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硕士论文Santana轿车前悬架弹性运动学特性的ADAMS

建模与仿真

摘要

悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把车架或车身与车轴或车

轮弹性的连接起来。其主要任务是传递作用在车轮与车架或车身之间

的一切力和扭矩，规定车轴或车轮与车架或车身之间的相对运动，

并且缓和由不平路面传给车架或车身的冲击载荷，衰减由此引起的承载

系统的振动，以保证汽车平顺的行驶。汽车悬架的设计的好坏直接影响

到操纵稳定性、制动安全性、乘坐舒适性和动力加速性等汽车动

力学性能的优劣，对轮胎的磨损和使用寿命也有一定的影响。

现存的两种主要的悬架建模方法，一种是基于侧倾中心的方法，它运

算

速度快，能满足实时仿真的要求，但建模所需的参数难于获得，并且不能做

到直接面向悬架具体结构;另一种方法是各种多体动力学的建模方法，这种

方法能够很好的面向结构，直接对各种元件的特性进行分析和比较，而且建

模方法成熟，容易实现参数化，参数也相对容易取得，但它的突出的缺点是

模型复杂，要求解复杂的微分方程组或微分代数混合方程组，运算速度慢，

很难达到实时性的要求，复杂模型的运算精度不高，而且容易发散。

针对以上两种模型的优缺点，本文探索了非实时的多体动力学建模方

法

并探讨了用它来帮助实时建模方法获得各种非线性系数的方法。

以Santana轿车前悬架为例，本文用ADAMS/CAR，一种成熟的多体动

力学方法的软件，进行建模和仿真分析。在建模过程中，探索了应用

Template

Builder进行悬架建模的方法，介绍了衬套、限位缓冲块等元件的原理和使

用

方法。用该软件建立了刚性约束模型、包含衬套的柔性连接模型、进一步考

虑限位缓冲块的模型和包含简易转向系的模型，并且合理的确定了各个模型

的参数。在ADAMS/CAR中，运行了平行轮跳试验和静态加载试验中的侧向

力试验、纵向力试验，将得到的车轮定位参数等仿真结果与以往的实车试验

结果进行了对比。在验证模型有较好的精度后，计算并绘制了车轮定位参数

和一些基于侧倾中心方法的非线性系数随侧向力一轮跳和纵向力一轮跳变

化

的三维场图。

轮跳试验的仿真与实车试验的对比结果显示，与传统的刚性约束模型

相

比，衬套的使用改善了仿真结果与试验结果的一致性，而包含缓冲块的模

型

能更进一步的增加这个一致性，因此传统上经常忽略的缓冲块实际上对考虑

柔性约束的悬架系统有相当大的影响。由于拥有较好的精度，模型可以为悬

架的设计开发提供依据，尤其是对不同悬架方案的选型具有十分重要的指导

意义。

静态加载试验的仿真与实车试验的对比结果显示，车轮受力对悬架特

性

参数有重大的影响，仿真结果能够反映与实车试验相同的变化趋势，柔性模

L林大学硕卜学位论文

型比刚性模型效果好，转向系等效刚度对有侧向力作用的情况下有很大的影

响，选择合理的转向系等效刚度可以改善计算结果，但计算结果仍有一定误

差，说明单独只考虑悬架模块，无法全面的反映轮胎受力对车辆的影响，只

能对悬架设计和性能评估中期参考的作用。必须综合考虑与悬架系统相联系

的轮胎变形和完整考虑有弹性的转向系统，即加入转向系统模块和轮胎模

块，

才能得到更好的结果。

本文中绘制的关于车轮定位参数和实时建模所需的非线性系数的三维

场

图，具有复杂的和符合实际情况的变化趋势，这些参数的变化规律，以及这

种研究方法，对于实时建模方法和整车驾驶模拟器悬架部分的建模有一定的

借鉴意义。

由于本课题在悬架弹性运动学建模方面的研究属于起步阶段，所建模

型

还有许多不完善之处。比如在模型中将金属结构件简化成刚体，没有考虑其

在受力时的弹性变形对车轮定位参数变化的影响，对于金属结构弹性较大的

悬架，可能会给计算结果带来较大的误差。根据资料选取的缓冲块刚度