），球铰直接连接摆臂和转向节，无支撑臂结构，这种悬架结构车轮的转向和跳动都是由上、下两个球铰实现。

图1 轴承解耦式双摆臂独立悬架结构图

2 理论计算

双摆臂独立悬架车轮上仅受制动力FB作用时的力学模型如图2。

图2 力学模型

关于B点建立力矩平衡方程为

对车轮转向节建立水平方向（X方向）的力平衡方程为

在Catia中提取参数：(简化处理)

r=411mm，L1=356mm，L2=156mm，L3=490mm，L8=235mm，α=0°，θ=0°，δ=0°；

制动力为：FB=38200N；

综上，理论计算：FU=12161N，FL=50362N。

3 仿真分析模型建立

在Catia三维模型中提取硬点坐标，包括：轮心、转向节硬点、上摆臂硬点、下摆臂硬点，支撑臂硬点，转向系统硬点，在Adams/car Template Builder中建立悬架模型，转向系统调用软件自带模板，根据需要进行修改，在Standard interface中将前悬架、转向系统、仿真试验台进行装配，并设置参数，包括：轴距、轮胎刚度、前后制动力分配等[3]，如图3所示。

图3

4 轴承解耦式双摆臂独立悬架仿真

C、D点衬套原始刚度为：轴向4.5*104N/mm、径向1.3*105N/mm、偏转7.8*104N.mm/°、扭转4.5*104N.mm/°，在Adams/car衬套属性文件中进行设置，如图4。

图4

在Adams/car/Simulate/suspension analysis/static load分别按K特性和C特性刚度进行静载分析，其中下摆臂D点衬套的C特性刚度按原始刚度、±50%原始刚度进行分析，并提取A、B点支撑臂X方向受力，结果如表1。从仿真结果看，轴承解耦式悬架A、B点的受力大小与衬套刚度有关，轴承解耦式悬架在受纵向力时，由于A、B点轴承都可以承受Mz方向的力矩，相互较量，此时谁的刚度大就会承受更大的力。分析结果表示，下摆臂衬套刚度增大，B点支撑臂X方向受力也增大。此类悬架结构在设计时无法通过理论模型进行力的提取，可通过软件仿真，按实际情况进行衬套刚度设定，提取受力大小。

表1 轴承解耦式双摆臂独立悬架仿真结果

5 球铰解耦式双摆臂独立悬架仿真

调整Adams悬架模板与球铰解耦式双摆臂独立悬架结构一致，分析过程与轴承解耦式双摆臂独立悬架仿真过程相同，结果如表2。从仿真结果看，球铰解耦式悬架A、B点的受力大小基本不受衬套刚度的影响，且仿真结果与理论计算结果基本一致，此类悬架结构在设计时可通过理论模型或软件仿真进行力的提取。

表2 球铰解耦式双摆臂独立悬架仿真结果

6 结束语

本文通过对轴承解耦式和球铰解耦式双摆臂独立悬架理论力学模型受力计算和运用Adams/car建立多体运动模型进行受力提取，对比不同衬套刚度对其受力的影响，总结得出，轴承解耦式双摆臂独立悬架无法通过理论模型进行力的提取，可通过软件仿真，按实际情况进行衬套刚度设定，提取受力大小；球铰解耦式双摆臂独立悬架可通过理论模型或软件仿真进行力的提取。