复合式悬架车桥动力学参数分析

复合式悬架车桥动力学参数分析＋沈舒骋沈浩吴光强（同济大学）李文辉魏宏（上海大众汽车有限公司）【摘要】本文以某轿车复合式悬架为例，提出了一种获取此类悬架车桥动力学参数的方法。

利用ｃＡＤ／ｃＡＥ软件，分析了其惯性参数和刚度参数，与试验结果相比较，证明了此方法的可行性，为悬架改进设计提供了捷径。

【主题词】悬架车桥动力学分析１前言复合式悬架结构简单，节省空间，并具有独立悬架舒适性好的特点，有的结构还采用了通过带有特殊形状的金属橡胶衬套或Ｖ型横梁的开口方向，可以改善车轿的转向效应，从而提高整车的操纵性。

因此，许多前置前驱动的轿车用此作后悬架，如国内的大众系列、通用系列、现代普莱特系列等。

复合式悬架兼有非独立和独立悬架的特点，在进行动力学建模时，必须根据需要对其作合理的简化。

在现有的车辆振动分析中，多数将其视为非独立悬架，忽视了复合式悬架的特点，也有部分学者将其简化为一整体，与车身通过扭转弹簧连接，在车辆操纵稳定性分析中，部分学者将其简化为两端有横向稳定杆连接单纵臂式悬架，并考虑车桥转动惯性的作用，后两种方法提高了分析的精度，然而，上述建模方法需要获取此车桥的刚度特性和惯性特性，目前一般通过实验获得，其时间和经济耗费较高，并很难指导悬架的改进。

本文以某轿车复合式悬架为例，利用ｃＡＤ／ｃＡＥ软件，提出了一种获取此类车桥动力学参数的方法。

鉴于车桥阻尼很小，这里分析了其惯性参数和刚度参数，与试验结果相比较，证明了此方法的可行性，为悬架改进设计提供了捷径。

＋此项目受到霍英东教育基金赞助收稿日期：２００１一０５—２３２惯性特性计算根据图纸，在大型ＣＡＤ软件环境中建立了车桥模型，通过其分析功能即可以获得相应的惯性特性。

图１为此悬架的结构简图。

将坐标原点设在Ｖ型横梁两边线中点处，坐标方向与车辆全局坐标系相同，表１中列出了此悬架的惯性参数，包括质量，质心位置，绕各轴的转动惯量等。

图ｌ某轿车复合式悬架ＣＡＤ模型表１某轿车复合式悬架主要惯性参数质量（ｋｇ）１８．８９８Ｘ１１０．９８３质心位置ＹＯ（ｍｍ）ＺＯ绕质心的Ｘ４２８６８７７．８３０转动惯量Ｙ２８３４８２．３８２（ｋｇ－ｍｍ２）Ｚ４５４８７７３．４９６・１５・　万方数据３刚度特性计算复合式悬架车轿主要由横梁、纵臂、加强板组成，现有一部分悬架也带有扭杆。

其中，纵臂主要起导向作用，参考车辆坐标系，其Ｙ向弯曲刚度和绕ｘ轴扭转刚度对轮胎定位参数变化特性影响较大，从而对车辆的侧向安全性和操稳性发生影响；横梁主要起横向稳定杆的作用，参考车辆坐标系，其绕Ｙ轴扭转刚度对车辆操稳性和平顺性影响较大。

在车辆动力学建模时经常需要考虑上述３个刚度。

利用上述ｃＡＤ模型，抽取中性面，在ＰＡＴ．ＲＡＮ中利用四边形和三角形壳单元对车桥进行了网格划分，其有限元网格模型参见图２。

图２ＰＡＴＲＡＮ中的后桥有限元模型在焊缝处，采用直接连接方法，即在焊缝处生成节点，使两连接件的单元共有此节点，这里克服了利用梁单元来模拟焊电所带来的局部应力集中及梁刚度参数难以确定的问题。

在此模型中共有单元６９２８，节点６９７２。

横梁的前端与接地三向弹簧连接，此三向弹簧用来模拟橡胶衬套的影响，其刚度系数由企业提供。

悬架弹簧上支点固支。

利用此有限元模型，根据特定边界条件，可以计算出上述３个刚度特性。

３．１纵臂弯曲刚度计算模型根据弯曲刚度试验工况，边界条件设置如图３所示。

・１６・图３弯曲刚度计算模型纵臂后端在侧向力盼的作用下，沿，，方向位移为６，将计算结果带入公式（１），即可计算出弯曲刚度ｃ。

公式（１）中所示参数参照图３。

弘磊奄３．２纵臂扭转刚度计算模型根据纵臂扭转刚度试验工况，边界条件设置如图４所示。

图４纵臂扭转刚度计算模型在扭转力矩作用下，托架与制动器安装端面的垂直位移为６。

，托架与减振器安装端面的垂直位移６：，将计算结果带入公式（２），即可计算出纵臂扭转刚度ｃ＂公式（２）中所示参数参照图４。

巳２尊ｏｒｃ留（——万一）（２）在扭转力矩作用下，纵臂末端垂向位移为６，由于模型以及边界条件对称，因此另一端纵臂末端垂向位移为一６。

将计算结果带入公式（３），即可计算出纵臂扭转刚度ｃ＂公式（３）中所示参数参照图５。

图５横梁扭转刚度计算模型上海汽车　万方数据３．３横梁扭转刚度计算模型悯孥篓篓梁扭裥慷试验工况’边界条件设置５结论如图５所示。

７Ｖ’。

％２辩口ｒｃ￡ｇ（—＿＝＿）４结果分析及比较（３）利用Ｍｓｃ／ＮＡｓＴＲＡＮ对上述有限元模型进行求解，表２中分别列出了模拟上述３种工况所施加的载荷和相应的变形结果。

表２施加载荷以及计算变形结果工况施加载荷（Ｎ）变形结果（ｍｎ，）弯曲Ｆｖ＝４７０４４．６７纵臂扭转Ｆｚ＝４５７２１．４ｌ横梁扭转Ｆｚ＝６００４９．１根据变形结果，计算得到上述３个刚度。

表３列出了其有限元计算结果和根据实验数据的计算结果。

表３刚度计算结果及试验结果刚度（Ｎｍ／ｄｅｇ）计算值实验值相对误差（％）弯曲３４４２３６９３６．７９纵臂扭转１１０１１００４９．６６横梁扭转２１．０７２１．４０１．５４（１）利用ｃＡＤ／ｃＡＥ软件，可以获得复合式悬架车桥动力学参数，误差在１０％以内；（２）在获得上述参数的基础上，可以在这些ｃＡＤ／ｃＡＥ软件平台上，进行快速而经济的改进设计。

参考文献１戴勇．轻型轿车后悬架安全性和舒适性的设计．上海汽车，２０００（４）２李奇平．上海大众桑塔纳轿车后悬架随动转向效应及操纵稳定性研究．上海汽车，２０００（３）３高卫民等．汽车悬架振动分析研究方法，同济大学学报，１９９７（５）ＡｂｓｔｒａｅｔＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｘａｍｐｌｅｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｉｎｃｅｎａｉｎｃａｒ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｇｉＶｅｓｏｕｔａｗａｙｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｄａｔａｏｆｓｕｃｈｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ．ＷｉｔｈｔｈｅｈｅｌｐｏｆＣＡＤ／ＣＡＥｓｏｆｔｗａｒｅ，ｉｎｅｎｉａｌｐａｒａｍｅｔｅｒａｎｄｓｔｉｆｍｅｓｓｐａＩ．ａｍｅｔｅｒｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｎｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｆｂａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｖｅｄ．ＩｔｐｒｏＶｉｄｅｓａｓｈｏｒｔ—ｃｕｔｔｏｉｍｐｒｏＶｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｉｓｓｕｓＤｅｎｓｉｏｎ．・１７・　万方数据复合式悬架车桥动力学参数分析作者：沈舒骋， 沈浩， 吴光强， 李文辉， 魏宏作者单位：沈舒骋,沈浩,吴光强(同济大学)， 李文辉,魏宏(上海大众汽车有限公司)刊名：上海汽车英文刊名：SHANHAI AUTO年，卷(期)：2002，(1)引用次数：1次参考文献(3条)1.戴勇轻型轿车后悬架安全性和舒适性的设计 2000(4)2.李奇平上海大众桑塔纳轿车后悬架随动转向效应及操纵稳定性研究 2000(3)3.高卫民汽车悬架振动分析研究方法 1997(5)相似文献(10条)1.学位论文孙焕新汽车轮胎气压对车桥振动的影响研究2006本文收集了国内外大量有关汽车轮胎技术资料，综合评述了当前轮胎气压监测系统的发展趋势和动态，并进一步讨论了轮胎的构造和力学特性以及两者之间的相互作用和内在联系。

在此基础之上，对汽车轮胎的静态特性与动态特性进行了对比，特别是对轮胎的滚动刚度、轮胎的阻尼特性以及轮胎的动刚度的非线性的力学特性，进行了深入的分析和探讨。

基于上述的理论，综合研究了轮胎车桥系统的振动特性，并应用数学回归手段独立推导出了汽车轮轴系统固有频率的计算公式，较深入地揭示了该系统振动频率与轮胎气压之间的函数关系。

本课题研究在前述理论分析的基础上，进一步应用传感技术和测试手段，以较新的计算机G语言LabVIEW开发了测试平台，对轮胎气压所产生的振动效应进行了实验研究和论证。

具体采用哈飞松花江牌HFJ1010微型车作为实验对象，分别对不同气压下的汽车悬架固有频率进行了跌落激振和行驶随机激振对比测试，并由此得出了相应的气压与悬架固有频率的回归关系式。

实验结果表明，汽车在行驶状态下车桥的固有频率略高于自由静止状态下车桥的固有频率。

另外，文章对近年来最新应用的实验手段——汽车悬架装置检测台作了相应研究和论述，并应用该实验台对HFJ1010微型车作了不同胎压下的激振测试实验。

实验表明，不同胎压下，悬架的固有频率变化不大，但车轮胎压对车桥振动效率有显著影响。

本文结合实验深入地讨论了悬架效率、阻尼等与胎压的相关性，并提出了以检测车桥的相应振动参数来作为轮胎气压监测手段的新途径。

本文通过大量的实验和深入的理论探讨，较全面地研究了轮胎气压对车轮与车桥振动特性的影响，为轮胎气压的监测和汽车的安全行驶提供了有益的理论参考和依据。

2.期刊论文杨通顺货车车桥与悬架-汽车与配件2002(33)车桥与悬架是汽车行驶系中的主要总成.当愈来愈多的货车制造商为其需要而外购车桥的时候,车桥生产商正在开发更加通用且造价更低廉的产品.与此同时,挂车桥开发商则继续把焦点集中在减轻重量和整个寿命成本上.3.期刊论文卞学良.王志强.穆希辉.杜峰坡全向蓄电池侧面叉车双摆臂联动悬架的结构和特点-工程机械2007,38(3)全向蓄电池侧面叉车由于侧面插装物料,为了保证插装物料时的稳定性,叉车的货叉一侧采用两个刚性独立悬架支撑,摆动桥布置在和货叉相反的右侧车架上.由于全向蓄电池侧面叉车一般插装长体物料,车体设计纵向尺寸长,横向尺寸窄,如采用传统的整体式摆动车桥,会导致车桥过长,强度和刚度降低,车桥和车身铰接困难等不利因素.设计了全向蓄电池侧面叉车双摆臂联动悬架结构,论述了悬架系统的结构特点和工作原理.由于联动悬架中的两悬架用连杆相连,连杆可以设计得较长,因此这种悬架更适用于轮距较大的车辆.当L形下摆臂、上摆臂、套筒支架和车架组成平行四杆机构时,双摆臂联动悬架能够保证车辆在行驶过程中具有较高的行驶稳定性.4.学位论文杨建荣车-桥耦合作用下公路桥梁局部振动研究2007近年来为了减少运营成本，重载货车的载重量大幅增加并大量使用。

同时，由于新材料和新方法的广泛采用，桥梁结构被设计得比较轻柔。

公路桥梁和重载货车的自振频率处于相同频段内，车、桥两个系统之间的耦合振动问题突出。

尽管车-桥耦合振动问题一般不会导致桥梁结构的整体失效，但是车辆荷载通常引起桥梁局部振动，桥梁构件因此而出现疲劳、老化、开裂等问题。

这些破损又将促使结构更容易受到侵蚀，形成恶性循环。

在车辆荷载长期作用下，桥梁结构性能不断劣化，所增加的养护费用高昂。

研究桥梁的车致局部振动问题将有助于人们更好地完善结构设计、规范车辆荷载、改进车辆设计并减少桥梁损坏。

重载车辆的作用是桥梁设计应该考虑的主要荷载之一。

目前，在桥梁设计中，通常采用所谓“冲击系数”乘以车辆的静力荷载得到的等效动力荷载来考虑车辆的冲击效应，如果冲击系数使用不当将极大地影响桥梁的经济指标。