多連桿式前懸架主銷軸線的確定

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1、多連桿式前懸架主銷軸線的確定摘要：汽車前輪主銷的位置與方向?qū)ζ嚨牟倏v穩(wěn)定性和制動(dòng)穩(wěn)定性均具有重要的影響。在轎車上日益得到廣泛應(yīng)用的多連桿式前懸架由于其主銷軸線在幾何結(jié)構(gòu)上沒(méi)有明確地體現(xiàn)出來(lái)，找到一種確定這種懸架主銷軸線方位的方法是很有必要的。應(yīng)用ADAMS軟件的CAR模塊建立了轎車多連桿式前懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的多體運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，對(duì)主銷和前輪定位角進(jìn)行了仿真計(jì)算研究。同時(shí)還應(yīng)用空間運(yùn)動(dòng)學(xué)中的瞬時(shí)螺旋軸方法建立了同種懸架的數(shù)學(xué)模型，研究分析了主銷和前輪定位角隨車輪上下跳動(dòng)時(shí)的變化規(guī)律。采用兩種方法仿真計(jì)算結(jié)果的一致性說(shuō)明

2、這兩種方法都是確定多連桿式前懸架主銷和前輪定位角的行之有效的方法。關(guān)鍵詞：多連桿式懸架；主銷軸線；ADAMS軟件；瞬時(shí)螺旋軸1．前言近年來(lái)，為確保車輛的行駛安全性和舒適性，許多國(guó)外轎車都采用了多連桿式懸架或其變種，比如福特公司的Taurus/Sable、沃爾沃公司的760GLE、三菱汽車公司的Galant。這種懸架也開(kāi)始應(yīng)用在國(guó)產(chǎn)轎車上，如上海大眾的PassatB5。多連桿式懸架由布置在空間的3~5根連桿將轉(zhuǎn)向節(jié)與車身連接起來(lái)，連桿的外端與轉(zhuǎn)向節(jié)通過(guò)球鉸連接，連桿的內(nèi)端與車身通過(guò)橡膠襯套連接。這些連桿對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)提供

3、了過(guò)多約束，車輪上下跳動(dòng)或者左右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)致橡膠襯套的變形；實(shí)際上，巧妙設(shè)計(jì)各個(gè)連桿的位置以及橡膠襯套的剛度可以十分精確地控制主銷軸線和車輪定位角的變化。典型的五連桿式前懸架如圖1所示，連桿1和2構(gòu)成上擺臂，連桿3和4構(gòu)成下擺臂?？紤]到橡膠襯套的變形，連桿1、轉(zhuǎn)向節(jié)、連桿2和車身構(gòu)成一個(gè)空間四連桿機(jī)構(gòu)；同理，連桿3、轉(zhuǎn)向節(jié)、連桿4和車身也構(gòu)成一個(gè)空間四連桿機(jī)構(gòu)。因?yàn)檗D(zhuǎn)向節(jié)是剛體，不可變形，所以這兩個(gè)空間四連桿的運(yùn)動(dòng)是互相制約的；在轉(zhuǎn)向齒條固定不動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向節(jié)的運(yùn)動(dòng)還要受到轉(zhuǎn)向橫拉桿的約束。顯然，已不可能像分析雙橫臂獨(dú)

4、立懸架那樣通過(guò)簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系來(lái)計(jì)算主銷軸線以及輪胎定位角的變化，這里只有一個(gè)“假想”的主銷軸線。圖1多連桿式前懸架示意圖為了確定多連桿式懸架的假想主銷軸線，本文采取了兩種方法：首先應(yīng)用ADAMS軟件的CAR模塊構(gòu)造了多連桿前懸架以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，進(jìn)行仿真分析得到結(jié)果；然后應(yīng)用空間運(yùn)動(dòng)學(xué)中的瞬時(shí)螺旋軸方法對(duì)主銷軸線進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析，并將計(jì)算結(jié)果與ADAMS/CAR的仿真結(jié)果相比較。結(jié)果表明，這兩種方法都是可靠的。-166-2．ADAMS模型的建立與仿真計(jì)算2.1懸架模型的建立在建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型時(shí)做如下簡(jiǎn)化和假設(shè)

5、：（1）所有零部件都認(rèn)為是剛體，零部件之間的所有連接都簡(jiǎn)化為剛性鉸鏈。（2）由于橫向穩(wěn)定桿對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)的運(yùn)動(dòng)幾乎沒(méi)有影響，所以建模時(shí)不考慮橫向穩(wěn)定桿。這樣便得到了如圖2所示的具有3個(gè)自由度的多連桿式前懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，圖中所示為前懸架左半部分，并且還包括了轉(zhuǎn)向橫拉桿和轉(zhuǎn)向齒條，右半部分與左半部分對(duì)稱。整個(gè)懸架系統(tǒng)包括：上擺臂1（兩個(gè)）、前下擺臂2（兩個(gè)）、后下擺臂3（兩個(gè)）、轉(zhuǎn)向橫拉桿4（兩個(gè)）、轉(zhuǎn)向節(jié)5（兩個(gè)）、轉(zhuǎn)向齒條6（一個(gè)）、減震器下半部分7（兩個(gè)）和減震器上半部分8（兩個(gè)），一共由15個(gè)剛體組成。僅考慮圖示部

6、分，共有4個(gè)球鉸（B，C，D，E）、5個(gè)萬(wàn)向節(jié)鉸（F，G，H，J，L）、1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸（A）、1個(gè)圓柱鉸（K）和1個(gè)移動(dòng)鉸（I）。圖2多連桿式前懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)模型示意圖1—上擺臂；2—前下擺臂；3—后下擺臂；4—轉(zhuǎn)向橫拉桿；5—轉(zhuǎn)向節(jié)；6—轉(zhuǎn)向齒條；7—減震器下半部分；8—減震器上半部分整個(gè)懸架系統(tǒng)（包括右半部分）的自由度N為：N=15×6-8×3-10×4-2×5-2×4-1×5=3這3個(gè)自由度分別是懸架左右兩側(cè)擺臂的上下擺動(dòng)和轉(zhuǎn)向節(jié)繞假想主銷軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。在ADAMS/CAR中建模首先要?jiǎng)?chuàng)建懸架子系統(tǒng)的模板文件，除了要

7、生成各個(gè)部件以及部件之間的鉸鏈以外，還要構(gòu)造將各個(gè)子系統(tǒng)裝配為一個(gè)總成所需要的“通訊器”（Communicator）；然后利用模板文件生成懸架子系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)，并將它們和懸架測(cè)試裝置裝配在一起。最后得到的多連桿前懸架模型在ADAMS/CAR中的顯示如圖3所示。需要注意的是，在構(gòu)造懸架模板時(shí)必須指明如何計(jì)算主銷軸線。在ADAMS/CAR中有兩種計(jì)算主銷軸線的方法，分別是幾何方法和瞬時(shí)軸線方法。當(dāng)轉(zhuǎn)向主銷的上下端點(diǎn)可以確定時(shí)，幾何方法比較簡(jiǎn)單；但是在本文構(gòu)造的多連桿前懸架模型中，并不存在實(shí)際的轉(zhuǎn)向主銷，所以采取瞬

8、時(shí)軸線方法。-166-圖3多連桿前懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)模型在ADAMS/CAR中的顯示2.2仿真計(jì)算ADAMS用剛體i的質(zhì)心笛卡爾座標(biāo)和反映剛體方位的歐拉角或廣義歐拉角作為廣義座標(biāo)，即,。在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析時(shí)，只需要建立并求解系統(tǒng)的約束方程：，初始位置已知。任一給定時(shí)刻系統(tǒng)位置的確定，可由約束方程通過(guò)牛頓－辛普森迭代求得：，其中，表示第j次迭代。在ADAMS/CAR中做雙輪同向激振仿