基于虚拟样机技术的悬架动力学仿真分析

肖欢 鲁磊

摘 要：基于虚拟样机技术，参照某中型客车具体设计参数，根据客车悬架结构提取硬点坐标，首先运用ADAMS建立汽车的悬架动力学模型，其次进行悬架K&C特性仿真分析，最后通过仿真软件分析了主销后倾角、主销内倾角、轮胎滑移量等定位参数的变化范围。仿真结果为悬架系统设计提供参考，并对以后优化和改善悬架系统的结构等提供参考以降低研究周期和成本。

关键词：悬架系统 ADAMS K&C仿真 定位参数

1 引言

操控稳定性是影响车辆的重要性能，车辆的操控稳定性会相应的影响汽车行驶平顺性，而汽车的平顺性主要是由汽车乘坐乘员的主观感觉来进行评价。在绿色出行大环境的影响之下，越来越多人愿意选择公共交通工具出行，因此车辆的操控稳定性能也越来越受到重视。虚拟样机仿真技术可通过建立车辆仿真模型，对车辆的不同行驶工况分析，然后输出一系列参数对车辆综合性能进行研究。使用虚拟样机仿真建模可避免实车试验企业研发成本过高，同时可实现准确的定量分析获得汽车操控稳定性和平顺性的相关参数，以获得较理想的汽车综合性能。本文以某中型客车为研究对象，利用虚拟样机技术进行汽车的建模和装配，借助ADAMS软件对汽车悬架性能进行仿真分析，为悬架系统设计提供参考。

2 悬架系统基本理论

悬架的主要作用是传递车架和车轮之间的各种力和力矩，达到車辆行驶过程中缓冲、减震的作用，保证车辆能够在不平的路面上正常行驶。悬架的性能优劣影响着汽车的操控稳定性能及乘客的乘坐舒适性，因此对悬架性能进行仿真分析是非常有必要的。悬架系统特性主要分析悬架K特性和悬架C特性。悬架K特性指kinematics，表示悬架几何运动学特性。悬架C特性指compliance，表示悬架弹性运动学特性[1]。K&C主要影响车辆操纵稳定性，包括车轮外倾角的变化和侧倾转向以及变形转向等引起的参数变化。

3 客车悬架仿真模型建立

根据车辆结构及设计图纸，录入客车主要参数作为在 ADAMS/Car中建立整车动力学模型的基础和参考，客车的主要参数如表1所示。

考虑到客车整车系统的复杂性，将与悬架系统无关的零部件尽可能的进行简化处理[2]。在建模过程中首先在系统中建立四个衬套硬点坐标。建立硬点后，根据研究客车的钢板弹簧相关参数，建立好钢板弹簧的多体动力学模型。在建立钢板弹簧子系统前，要建立钢板弹簧模型与车架、车桥模板相连接的临时替代部件（Mount part）。替代部件建立后，会自动生成相应的通讯器，实现前钢板弹簧子系统系统与车桥（前桥）、车架系统的正确连接，保证悬架模型的正确装配。车桥子系统可根据企业提供的数据，通过修改ADAMS中自带车桥模板，建立车桥模型。 在ADAMS中按照悬架系统建立方法，建立客车前、后悬架模型，如图1、图2所示。

4 客车悬架系统仿真分析

ADAMS/Car模块提供了不同的悬挂K&C仿真试验，本文就车轮激振中车轮同向跳动试验进行悬架K&C特性分析。

4.1 车轮跳动量分析

考虑到客车行驶路面状况，将车轮的跳动量设置为从-50mm到+50mm进行同向激振试验。输入数据，得到以下参数的仿真曲线。

在车轮从-50mm到+50mm的变化跳动中，图3外倾角约呈现从-0.055°到+0.059°之间的变化，图4中前束角约从+1.1°变化到-0.8°之间。图3中外倾角变化幅度为0.104°，这个变化幅度不大，可以保证轮胎不会有较大的磨损。

在车轮从-50mm到+50mm的变化跳动中，图5主销后倾角约从2.97°变化至2.67°，图6中主销内倾角约从5.005°变化至5.044°。主销后倾角一般设计要求是小于3°的，主销内倾角的一般设计要求在5°～8°之间，小于5°时维持汽车直线行驶的稳定性会变差，超过8°时会增加轮胎的磨损。结合图5和图6可见，主销后倾角和主销内倾角均在理想的变化范围之内，这使客车的操纵轻便性能得到了保证并能减少行驶中轮胎的磨损。

4.2 轮胎滑移量分析

图7中轮胎侧向滑移量曲线变化最大范围为-0.026mm。图8中轮胎纵向滑移量曲线变化范围为-2.7mm～1.6mm。在车轮跳动实验中，轮胎滑移量大，可能会导致车轮偏磨损，因此轮胎的滑移量越小越好。总体来说，图7和图8中曲线变化均处于理想变化范围内，这说明此客车悬架系统的稳定性好。

5 结论

利用ADAMS/Car模块提供不同的悬架K&C仿真试验，进行悬架K&C特性分析，得到悬架系统的动力学曲线。从仿真结果看，仿真结果与理论分析结果基本吻合，所建客车模型正确，其悬架系统具有良好的动力学性能，仿真曲线取得了较好的结果。文中未对悬架系统性能进行优化方面分析研究，如果能进一步考虑更多的影响因素，建立更为精确的整车动力学模型，则能进一步优化分析悬架动力学仿真曲线。该仿真分析对汽车操控性能的评价有一定的指导意义，也具有更重要的现实意义。

基金项目：安徽省质量工程教学研究重点项目（2019jyxm0670）-工匠精神背景下产教融合校企“双元”育人课程体系的构建研究与实践——以戴姆勒（奔驰）铸星教育项目为例

参考文献：

[1]李雪莉.基于ADAMS的空气悬架客车动力学仿真分析[D].长安大学，2012.

[2]蔡晓枫，代宣军.基于ADAMS的麦弗逊汽车悬架仿真分析与优化[J].大众科技，2019，21（02）：34-37.

[3]刘勇进，张雅哲.基于某SUV车型汽车悬架系统结构优化设计仿真[J].时代汽车，2019（17）：101-102.

[4]陈雄武，刘士宾，闫国杰.基于ADAMS/Car的某车型双横臂前悬架仿真分析[J].农业装备与车辆工程，2019，57（11）：108-110.