基于SolidWorks/ADAMS的汽车悬架设计与仿真分析

蒋尊义，唐笑影，杜天德，刘 畅，胡 辰

（扬州工业职业技术学院，江苏 扬州 225127）

汽车悬架的主要功能是传递车轮和车身之间的力和力矩，缓冲汽车车身的冲击载荷，从而保证车轮具有较强的抗震动性能、满足力与力矩分布均匀、转向受力充分的特性，因此，合理设计汽车悬架的元件，尽可能降低系统间潜在的冲突和干涉对于改善车辆的安全性能和舒适性能具有十分重要的意义[1-3]。本文利用SolidWorks软件建立汽车悬架的三维模型，而后导入ADAMS软件中进行运动仿真分析，仿真结果可为汽车悬架的优化设计提供可靠的依据。

1 基于SolidWorks的汽车悬架三维建模

汽车悬架的三维建模包括部件的建模和整体装配。利用SolidWorks软件构造出各部分典型零件的三维模型，然后进行产品的整体装配，使操作过程更为灵活。非独立悬挂的车轮装在整体车轴的两端，当一边车轮跳动时，另一侧车轮也相应跳动，使整个车身振动或倾斜。独立悬挂的车轴则分成两段，每只车轮由螺旋弹簧独立安装在车架下面，两边车轮可以独立运动，提高了汽车的平稳性、舒适性和操控性[4-6]。经过核算，得到满足设计要求的汽车悬架总装配图 （见图1）。

2 基于ADAMS的汽车悬架系统仿真分析

将SolidWorks中创建好的汽车悬架三维模型以parasolid（*.x_t）格式导入到ADAMS中，进行运动仿真分析。汽车悬架仿真分析参数设置见图2。

图1 汽车悬架总装配图

图2 基于ADAMS的汽车悬架仿真分析参数设置

2.1 前轮主销后倾角变化特性分析

在汽车侧面，主轴的位置稍微向后倾斜。主轴的后倾角不仅可以提高汽车直线行驶时的稳定性，而且还可以使前轮在旋转后自动变正[7]。车轮转动时主销位于车内，由于离心力的作用，前轮侧反作用力位于主销后，因此主销反作用力使车轮趋于自动修正。图3为前轮主销后倾角随车轮跳动的变化曲线。

图3 前轮主销后倾角随车轮跳动的变化曲线

2.2 前轮主销内倾角变化特性分析

主销的内侧坡度可以调整主销相对于主销中心线和铺装层之间距离的偏移，减小主销的偏移可降低旋转时的摩擦阻力[8]。主销的内拔模角度通常为8°～13°，前轮主销内倾角随车轮跳动的变化曲线见图4，从图4可知，内拔模角度为11°～12.3°，最大值大于0.3°。主销的内拔模角度过大会加快轮胎磨损，可通过补偿转向力矩来优化设计。

图4 前轮主销内倾角随车轮跳动的变化曲线

2.3 前轮外倾角变化特性分析

前轮平面与地面有一个向外倾斜的角度，当汽车在相对平坦的道路上行驶时，行车方向会有一定的偏差；当存在该倾斜角度时，前轮可以克服偏差，以避免道路不平对行车产生较大影响，保证车的方向基本上保持不变[9]。外部倾斜可以对轴上的车轮轴承施加适当的水平推力，使车轮接近轮毂的内侧轴承，从而减少外部轴承和轮毂的载荷，理想的车轮外部坡度变化为-4%～1%。前轮外倾角随车轮跳动的变化曲线见图5，从图5可知，理想坡度变化为-0.8%～1.6%，变化范围较小，很理想。

2.4 前轮前束角变化特性分析

前轮前束角可以在一定程度上纠正上述由前车轮外部倾斜引起的车轮向外旋转，减少前车轮外倾角所导致的轮胎损耗。由于车轮倾斜，左前轮和右前轮分别向外转动。要解决此问题，可通过车轮前束对消外倾角的向外转动走向，使左右车轮可以继续直行，以减少轮胎磨损。前束的角度变化为1.4°～1.7°，范围较小。要求主销后倾角不超过4°～6°，前轮前束角随车轮跳动的变化曲线见图6。从图6可看出，优化后变化范围为1.4°～1.7°，变化量为0.3°，虽然变化范围有所增加，但仍然符合设计要求，并且优化后的主销后倾角整体减小，达到较为理想的状态。

图5 前轮外倾角随车轮跳动的变化曲线

图6 前轮前束角随车轮跳动的变化曲线

3 结论

本文利用SolidWorks软件建立汽车悬架的三维模型，而后导入ADAMS软件中进行运动仿真分析，包括前轮主销后倾角、前轮主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束角随车轮跳动的变化特性。车轮跳动过程中，只有保证这些参数的变化处于合理的范围内，才会使汽车的安全性和操纵稳定性接近最理想的状况。汽车行驶过程的仿真结果可以为汽车悬架的优化设计提供可靠的依据。