基于ANSYSWorkbench的汽车悬架系统的仿真分析

陈海清　袁超　王明杰　张子豪

摘 要：NVH性能是用户对汽车品质最直观的感受。悬架系统是保证汽车稳定性与操纵性的重要零部件，对汽车NVH性能有非常大的影响。本文运用SolidWorks对现有悬架系统模型进行简化，后通过ANSYS Workbench平台进行有限元分析，求出了各主要零件的固有频率和振型，确定了各零件不发生共振，为悬架系统的结构设计及优化提供理论依据。

关键词：ANSYS Workbench;悬架系统;有限元仿真;固有频率

0 引言

NVH性能是用户对汽车品质最直观的感受。悬架系统是保证汽车稳定性与操纵性的重要零部件，对汽车NVH性能有非常大的影响。这就要求汽车的悬架系统既要有良好的减震性能又要有良好的导向特性。

近年来专家学者对汽车悬架系统，特别是半主动和主动悬架进行了大量的研究。刘猛和张丽萍[1]通过MATLAB仿真分析了车架的参数对汽车性能的影响。孙峰等[2]建立了某全地形车辆前悬架系统的三维模型，分析了悬架系统阻尼对汽车振动的影响，验证了某全地形车辆悬架系统阻尼设计的合理性。任成龙和张雨[3]建立了随机激励作用下的单自由度汽车悬架系统模型，并通过振动试验，获取了试验汽车悬架系统的振动曲线。岳书常等[4]建立了二自由度悬架系统非线性动力学和数学模型，发现了激励幅值对悬架系统非线性振动的影响。沈祖英[5]研究了某轻型越野汽车的悬架系统，建立了悬架系统模型的基本数学方程。

本文研究的是汽车悬架系统的结构有限元分析，以奔驰双横臂悬架系统模型为例，利用SolidWorks对现有模型进行优化，通过ANSYS Workbench平台对建立的汽车悬架模型进行模态分析，确定了悬架系统各零件间不发生共振，为汽车悬架系统的优化设计提供了依据。

1 汽车悬架系统的模态分析

（1）汽车悬架系统由弹性元件、减震器以及导向机构等部分组成。以SolidWorks建立悬架系统主要零部件的三维模型，并导入Ansys Workbench软件中进行模态分析。设置各零部件材料参数，采用自由网格划分方法，设定边界条件，进行模态分析的求解计算。

各零件的材料参数见表1。

（2）对弹性元件进行模态分析，设置材料为丁苯橡胶，采用自由网格划分，共划分单元75294个，节点129826个，在弹性元件轮毂处施加固定约束。

弹性元件前十二阶固有频率如表2所示。

弹性元件部分模态振型见图1。

（3）对减震器进行模态分析，设置材料为60CrMnA，采用自由网格划分，共划分单元5296个，节点14643个。在减震器上端和下端施加固定约束。

减震器前十二阶固有频率如表3所示。

减震器部分模态振型图见图2。

（4）对导向机构进行模态分析，设置材料为结构钢，采用自由网格划分，共划分单元17975个，节点31581个。在导向机构左端和右端施加固定约束。

导向机构前十二阶固有频率如表4所示。

导向机构部分模态振型图见图3。

2 结论

由分析结果可以看出，弹性元件的前十二阶固有频率在239Hz-320Hz，减震器的前十二阶固有频率在35Hz-126Hz，导向机构的前十二阶固有频率在36Hz-935Hz，至于更高阶的固有频率，因为实际生活中很难达到，暂时不予考虑。比较各零部件间的各阶固有频率，没有发现存在相同的固有频率，所以该汽车悬架系统各零部件间不会发生共振。对悬架系统进行模态分析可以有效避免共振，为悬架系统的优化设计提供了理论依据，同时也为后续动态特性的分析做了铺垫。

参考文献：

[1]刘猛，张丽萍.基于Matlab汽车悬架的参数仿真剖析[J].汽车实用技术，2018（23）：192-194.

[2]孙峰，张思崇，戴磊等.基于MATLAB的全地形车辆被动悬架动力学分析[J].小型内燃机与车辆技术，2019，48（01）：39-45.

[3]任成龙，张雨.汽车悬架振动的混沌特性[J].济南大學学报（自然科学版），2010，24（02）：198-201.

[4]岳书常，许英姿，刘灿昌等.基于线性控制参数的非线性汽车悬架最优控制[J].广西大学学报（自然科学版），2015，40（06）：1372-1380.

[5]沈祖英.轻型越野汽车悬架系统设计及研究[J].时代汽车，2017（20）：69-70.

[6]郭昊维，陈长征.某纯电动汽车减速器模态分析[J].噪声与振动控制，2018，38（S2）：388-391.

作者简介：陈海清（1981-），男，山东利津人，工程师，研究方向：汽车底盘系统零部件仿真分析。