基于ADAMS的麦弗逊前悬架仿真分析

赵萍萍

摘 要：用ADAMS软件建立了麦弗逊前悬架模型。通过抑制橡胶衬套作用模拟了运动学（Kinematic）模式，激活了橡胶衬套，模拟了顺应态（compliant）模式，分别在两种模式下进行了悬架仿真分析，对比分析了ADAMS_CAR自带的两种橡胶衬套，并讨论了橡胶衬套对悬架性能的影响。

关键词：ADAMS；麦弗逊前悬架模型；橡胶衬套；控制臂

中图分类号：U463.33 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.120

目前，人们对汽车乘坐舒适性和操纵稳定性的要求越来越高。虽然橡胶衬套的应用可起到隔振、减噪的作用，但却提高了操纵的不确定性，进而影响了操纵的稳定性。因此，橡胶衬套的精确设计对悬架的性能起着至关重要的作用。本文通过比较仅有刚性运动副与用衬套代替一部分刚性运动副两种模型，探索、分析了橡胶衬套对悬架性能的影响。

1 麦弗逊前悬架的建模

在ADAMS_CAR中的建模器（template）中，根据硬点信息建立了麦弗逊悬架。其中，控制臂与车身的连接方式有2种，在运动学分析中，对铰链接进行顺应态分析时，这个铰链接换为前、后两个衬套，左、右情况下同理；滑柱与车身的连接方式也有2种，在运动学分析中，对球副进行顺应态分析时，应将球副换为1个橡胶衬套，左、右情况下同理。此外，其他连接处在2种仿真模式下均采用刚性的运动副。

2 前轮定位参数的影响

汽车前轮定位参数主要包括车轮外倾角、主销内倾角、主销后倾角和前轮前束。此外，轮距的变化对汽车的操纵稳定性和轮胎的磨损度也有较大的影响。

车轮外倾角的理想设计为：车轮由下向上跳动时，外倾角向减小方向变化，以确保汽车在行驶过程中侧倾时，外倾车轮接近于垂直地面的状态，从而提高轮胎的侧偏特性。

对于主销后倾角而言，如果主销后倾角的角度过大，则外倾转向轮的外倾角会向负方向变化。因此，当前轮主销后倾角较大时，需增加前轮转向所必需的横向力，以抵消外倾推力。

主销内倾角不宜过大，否则在转向时，车轮绕主销转动的过程中，轮胎与路面将产生较大的滑动，进而增加了轮胎与路面的摩擦阻力，这不仅会使汽车转向发沉，还会加速轮胎的磨损。

车轮跳动时的前束变化对车辆的直线稳定性、稳态响应特性有很大的影响，是汽车悬架的重要参数之一。设计人员在设计时，应注意车轮跳动时前束应不变或变化幅度较小。

3 麦弗逊前悬架的仿真分析

对模型进行了两次仿真，前缀kin为运动学仿真，前缀com为顺应态仿真。顺应态仿真中采用的是ADAMS自带的4种线性衬套。衬套1的刚度特性曲线如图1所示。

橡胶衬套1的刚度特点是：径向x和y的刚度相等，轴向z的刚度较小，弯曲刚度相等，扭转刚度基本为0.

车轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角、前轮前束曲线如图2所示。

红—kin_ parallel _travel _left，绿—com_ parallel_ travel_ left.左、右曲线重合。观察图2中的（a）（b）（c）发现，用橡胶衬套代替运动副后，车轮作上、下跳时车轮外倾角、主销内倾角、主销后倾角的变化范围均有所缩小，这有利于转向轻便度和车轮回正性的提升，对汽车操纵稳定性的提升有积极作用。然而，主销内倾角的设计要求为：主销内倾角随车轮上跳而减小，随车轮下跳而增大。这是为了保证汽车直线行驶时的稳定性，并使转向轻便。图2（c）中主销内倾角的变化趋势不符合设计要求，还需要改进。

前轮前束变化的理想值为：车轮跳动时，为0至负前束（-0.5）。在图2的（d）中，前轮前束的变化范围过大，采用橡胶衬套后变化范围进一步加大，这会对汽车的操纵稳定性产生负面影响。

4 结束语

综上所述，橡胶衬套对悬架运动的影响非常复杂。悬架中大量使用橡胶衬套可提高乘坐舒适性，但也会使汽车操纵存在很多不确定因素。在汽车行驶的过程中，同一种橡胶衬套可能对一些定位参数的稳定性有积极的影响作用，但又可能使另一些定位参数的变化加剧。因此，只有将悬架运动准确地与橡胶衬套各个方向的刚度特性结合起来，精确设计出符合悬架运动要求的衬套，才能保持汽车操纵的稳定性。笔者认为，可以设计一种不均匀材料的橡胶衬套，并根据橡胶衬套各个方向上刚度的不同需求增减材料，从而满足精确设计的要求。

〔编辑：张思楠