麦弗逊悬架系统动力学分析与仿真_张祯云

收稿日期:2007-07-16;修订日期:2007-08-16作者简介:张祯云(1967-),女,技工,二级教师。

第25卷 第6期2007年12月

江 西 科 学

JI A NGX I SC I ENCE

Vo.l 25N o .6

Dec .2007

文章编号:1001-3679(2007)06-0751-04

麦弗逊悬架系统动力学分析与仿真

张 祯 云

(新余钢铁有限责任公司职工大学,江西 新余338028)

摘要:利用ADAM S /Car 整车设计软件包对某典型车型的前悬架系统进行了动力学建模,对前悬架选取4种工况进行动力学仿真,得出了悬架弹簧反作用力与弹簧位移关系的曲线,仿真结果与实验结果基本吻合。研究结果表明:汽车前悬架仿真是可行而实用的,可用于指导前悬架设计和参数优化。关键词:麦弗逊悬架;动力学分析;仿真中图分类号:U 463.33 文献标识码:A

The Dyna m i c Anal ysis and Si m ulation of V ehicle

Front Suspensi on Syste m

ZHANG Zhen -yun

(X i ng ang W o rker Co lleg e ,Jiangx iX i nyu 338028PRC)

Abst ract :Se t up the dyna m ic m odel of front suspension syste m o f so m e typical vh icle using the full -veh icle desi g n soft w are package ADAM S /C ar ,dyna m icly si m ulated f o r the suspensi o n under 4ca -ses ,obta i n ed the relati o nship bet w een the suspensi o n .s spri n g reaction force and the spring .s dis -p lace m en,t the result o f the si m ulation basically accord w ith the experi m en t resu l.t The i n vesti g ation i n dicates that t h e veh icle .s fr ont suspensi o n resu lt is feasible and applicable ,wh ich can be used to gu i d e the front suspension design and para m eters opti m ization .

K ey w ords :M acPherson suspension ,Dyna m ic analysis ,S i m ulation

0 前言

悬架系统是车辆上的一个非常重要的系统,它是车架与车桥之间连接和传力装置的总称,包括弹性元件,减振器和传力装置等3部分,起着缓冲、衰减由于路面不平所引起的冲击和振动,传递

并承受各种力和这些力所形成的力矩等作用[1]

。作为车架(或车身)与车轴(或车桥)之间作连接的传力构件,是保证汽车行驶安全的重要部件。对悬架系统在物理样机制造出来之前先进行动力学仿真与分析,大幅度提高了设计质量,缩短了产品开发周期,节省大量开发费用,同时避免了产品

投放市场初期常常出现的质量问题[1]

。

车辆悬架系统数值模拟仿真主要有3个方向:基于有限元技术的数值模拟、基于多体系统动力学分析的数值模拟仿真和基于有限元技术与动

力学联合仿真的数值模拟仿真[2,3]

。麦弗逊悬架是一种独立式悬架,其特点是主销位置和前轮定位角不随车轮的上下跳动而变化,有利于汽车的操纵性和稳定性。麦克弗逊式是绞结式滑柱与下横臂组成的悬架形式,减振器可兼做转向主销,转向节可以绕着它转动。特点是主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动而变化。这种悬架构造简单,布置紧凑,前轮定位变化小,具有良好的行驶

稳定性。

作者根据需要,对某车型前麦弗逊悬架系统进行了动力学建模和仿真,对悬架弹簧的受力与位移关系进行了分析,对比实验数据基本符合,可以采用该弹簧的受力数据进一步做有限元分析,并可用于汽车前悬架设计和参数优化。

1 麦弗逊前悬架系统动力学模型

麦弗逊悬架一般用于轿车前轮。麦弗逊悬架的主要结构是由螺旋弹簧加上减震器组成。减震器可以避免弹簧受力时向左、右、前、后偏移的现象限制弹簧只能作上下方向的振动,并可以用减震器的行程及松紧,来设定悬架的软硬及性能。麦弗逊悬架系统与其它悬架系统相比,具有结构简单、紧凑,占用空间少,性能优越等优点。该悬架还有较为合理的运动特性,能够保证整车性能要求。因此麦弗逊悬架在前置驱动的轿车和微型汽车上有着广泛的应用,被誉为经典的设计。该悬架系统的一大特点是:为了保证系统合理地受力,延长减震器的寿命并满足使用性能要求,在布置上采用主销中心线,减震器中心线以及弹簧中心线不共线的形式。这一布置形式决定了其运动规律与其它的悬架系统的不同。在其它悬架系统结构中,对应于不同的车轮跳动位置,各点至主销中心的距离不变,而在三线不共线的麦弗逊悬架系统中,对应于不同的车轮跳动位置,各点至主销中心线的距离是变化的[4]

。

对悬架系统进行动力学分析,需要首先将其转化成动力学模型。ADAM S /C ar 软件包提供了该功能。ADAM S /Car 是MD I 公司(M echan ica l Dyna m ics I nc .)与Audi 、B MW 、Renau lt 和Vo l v o 等公司合作开发的整车设计软件包,能够快速建造高精度的整车虚拟样机。其中包括车身、悬架、传动系统、发动机、转向机构、制动系统等;求解方法是采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法。ADAM S /C ar 中包括整车动力学模块(V e -h icle Dyna m ics)和悬架设计模块(Suspensi o n D e -si g n)[5]。

根据设计提出的麦弗逊悬架建立的3D 模型如图1所示,其中安装于减震器上的弹簧未标出。通过各个零件之间的约束关系,可以计算麦弗逊悬架的自由度数为3,即车轮绕着车轴的转动、车

轮绕主销的转动和车轮的上下跳动。

图1 麦弗逊悬架3D 模型

由于麦弗逊前悬架系统结构呈对称式,故取其左半结构,根据图1可以简化得到图2所示

ADAM S /CAR

环境下的动力学模型。

图2 ADAM S /C ar 中建立的前麦弗逊悬架模型

为了能够在ADAMS /Car 中进行运动仿真,作者调用了ADAM S /Car 软件包中转向子系统模板文件MDI_FRONT_STEER I N G.sub ,并将其与前悬架系统进行装配,构成动力学仿真模型[6]

。图3为修改硬点坐标后的麦弗逊前悬架系统动力

学仿真模型。

图3 麦弗逊前悬架系统动力学仿真模型

#752#江 西 科 学2007年第25卷