公 路 与 汽 运 总第１５８期 Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ １９ 基于ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ的某车型前悬架仿真分析与优化 崔勇，王燕，陈引生 （江苏农牧科技职业学院，江苏泰州 ２２５３００） 摘要：以ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ仿真软件为平台，建立国内某Ａ级车型前悬架仿真模型，通过对所建 悬架模型进行运动学仿真试验，得到前悬架相关定位参数随车轮跳动过程的变化情况；针对试验 结果分析所存在的问题，运用ＡＤＡＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ找出最适合修改的硬点坐标并对该车型前悬架结 构进行优化设计，通过优化前后试验结果对比，验证改进后悬架的性能。 关键词：汽车；ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ；悬架运动特性；仿真分析；优化设计 中图分类号：Ｕ４６３．３３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—２６６８（２０１３）０５—００１９－－０４ 汽车悬架是将车桥（或轮胎）与车架（或车身）弹 性连接起来的装置，主要由弹性元件、减振装置、导 向装置三部分组成。根据结构的不同，汽车悬架可 以分为独立悬架和非独立悬架，其中独立悬架又可 轮 分为纵臂扭转梁式、双横臂式、多杆式、麦弗逊式等 类型。该文所涉及的轿车采用麦弗逊式悬架。悬架 的结构和参数很大程度上影响着汽车的操纵稳定性 和行驶平顺性，其运动特性参数（主要是前轮定位参 数）对轮胎的磨损也有很大影响。 图１麦弗逊式悬架的构造 １ 某车型前悬架仿真模型的建立 麦弗逊式前独立悬架由下控制臂、转向节、螺旋 弹簧、减振器、转向横拉杆等组成（见图１），它们之 间的连接如下：下控制臂内端通过２个转动铰链与 车架连接，外端通过球铰链与转向节相连；减振器上 端与车身采用螺栓和橡胶垫相连，减振器下端与转 将建立好的前悬架子系统与悬架测试试验台组装在 一起，得到该车前悬架虚拟样机模型，这里不考虑转 向系，即不考虑左右车轮之间的运动关系（见图２）。 向节通过螺栓固定连接；转向节与下控制臂通过球 铰链连接；转向横拉杆内端通过万向节与转向齿条 相连，外端通过球铰链与转向节相连。减振器上端 铰链中心与下控制臂外端球铰链中心的连线称为主 销轴线，转向节沿着主销轴线转动。螺旋弹簧安装 在减振器外，上端作用于车身，下端作用在减振器的 缸筒上。为减少作用于减振器上的附加弯矩产生的 摩擦，螺旋弹簧的中心线与减振器中心线不重合。 螺旋弹簧只作上下方向的振动。 根据该车型前悬架系统中各关键点的坐标及部 件参数，修改ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ数据库中麦弗逊式独立 悬架模板，得到该Ａ级轿车前悬架系统模型。主要 图２前悬架系统仿真模型与悬架试验台 ２前悬架运动学仿真试验 前悬架运动学试验主要采取双轮同向激振试 验，该试验是悬架特性试验中最基本的方法。双轮 同向激振仿真时，左右两边车轮的高度保持相同，对 车轮施加设定数值的上跳和回弹运动。 修改参数包括相关硬点坐标、各构件的质量参数、转 动惯量参数及减振器阻尼特性参数和弹簧刚度等。 试验前，先设置悬架系统的有关参数，包括轮胎 模型、轮距、簧载质量、驱动力分配、制动力分配及质 公 路 与 汽 运 Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 第５期 ２Ｏ 心高度等。该车为前轮驱动，前轮驱动力分配系数 设置为１００ ，轮胎的跳动范围为～５０￣５０ ｍｍ。 对于汽车前轮，车轮上跳时的前束变化多设计 成零至弱负前束的变化。图３为前轮前束随车轮跳 动的变化关系，车轮处于静止状态时，前轮前束角为 一０．０２。，为弱负前束；车轮跳动土５０ ｍｍ过程中， 前束变化范围为一１．０２。～０．７８。。前轮上跳时，前 束变化的理想设计值为零至负前柬（一０．ｏ～Ｏ。／５０ ｍｍ），该车型的前束角在车轮上跳时变化范围超出 理想值。 ． 媛 ＼ 控 … ５辑 ’控 车轮跳动量／ｍ＼ 图３前轮前束髓车轮跳动变化曲线 在现代汽车上，前轮外倾角通常为零或＋１。内 的小角度。具有外倾角的车轮趋向于向其倾斜的方 向滚动，从而产生一个侧向力，它能抵消由路面不平 作用到车轮上的侧向力。图４为前轮外倾角随车轮 跳动变化曲线。车轮处于平衡状态时，前轮外倾角 为零，符合设计要求；在车轮跳动过程中，前轮外倾 角的变化范围为一０．２９。～０．９９。。一般认为上跳 时，车轮外倾角变化范围为一２。～Ｏ．ｏ／５０ ｍｍ较为 适宜，该车型前轮外倾角变化在合理范围内。 坚 蠹 辑 ：矗 ～．５０－４ｏ一３０—２０—１０ ｏ＼ … Ｌ、 竺 图４前轮外倾角随车轮跳动变化曲线 图５为前悬架主销后倾角随车轮跳动变化曲 线。车轮处于平衡状态时，主销后倾角为２．４。，符 合要求；车轮跳动过程中，主销后倾角变化范围为 ２．Ｏ。～３．２。，变化范围较小。 图６为主销后倾拖距随车轮跳动变化曲线。车 轮处于平衡状态时，主销后倾拖距为１３．２６ ｍｍ；车 轮跳动过程中，主销后倾拖距变化范围为１２．９２～ ２０１３年９月 １７．８７ ｍｍ，符合要求。 ３．３１ ３．１２ ２．９３ 秘 ．１７； １．６０ 车轮跳动量／ｎｕｎ 图５主销后倾角随车轮跳动变化曲线 １７．９ ｇ １７．３ １６．７ １６．１ 耀ｌ５．５ １４．９ １４．３ 藉 １２．５ 车轮跳动量／ｒＯ Ｏ ９ ９ ９ ９ ８ ８ ８ ８ ７ ａｍ 图６主销后倾拖距随车轮跳动变化曲线 ∞：２ ＝３∞ ：３∞：。 图７为主销内倾角随车轮跳动变化曲线。车轮 处于设计状态，即车轮跳动量为零时，主销内倾角为 ９．４２。；车轮跳动过程中，主销内倾角的变化范围为 ７．９８。～１Ｏ．２３。，满足设计要求。 援 基 畏 舔 ＋Ｈ 车轮跳动量／ｍｍ 图７主销内倾角随车轮跳动变化曲线 图８为主销偏移距随车轮跳动变化曲线。车轮 处于设计状态时，主销偏移距为１６．２９ ｍｍ；车轮跳 动过程中，主销偏移距的变化范围为２．６８～１９．２２ ｍｍ，符合设计要求。 独立悬架的侧倾中心高度一般为０～１５０ ｍｍ。 在车轮跳动过程中，侧倾中心高度的变化需控制在 ３０－￣，７０ ｍｍ，并最好控制在较小的数值。图９为侧 倾中心高度随车轮跳动变化曲线。车轮处于设计状 态时，侧倾中心高度为９５ ｍｍ；在车轮跳动过程中， 侧倾中心高度的变化范围为１３９～５５ ｍｍ，满足设 计要求。 公 路 与 汽 运 总第１５８期 Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｏ Ｏ９９９９ ８８８ ８ ７ ２３ 一 ∞：。∞：合∞ ∞：８∞ 基于ＡＤＡＭＳ的ＦＳＡＥ赛车双横臂前悬架优化设计 杨岳，邹铁方 （长沙理工大学汽车与机械工程学院，湖南长沙４１０００４） 摘要：为了提高ＦＳＡＥ（中国大学生方程式汽车大赛）赛车的操纵稳定性，对赛车双横臂前悬 架进行优化设计。根据已建好的ＵＧ三维模型得到某赛车前悬架主要硬点坐标，然后利用ＡＤ— ＡＭＳ／Ｃａｒ建立前悬架虚拟样机模型并进行仿真试验，指出悬架设计的不足；利用ＡＤＡＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ 进行优化分析，得到所考虑硬点位置对各项性能参数的影响灵敏度，再根据所得灵敏度对硬点位 置进行优化，得到最合理的性能参数组合，进而获得最优的双横臂前悬架模型；最后对优化前后的 模型进行仿真与对比，结果显示优化后悬架的运动学特性得到了一定改善。 关键词：汽车；ＦＳＡＥ赛车；双横臂前悬架；优化设计；ＡＤＡＭＳ 中图分类号：Ｕ４６９．６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—２６６８（２０１３）Ｏ５—００２３－－０５ 在ＦＳＡＥ（中国大学生方程式汽车大赛）赛车设 轮定位参数等对赛车的操纵稳定性起着很关键的作 计中，各车队在综合考虑各方面设计因素后，普遍采 用。在悬架设计过程中，利用多体动力学软件ＡＤ— 用双横臂推拉杆式独立前悬架。悬架性能参数如车 ＡＭＳ对悬架性能进行优化设计成为一种普遍手段。 出版社，２００１． ［２］ 丁亚康，翟润国，井绪文．基于ＡＤＡＭＳ／ＩＮＳＩＧＨＴ的 汽车悬架定位参数优化设计［Ｊ］．汽车技术，２０１１（５）． 娶 ［３］ 陈军．ＭＳＣ．ＡＤＡＭＳ技术与工程分析实例［Ｍ］．北京： 据 中国水利水电出版社，２００８． ＋Ｈ ［４］赵秋芳．基于ＡＤＡＭＳ的汽车操纵稳定性仿真试验初 步研究［Ｄ］．大连：大连理工大学，２００６． ［５］喻川．荣威７５０ＣＶ底盘系统虚拟样机建模与仿真研究 车轮跳动量／ｍｍ ［Ｄ］．上海：上海交通大学，２０１０． 图ｌ６优化前后主销内倾角对比 ［６］王国林．车轮跳动对定位参数影响的试验分析［Ｊ］．农 ３．５Ｏ 业机械学报，２００５，３６（７）． ３－３１ ３．１２ ［７］刘关铎．重型货车操纵稳定性和平顺性仿真及研究 ２．９３ ２．７４ ［Ｄ］．合肥：合肥工业大学，２００８． 罩 ２．５５ ２．３６ ［８］王正华，尹明德．ＡＤＡＭＳ／Ｉｎｓｉｇｈｔ在双横臂扭杆独立 颦 ２．１７ ＋Ｈ １．９８ 悬架中的应用［Ｄ］．机械工程与自动化，２００９（３）． １．７９ Ｅ９］廖力成．基于多体系统动力学的麦弗逊悬架运动学仿 １．６Ｏ －５０－４０－３０－２０一ｌＵ Ｏ ｌＵ ２Ｏ ３Ｏ ４Ｏ ５Ｏ 真与优化设计［Ｄ］．武汉：武汉科技大学，２００９． 车轮跳动量／ｒａｍ ［１Ｏ］ 潘筱，刘永，杨爱军．汽车双横臂悬架运动特性分析与 图１７优化前后主销后倾角对比 仿真［Ａ］．第三届河南省汽车工程科技学术研讨会暨 ２００６年省汽学会理事会议资料［Ｃ］．２００６． 主销内倾角、主销后倾角作为设计目标函数，从而得 ［１１］ 方飞．麦弗逊前独立悬架汽车的操纵稳定性研究 到适合修改的影响因子为转向横拉杆外支点 坐 ［Ｄ］．武汉：武汉理工大学，２００６． 标和Ｙ坐标。最后通过对转向横拉杆外支点ｚ坐 ［１２］周红妮，冯樱，李向阳．基于ＡＤＡＭＳ的汽车前悬架仿 标和Ｙ坐标的修改，达到优化的目的。 真分析及优化方法研究［Ｊ］．湖北汽车工业学院学报， ２Ｏ１ｏ，２４（３）． 参考文献： ［１］冯超．汽车工程设计手册：设计篇［Ｍ］．北京：人民交通 收稿日期：２０１３一Ｏ４—１１