轿车前悬架结构动力学建模与分析

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轿车前悬架结构动力学建模与分析65 科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
汽车悬架是车身和车轮之间的弹性连
接部件，它把路面作用于车轮的支承力、制
动力和侧向力以及这些力所产生的力矩传
递到车身，来保证汽车的正常行驶。 悬架系
统是汽车重要的组成部分，双横臂独立悬
架是现代汽车上常用的前悬架结构形式。
简单地说，双横臂独立悬架的主要结构即
是由螺旋弹簧加上减震器及上下两横臂组
成，减震器可以避免螺旋弹簧受力时向前、
后、 左、 右偏移的现象，限制弹簧只能作上
下方向的振动，并可以用减震器的行程长
短及松紧，来设定悬架的软硬及性能。 其设
计的好坏对车辆行驶的平顺性、 操纵稳定
性和安全性有着重要的影响。 双横臂的优
点是可以通过选择横臂的长短，来调节车
轮跳动时轮距变化的大小，以及车轮定位
角变化的大小，从而得出最佳的操纵稳定
性。 双横臂独立悬架系统与其它悬架系统
相比具有结构简单，紧凑，占用空间小，性
能优越等特点。 因此这种双横臂独立悬架
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。 本文以某-型
号汽车双横臂独立悬架为研究对象，运用
ADAMS软件，根据悬架设计理论，建立某
双横臂前独立悬架运动学模型，并进行仿
真分析及优化设计。
1 轿车前悬架仿真模型的建立
利用ADAMS/View拈，创建某款汽
车的双横臂式独立悬架模型。 当建立汽车
悬架模型时，为了建模和分析的方便，作以
下假设:整个悬架系统模型包括:上横臂、
下横臂、 转向节总成(由轮毂轴，制动底板
等组成)、 转向节臂、 车轮总成、 转向横拉
杆、 减振弹簧、 测试平台共8个物体组成(单
边1/2悬架)。 减振弹簧上半部分通过万向
节铰与车身相接;转向节总成通过固定副
与转向节臂及球销杆相接;上下横臂-端
分别通过转动副与车身相连，可相对车身
上下摆动。 另-端通过万向节铰与车身相
连，可相对车身左右移动;车轮总成和转向
节总成通过转动铰连接;在运动学分析时，
认为车身与地面通过固定铰链固定。 前悬
架系统有三个自由度，分别是悬架上下摆
动、 车轮绕车轴转动和车轮绕主销的转动。
某款微型汽车的前悬架结构参数为:轮距
1360mm，上横臂长350mm，主销长330mm，
下横臂长500mm，轮胎半径375mm，上横臂
XY面角度11° ，主销后倾角2.5° ，下横臂XY
面角度9.5° ，轮胎宽度215mm，上横臂XZ面
角度-5° ，主销内倾角10° ，下横臂XZ面角
度10° ，前束0.2°。 根据以上参数对前悬架
进行建模，所建立的前悬架仿真模型如图1
所示。
2 轿车前悬架运动学模拟仿真与分析
2.1 前悬架运动学模拟仿真与分析
在建模的基础上，通过给测试平台的
移动副加-激励来模拟前悬架运动过程，
并通过前轮定位参数在ADAMS/View中的
函数表达式来测量各定位参数的变化情
况。 在车轮下的测试平台上加Z方向的直线
运动，模仿地面激励，输入正弦型驱动函
数，仿真得出前轮侧向滑移量的运动学特
性曲线，如图2所示。
轿车前悬架结构动力学建模与分析
陈志坚
(安徽工业大学电气工程学院 安徽马鞍山 243002)
摘 要:本文首先运用ADAMS软件建立了轿车前悬架仿真模型，接着在仿真模型的基础上加地面激励，通过仿真分析得出了前轮侧向滑移
量随车轮跳动量的结构运动学特性曲线。 最后对前悬架结构参数进行了优化设计，把前轮接地点的侧向滑移量作为优化设计的目标函数，
对所建立的设计变量进行了分析计算，最终的优化结果使各结构参数变得更加合理，侧向滑移量的绝对值得到降低。
关键词:轿车前悬架 建模 运动学特性曲线 优化
中图分类号:TH12 文献标识码:A 文章编号 :1672-3791(2010)12(c)-0065-02
图 1 双横臂前悬架的仿真模型
1、车轮;2、主销;3、减振器;4、上横臂;5、转向横拉杆;6、下横臂;7、测试平台
图 2 前轮侧向滑移量的运动学特性曲线