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浅谈汽车悬架系统建模与仿真

摘要：汽车悬架系统较为复杂，而且多种构件组成，构件与构件之间的相互配

合运转也较为复杂，因此使用传统的方式来对汽车悬架的特性进行分析便面临着

诸多困难。本篇文章从悬架运动学和动力学仿真来分析汽车悬架特性的研究中所

发挥的重要作用，并且就汽车悬架系统的设计开发进行探讨。

关键词：汽车悬架系统；建模；仿真

本篇文章以国内某品牌汽车自主生产的SUV汽车前悬架为例，通过ADAMS/CAR

建立前悬架三维实体模型，前悬架相关数据参数，包括构件的质量、转动惯量等

参数，来确定前悬架的几何定位参数、减震器、扭杆等参数，依据这些数据来确

定运动学和动力学仿真模型的建立。

前悬架模型建立1.

利用ADAMS/CAR建立仿真模型时，建模顺序自下而上，最后得到前悬架模

型，通过装配试验来确定模型建立的正确与否。

利用ADAMS/CAR软件建立仿真模型时要确保各个零部件关键点的位置要准

确，这样才能确保建立的仿真模型的准确性。通过对比汽车理零件的设计图纸以

及三维实体模型的实际测量，获得前悬架中零件关键的位置。设计图纸上可以查

询悬架零件的质量，在多体系统的运动中，在运动过程中具有某种联系并且具有

相同的运动轨迹而且固定在一起的部件可以看做是一个运动部件。一个运动部件

具有同样的质心和转动惯量。获取运动部件的质心和转动惯量的参数可以通过称

重和计算或者试验获取。利用CAD技术来完成部件实体模型，将构件的材料密度

等参数输入既可以获得部件的质量、质心和转动惯量。

悬架系统的仿真2.结果分析

利用ADAMS/CAR软件可对悬架系统进行分析，通过对车轮的垂直跳动来分

析出前束角、车轮外倾角、后倾角及主销内倾角的参数变化。在轮胎的接地点施

加侧向力、回正力矩来测量前束角和车轮侧偏角的参数变化。

车2.1辆悬架仿真实验

建立好悬架仿真模型之后，接下来就可以对其进行分析，悬架转向系统仿真

分析的过程大体包括：打开悬架数学模型，然后设置好轴距、驱动力分配等悬架

参数，之后进行仿真实验，根据实验结果绘制试验曲线图。

悬架仿真2.2结果分析

通过建立悬架仿真模型对其进行动力学和弹性动力学分析，通过对车辆左右

侧的车轮同时进行上下跳动的位移，进行双轮同向激振的仿真试验。

2.2.1车轮外倾角结果分析

车轮的外倾角是车轮中心的平面与地面的垂线所形成的的夹角大小，在汽车

工程手册中对于车轮外倾角的推荐中，在上调中外倾角变化范围在正负一度范围

内合理选择悬架设计参数。

在该试验中，车轮在上跳过程中出现了外倾角的数值变化，外倾角由正值变

向负值，当车轮处于-50mm时，外倾角大小为0.2°，当车轮在50mm时，车轮外

倾角为-1.77。通过对°结果进行分析可以看出在上跳过程中车轮外倾角的数值变化

范围超过了推荐的数值范围，变化过大，因此该设计需要改进。

2.2.2主销后倾角和后倾拖矩

主销后倾角和主销后倾拖矩是为了保证汽车在行驶过程中能够保证有足够的

侧向力回正力矩，从而保证汽车能够保持直线行驶。主销后倾角数值越大那么主

销后倾拖矩也就越大，从而回正力矩的力臂越大，结果就是回正力矩也就越大。

通常来讲，四轮车的主销后倾角一般为3-10°足有，后倾拖矩数值大小一般为0-

30mm。该次仿真实验中，仿真结果显示主销后倾角随车轮跳动量变化范围在

4.2°-5.3°之间，这个范围在允许的范围内，因此符合悬架设计要求。

在主销后倾拖矩进行仿真试验时，实验结果可以看出来，随着车轮的上跳，

主销后倾拖矩逐渐变大，而且变化范围在10.26mm-22.04mm之间，随着后倾拖

矩的增大，回正力矩的力臂变大，而回正力矩也随之变大，不过回正力矩的数值

变化范围仍然在规定范围之内，因此可以视为符合设计要求。

2.2.2主销内倾角及横向偏移距分析

主销内倾角的作用也是保证汽车在行驶过程中车轮自动回正，其作用效应是

利用汽车本身的重力使得车轮回复到原来的中间位置。主销内倾角和主销横向偏

置距有关系，主销内倾会减小横向偏置距的大小，从而使得驾驶员在转向时使用

的作用力减小，也就是转向更加方便，也减小了转向轮传递过来的冲击力。

在实际设计汽车的时候，主销内倾角的范围大致在7-13°之间，数值最好取小

一点，主销横向偏移距数值范围在-10-30m