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1、美国MDI(Mechanical Dynamics Inc)公司2001年中国用户年会论文集某型号运输车悬挂系统动力学仿真刘民 黄铁球航天科技集团一院十五所 美国MDI公司北京办事处 1. 课题的提出汽车悬挂系统是汽车的一个重要组成，其功用在于将车架和车桥弹性的连接起来，减轻和消除由于不平路面传给车身的动载荷，以保证汽车必要的行驶平顺性。本文针对某型号汽车底盘悬挂系统进行了动力学仿真分析。仿真汽车在各种给定工况下的动态响应，以检验车辆的行驶平顺性，并给出在各种给定工况下各部件受力分析结果。为汽车底盘悬挂系统的设计计算提供重要参考。2. 原始参数2.1 主参考系OXYZ 主参考系OXYZ的原点位
2、于前车轴的几何中心，X轴平行于车架平面指向前方，Z轴垂直于车架平面指向上方，Y轴沿前车轴的中心线，遵守右手规则。2.2 几何模型的建立根据车辆转向与悬架系统中各部件的几何尺寸，采用PRO/E建模计算相应质量、质心、惯量特性。为ADAMS分析模型提供参数。3 ADAMS分析模型根据分析的目的和要求建立了汽车转向与悬架系统的ADAMS分析模型（图1）。整个模型由46个可动部件和65个铰链组成。各部件的名称及各铰链的名称，各铰链位置的关键点坐标值从略。3.1 ADAMS动力学模型中的关键部分3.1.1悬挂系统底盘包括有四桥，共8个油气弹簧，油气弹簧的刚度和阻尼均有测量值，因此在ADAMS中采用了非线
3、性的弹簧-阻尼器来模拟其连接特性。3.1.2 轮胎轮胎同样采用非线性弹簧阻尼器来模拟，轮胎的垂向刚度和阻尼有测量数据，但缺少纵向和轴向的刚度和阻尼，取值为经验值。4 工况的设定：4.1车轮遇凸块的工况当汽车以80公里/小时（即22.22米/秒）的速度直线行使时，某车轮遇凸块(高300mm，宽445mm)。相当于给车轮加单脉冲输入，（仅以一桥右车轮为例）。图1 汽车转向与悬架系统ADAMS模型4.2车轮遇凹坑的工况当汽车以80公里/小时（即22.22米/秒）的速度直线行使时，某车轮遇凹坑（深300 mm（车轮下降深度）宽445mm）。相当于给车轮加脉冲输入，脉冲曲线见下图：（仅以一桥右车轮为例）
4、4.3 双波纹路面工况 当汽车以40公里/小时（即11.11米/秒）的速度直线行使通过如图图2所示的波纹路面（相当于给车轮加频率为5Hz的振动输入，振幅为100mm，波长2.22m）。仿真历时10秒。 100 SIN（10PItime）图2. 波纹路面曲线图4.4 车轮经过坎的工况当汽车以一定的速度直线行使通过高120mm，宽400mm的坎。相当于给车轮加单脉冲输入，以分别50，40公里/小时的速度进行仿真计算，比较结果。5 计算结果5.1整车动响应结果因为整车平顺性是以载物的动态响应来衡量的，所以本文只给出簧上质量的动响应结果（即MODLE_BASE的质心的动响应情况）。其他部件1的响应情况
5、可从模型EX_LUPU_40的结果文件（EX_LUPU_40.res）中查询。另由于篇幅关系，下面仅给出工况4.3、4.4的部分结果。5.2双波纹路面工况时车体质量的动响应结果（质心处）。a. 垂向加速度。见图13。由图显示当八个车轮都上了波纹路面（时间为0.7秒以后），垂向加速度逐渐稳定变化，上下峰值一般在+5900 mm/sec2和-4300 mm/sec2左右，响应的频率为5Hz。运动过程中垂向加速度MAX=+6370mm/sec2;-4885 mm/sec2.b. 横向加速度。见图14。由图显示当八个车轮都上了波纹路面（时间为0.7秒以后），横向加速度逐渐稳定变化，上下峰值一般在+19
6、500 mm/sec2和-14600 mm/sec2左右，响应的频率为5Hz。运动过程中横向加速度MAX=+20342mm/sec2;-15754mm/sec2.c. 纵向加速度。见图15。由图显示当八个车轮都上了波纹路面（时间为0.7秒以后），纵向加速度逐渐稳定变化，上下峰值一般在+500 mm/sec2和-500 mm/sec2左右，响应的频率为5Hz。运动过程中纵向加速度MAX=+1017.3mm/sec2;-2089.4 mm/sec2.d. 绕垂向角加速度。见图16。由图显示当八个车轮都上了波纹路面（时间为0.7秒以后），绕垂向角加速度逐渐稳定变化，上下峰值一般在+350 mm/se
7、c2和-350 mm/sec2左右，响应的频率为5Hz。运动过程中垂向加速度MAX=+380.3mm/sec2;-436 mm/sec2.e. 绕横向角加速度。见图17。由图显示当八个车轮都上了波纹路面（时间为0.7秒以后），绕横向角加速度逐渐稳定变化，上下峰值一般在+330 mm/sec2和-380 mm/sec2左右，响应的频率为5Hz。运动过程中绕横向角加速度MAX=+356mm/sec2;-403 mm/sec2.f. 绕纵向角加速度。见图18。由图显示当八个车轮都上了波纹路面（时间为0.7秒以后），绕纵向角加速度逐渐稳定变化，上下峰值一般在+1900mm/sec2和-1200 mm/
8、sec2左右，响应的频率为5Hz。运动过程中绕纵向角加速度MAX=+1964mm/sec2;-1220 mm/sec2。图3垂向加速度响应和时间的关系图4横向加速度响应和时间的关系图5纵向加速度响应和时间的关系图6绕垂向加速度响应和时间的关系图7绕横向加速度响应和时间的关系图8绕纵向加速度响应和时间的关系5.3车轮经过坎的工况图9 50Km/h行使经过路坎时垂向加速度响应和时间的关系5.4受力结果依据6中给出的各工况动响应结果和各部件的受力情况比较，汽车通过波纹路面时，各部件的受力情况也最为恶劣。以下只给出此工况下的悬挂系统各部件在铰链处的受力分析（见下表）。其他的部件和其他工况下的各部件的受
9、力分析可依据各工况的计算结果文件 *.res查询。下表中的三个力分量和三个力矩分量分别为铰链受到在响应过程中的最大（最小）力和最大（最小）力矩在主参考系OXYZ中的投影。序号铰链名称Fx(N)Fy(N)Fz(N)Tx(Nm)Ty(Nm)Tz(Nm)1J_B1_FA4694.1-1004.16.0657e5-4.6213e519897-158130002J_B1_BASE998.96-4570.64.6189e5-6.0558e515620-188960003J_FA_B1_dl2.0276e6-2.3006e64.3969e5-4.2015e578799-312050004J_FA_B1_ul
10、-7884.3-548591540.9-1106.31980.4-4761.70005J_FA_B1_dr1.7588e5-1.4644e527270-379655048.2-17480006J_BASE_B1_ul550077895.4316.51-471.9-3289.4-883.10007J_BASE_B1_dl2.3007e6-2.0276e64.2067e5-4.3934e531784-788760008J_BASE_B1_dr1.4644e5-1.7584e538494-272441732-5512.70009J_B2_RA4921-1596.44.8745e5-4.3935e52
11、9217-1375100010J_B2_BASE1616.9-48314.3873e5-4.8699e513794-2900800011J_RA_B2_dl3.444e6-2.916e63.7196e5-5.5206e582096-2.3823e500012J_RA_B2_ur-4767.8-343346115.5865.911529.7-0.8800013J_RA_B2_dr3.002e5-3.3653e547323-3963812254-1709400014J_BASE_B2_dl2.9161e6-3.4439e65.5238e5-3.1762e52.3806e5-8180100015J_
12、BASE_B2_ur343584759-789.35-6075.7349.34-1391.100016J_BASE_B2_dr3.3695e5-2.9999e539913-4657217001-1228000017J_B3_TA1079.9-872.653.2668e5-3.0778e523995-1923100018J_B3_BASE815.2-1027.23.0751e5-3.2627e519313-2330100019J_TA_B3_dl313832592.33218.3-147116.089-2346.800020J_TA_B3_ul1.1883e5-1.0803e5951.94-11
13、16.511638-1014100021J_TA_B3_ur78644-1.3335e5803.82-1230.33604.1-6081.700022J_BASE_B3_ul1.08e5-1.1886e51113.4-1606.59794.8-1105300023J_BASE_B3_dl-2349.2-314481465.2-25752845.4-50.53100024J_BASE_B3_ur1.3335e5-78634649.17-1008.16682.1-4356.700025J_B4_FRA1844-25401.5881e5-1.8784e527327-1463700026J_B4_BA
14、SE2458-1750.31.8679e5-1.5824e514576-2640900027J_FRA_B4_dl-394.61-446214491.1-2709.1529.46-4006.100028J_FRA_B4_ul76806-86852749.56-428.0713347-8298.700029J_FRA_B4_ur73021-89924668.48-1489.44809.6-9839.700030J_BASE_B4_ul86946-76904915-1541.58061.1-1265800031J_BASE_B4_dl-186.37-448515253.2-2705.8105.92-3322.700032J_BASE_B4_ur89942-72877621.86-296.110498-3929.40006结论本文利用ADAMS软件，详细模拟了某型号运输车在各种不同路面行使时的平顺性问题，并给出车体各零部件的载荷情况。由于在设计阶段即可给出车体的各项整体性能指标，给下一阶段结构与强度设计及协调工作提供了重要依据。在课题的完成的过程中，由于某些输入参数在仿真之前未能得到准确测量，使得仿真结果会存在一定误差，这方面工作仍有待进一步完善。9参考文献汽车理论 机械工业出版社 清华大学 余志生主编汽车现代设计制造 人民交通出版社 武汉汽车工业大学龚微寒主编-224-