五连杆后悬架仿真研究.pdf

1、五 连 杆 后 悬 架 仿 真 研 究 刘进伟 吴志新。 徐 达 张嘉君 1 武汉理工大学汽车工程学院 湖北武汉4 3 0 0 7 0 2 中国汽车技术研 究中心 天津 3 0 0 1 6 2 设计 研究 摘 要 ： 应用 多体运动 学与动力学仿 真软 件 A DAMS中的 C AR专业模块 建立 该车的前 后悬 架 多刚体模 型 ， 对悬架的各种性能进行 了仿 真分析 ， 研 究了悬架几何 参数 对汽车操纵稳定性的影 响， 在理论验证 的基础上 揭 示了该 悬架的运动规律 。 关键词 ： A DAMS C AR 五连杆 悬架 仿 真 中图分 类号 ： U4 6 3 3 3 ； TP 3 9

2、1 9 文献标识码 ： A文章编 号 ： 1 0 0 4 0 2 2 6 ( 2 0 0 6 ) O 9 一 o o 2 9 一 O 3 S i mu l a t i o n a nd Re s e a r c h f O r a Fi v e - Ba r Re a r S u s p e n s i o n LI U J i n - we i e t a l Ab s t r a c t Th i s p a p e r e s t a b l i s h e s t h e s i mu l a t i o n mo d e l i n g o f a s u s p e n s i o

3、 n wi t h ADAMS CAR a n d v e r i f i e s t h e r e s uI t s b a s e d on t he p a r a me t e r s o f a c e r t a i n d ome s t i c c a r，a na l y s e s a nd s ome pe r f or ma nc e s o f t h e s u s pe n s i o nThe ki n e ma t i c s of t he s us p e ns i on wa s un c o ve r e d ba s e on t he g e n

4、e r a l t h e or y I n t he me a n t i m e ， t he e f f e c t s o f s us pe ns i o n g e ome t r i c p a r a me t e r s o n ha n d! i ng a nd s t a bi l i t y we r e s t u di e d Ke y wo r d s ADAMs cAR； f i v e b a r s u s p e n s i o n； s i mu l a t i o n 五连杆后悬架能实现主销后倾 角的最佳位置 ， 大 幅度减少 路 面来 的 前 后 方

5、 向 力 ， 从 而 改善 加 速 和 制动时的平顺性和舒适性。通过螺旋弹簧悬挂拉伸 或压缩而使车轮横 向偏移的量值很小 ， 不易造成两 侧 后轴车轮 相对 车纵 轴 线距 离不 均等 而产 生非 直线 行驶现象 ， 同时也保证直线行驶性 。 近年来 ， 为确保车辆的行驶安全性和舒适性 ， 许 多 国外轿车 都采 用 了多 连杆式 悬 架或其 变 种 。有学 者采用机械原理 中的拆杆法 ， 对五连杆悬架进行过 运动分析和受力分析 。本文利用多体动力学软件建 模仿真的办法对五连杆悬架进行反洗 ， 研究的对象 是某一 S UV， 其采用的是五连杆后悬架 。首先建立 该 五连杆 后悬架 多体 系 统

6、 模 型 ， 然 后 对 悬 架模 型 进 行 仿真 ， 分析悬 架参 数是 否 满足 设计 要求 。 1 后悬 架 多体 模 型的 建立 1 1 多 体系统 动力 学 基本 理论 AD AMS利 用每 个 刚体 的连体 坐标 系相 对 于 惯 性 坐标系 的 位置 和欧 拉 角作 为 广 义 坐 标 ， 利 用 拉 格 朗日乘子法建立多体系统动力学方程： d E o 。 T q 3 一 + 叻一 Q l ( q ， f ) 一0 式中 T为系统动能 ； q为系统广义坐标列向量 ； Q为系统广义列 向量 ； 为对应 于约束 的拉 氏乘 子 列 向量 。 1 2后悬架系统模型 图 1 后 悬 架

7、 结 构 后悬 架 结构 如 图 1所示 。此 车 后悬 架 为五 连杆 式 非独 立悬 架 ， 主要 由后 滑柱 总 成 4 、 后轴 6 、 纵 向臂 3 、 5和横 向推 力杆 2等零部 件 组成 。后滑柱 总 成 4 收稿 日期 ： 2 0 0 6 0 8 1 9 作 者简介 ： 刘进伟 ， 男 ， 1 9 8 0年生 ， 硕士研究生 ， 研究 方向为汽车设计方法 。 2 0 0 6 9 专用 汽 车 Z H U A N Y O N G Q I C H E 团 维普资讯 设计 研究 以后减震器为核心 ， 螺旋弹簧和上座之间装有弹簧 软垫 ， 以防止车身的高频振动传给车身， 整个减震器

8、总成与车身通过橡胶 隔振块弹性联接 ， 以保证滑柱 总成能绕隔振块 中心相对车身各 向摆动 。纵臂 3 、 5和横 向推力杆 2为悬架 的导 向机构 ， 纵臂后端 联接在后轴上。横向推力杆 2两端分别 与支撑臂 1 和后轴 6 用橡胶铰链铰接。横向推力杆 2的作用是 限制 当车身受侧向力作用时车身相对于后轴的横向 摆动( 纵臂的横向刚度较小) 。 整个悬架系统包括 ： 上下臂左右各 2个( 4个) ， 横 向推力杆 1个， 支撑臂 1个 ， 上、 下减震各 2个 ( 4 个 ) ， 后 桥 1个 。于是 总 构 件 数 ： 4 +2 + 4 + 1 1 1 。 约束副数 ： 转动副 ： 3 ，

9、 万 向副： 7 ， 球面副 ： 4 ， 圆柱副 ： 2。 整 车模 型 自由度 D OF可用 Gr u e b l e r 公 式来 计 算 ： D OF一 6 NB 一 ： ( 0 ) i ：l 式中 N 为刚体数 ， O 为某种特定的约束数 目， 为这种 约 束减 去系 统 的 自由度 数 。由此计 算 DOF一 1 1 6 一 ( 3 5 + 7 4+ 4 3 + 24) 一 6 6 63 3 2 仿真 分析 所建立的虚拟样机模型如图 2 所示 。在本次仿 真分析中， 将建立一个虚拟激振台， 设置上下激振位 移为 5 0 mm， 以左右车轮 同步上下跳动来计算悬架 跳动过程中主要性能参

10、数的变化规律 。 图 2虚 拟 样 机 模 型 2 1 前 束变 化 车轮上 跳及 车轮下 落时 的前束 变 化对 车辆 的直 行稳定性、 车辆的稳态相应( 不足转向、 过多转向) 特 性有很大的影响， 是汽车悬架的重要设计参数之一。 对于汽车后轮 ， 作为不足转 向特性的辅助手段， 上跳 时多设计成弱正前束变化。前束变化的较理想的特 征值为 ： 后轮上跳时， 正前束 0 3 。 s o mm。从图 3 中可 以看出 ， 前 束 角 的 变 化 范 围 为 一 0 3 。 0 1 8 。 5 0 mm， 上跳 时 的变化 范 围为负前 束 ( 一0 3 。 s o 圈2 0 0 6 9专 用

11、汽 车 Z H U A N Y O N G Q I C H E mm) ， 不 是后 轮理 想 的特征值 ， 需 要对 其进行 优化 。 0 2 0 1 。0 -0 1 j 盂- 0 2 0 3 0 4 、 、 -) u u 一 4 0 u 一 3 0 u - 2 0 O - I O 0 0 1 0 O 2 0 0 3 0 0 40 0 5 0 0 车轮跳动量m m 图 3 前束变化 曲线 2 2 轮距 变化 这里说 的轮距变化是指随着车轮的上下跳动轮 胎接地点产生的横 向位移 。从减少轮胎磨损等因素 考虑 ， 轮距最好不发生变化 。为 了使轮距变化尽可 t J J , ， 悬架控制臂 的长度

12、、 相对 位置等都需仔细考 虑 。轿车 的轮距 变 化应 在 一5 mm 5 0 mm 5 mm 5 0 mm( 单轮) 范围内。从仿真得 出的 曲线 ( 图 4 ) 可 以看 出 ， 轮 距 变 化 量 为 一0 2 5 mm 5 0 mm 0 0 7 mm 5 0 mm( 单轮) ， 大大小于允许的范围， 完全满足 设计 要求 。 g g 删 制 、 、 -， U U - 40 O- 3O U- Z O O- l O O O l U U U U j O O 40 O ) O O 车轮跳动量m m 图 4轮距变化 曲线 2 3 主销后 倾 角变 化特性 主销后倾角设计应保证车轮具有合适的回正

13、力 矩 ， 使汽车具有 良好 的行驶稳定性。当车轮随载荷 变 化而发 生跳 动时 ， 如果 主销后 倾 角 出现 大 的变化 ， 则回正力矩将出现过大或过小 的现象， 使汽车的操 纵稳 定性 恶化 。五 连杆悬 架 已经没 有显 而易见 的主 销， 只有一个“ 虚拟” 的主销轴线 ， 采用空间运动学中 的瞬时螺旋轴方法可确定该 主销轴线。图 5为计算 出的虚拟 主销 的后倾 角变 化 特性 。 由图 5可见， 当车轮跳 动限制 在士 5 0 mm 时 ， 虚拟 主销后 倾 角 的变化范 围为 一3 6 。 1 。 。轿 车 的 主销 后倾 角一 般 为 ： 前 驱 车 0 。 3 。 。考虑

14、到现 代 高 速汽车由于轮胎气压降低 、 弹性增加 ， 而引起回正力 矩增加 ， 因此可 以减 小 至或接 近于零 ， 甚 至 为负 。因 此这个仿真结果是可以接受的。 3 结束语 利用 AD AMS C AR模块 对 五连 杆 后前 悬 架 在 维普资讯 O 。 车轮 跳动量 ，m m 图 5主 销 后 倾 角变 化 曲线 车 轮上下 跳 动 5 0 mm 过 程 中主 销 和 前 轮 定 位 角 度 的变化做 了研 究 ， 得 到 了计 算结 果 ， 从 中可 以看 出在 车轮上下跳动过程 中， 主销后倾角和轮距变化很小， 这 也是采 用 多连杆 悬 架 的一 个 特 点 ； 后 轮 前

15、束 的 变 化也很小 ， 而且 与后轮外倾角的变化互相匹配 。车 轮 的侧 向滑动量 ( 轮距的变化量) 较小 ， 这对减少车 轮的磨损有利。 五 连杆悬 架作 为 近年 来开 始 广泛 应 用 的一种 悬 架形式 ， 具有结构紧凑 、 设计灵活 、 便于调整等特点 。 本 文分 析 了 一 S UV 五 连 杆 悬 架 的车 轮 定 位 参 数 、 轮距和连杆受力随车轮跳动量 的变化规律及其对车 辆性能的影响。仿真分析结果 表明， 五连杆悬架可 保证较 好 的车 轮定 位 参数 变 化 特 性且 ADAMS C AR 模块 可 以方 便 准 确 地 计 算 多 连 杆 式悬 架 的 定 位

16、角 。 参考文献 1 吕振 华 ， 徐建 国 五 连杆悬 架 的 刚体运 动学 和 弹性 运动 学分 析E J 3 汽车技术 ， 2 0 0 2 ( 1 1 ) ： 1 1 1 4 2 H r i s h i k e s h V De o a n d Na m P S u h Ax i o ma t i c De s i g n o f Au t o mo b i l e S u s p e n s i o n a n d S t e e r i n g S y s t e ms E J P r o p o s a 1 f o r a No v e l S i X _ B a r S u s

17、p e n s i o n S AE 2 0 0 4 0 1 - 0 8 1 1 严控 新项 目 “ 汽 车产 业结构调 整细则 将 出台 近 日获悉， “ 汽车产业结构调整细则” 将 在近 日出台。据 有关人 士透 露 ： 即将 出 台的“ 细则” 原 则是 严控新 上项 目， 强 化落实 汽车产业发展 政策 。 强调 企业 自主发展 ， 促 使 汽车 产 业 的组 织 结构 、 产 品 结 构 、 技 术 结 构 趋 向合 理 ， 使 汽 车 产 业 向健康 的方向发展 。 “ 细 则 ” 将 结构 调 整作 为 核 心 内容 ， 提 出了 一 系列 的 解 决 措 施。主要措施 有 ：

18、一 、 为推 动 自主品 牌 的建设 ， 对新 建 企 业 、 跨类生产企业提 出 了 自有商标 的要 求。二 、 鼓励 发展 大 型集团 ， 提倡企业 间的联合重 组， 提 高产业集 中度。三 、 鼓励 发展 节能、 环保汽车 ， 缓解社会性 突出矛盾 。四、 支持企 业 自 主创新 ， 为企业 自主 开发创造 条件。五 、 严控新上 项 目， 提 高 企业生产准入 门槛 。六 、 对产 能严重 过 剩的厢 式车 、 自卸车 等改装车 ， 两年 内不 再批新 项 目。不仅 如 此 ， “ 细则” 还根 据 当前汽车产业发展 的需要 ， 对 汽车 产业发展政 策 的部 分 内 容进行 了补充和

19、 完善 。 3月 1 2日， 国务院颁布 了 关 于加 快推 进产 能过剩 行业 结构调整的通知 ， 明确汽 车为产能过剩行业之 一。然 而， 对 汽车产能过剩始终 有人表 示怀疑 。据 悉， “ 细 则” 出台后 ， 政 府有关管理部 门会对此进行 明确解释 。 2 0 0 5年下半年 ， 国家发 改委 工 业 司曾 牵头 对汽 车行 业 的产能进行 了专 项调 研 。结果表 明： 2 0 0 5年 我 国汽 车行 业 产能利用 率 为 7 1 5 2 ， 其 中轿 车 行 业 产 能利 用 率 为 7 2 4 5 ， 低 于工业发达 国家产能利用率 。根据 国外产能利 用率 标准指标 ， 其正常值 一般 应在 7 9 8 3 区 间内。 由于汽车产业是我 国国民经济 的支柱 产业 ， 又对其他相 关产业有 巨大连 带作 用， 这些都增 添 了各利益主体 间关 系的 复杂程 度 ， 所以需要 长时间的相互协 调， “ 细则” 因此一直“ 久 拖 耒 出” 。 丰田公 司开发 出世界 首例追尾预警 系统 追尾事故越 来越 多， 而且 对 于前 车 司机而 言 ， 很 难避 免 被 别人追尾 。这个情况终 于可 以改 变了 丰田汽车公 司近 日 宣布开发 出了世 界上首个追尾预警 系统。 其 实， 该 系统原理也 非常 简单 ， 就是 在 车的后保 险 杠上 安装