卜凡龙

（中国第一汽车集团股份有限公司技术中心，吉林长春130011）

基于Pro／E的悬架运动校核方法研究

卜凡龙

（中国第一汽车集团股份有限公司技术中心，吉林长春130011）

分析了目前板簧悬架运动校核方法存在的问题。针对这些问题，借用Pro／E软件中的机构仿真功能，建立了板簧悬架运动校核的三维模型，直接进行三维运动校核，使校核更接近实车状态、更具直观性，弥补了二维校核的不足，防止了实车运动中出现干涉，为以后的设计校核奠定了模型基础。

Pro／E软件；板簧悬架；运动校核；仿真分析

0 前言

悬架运动校核是悬架设计流程中不可缺少的一部分，悬架主要包括弹性元件、减振器、横向稳定杆等零部件，减振器的长度、摆角，横向稳定杆和吊臂支架的夹角，以及它们与转向系统的拉杆、轮胎以及车架之间间隙校核都是非常关键的［1］。目前，采用的校核方法大多都是将它们分别在AutoCAD中进行二维布置校核，该方法比较简单，对于简单的悬架系统来说，使用该校核方法能够满足要求；当悬架系统较复杂且周围零部件较多时，二维校核就有了缺陷，间隙校核往往不准确，易发生二维校核不干涉而实车运动时发生干涉的现象，因此需要一种能直观反映且接近实车状态的校核方法。目前三维设计软件较多，作者仅结合工作中使用的Pro／E三维设计软件，进行了某车型前悬架系统的建模，并进行了运动仿真分析校核，通过与传统校核方法的对比，验证了该模型的正确性，提供了一种简便的校核方法。

1 悬架系统结构

1.1 悬架系统平面结构

悬架系统由钢板弹簧、减振器、横向稳定杆、连接支架及连接销等组成，如图1所示。板簧支架、减振器上支架、横向稳定杆吊臂支架、限位支架均固定在车架总成上，它们之间无相对运动；钢板弹簧总成、缓冲块总成、减振器下支架及稳定杆支架通过U形螺栓连接在一起，它们之间也无相对运动，可看成一个整体；其他的零部件之间以及与固定的零件之间都通过销轴进行连接。当车轮受载上下跳动时，板簧产生变形，板簧主片中心点上下运动，同时吊环、横向稳定杆、吊臂、减振器发生相对运动。

1.2 悬架系统平面简化结构

为了建立一个有效的三维模型并且减少模型中的物体数量，需要将上述的悬架系统结构进行简化处理。模型简化处理中，首先要解决的是将作为弹性元件的钢板弹簧进行合理的简化。钢板弹簧总成简化是否合理，直接决定了该悬架系统的运动轨迹是否正确。通过查找有关的资料，发现有关板簧变形运动学的研究文献比较少，目前普遍使用的是 “圆弧近似算法”（简称SAE圆弧），它是基于钢板弹簧在垂直载荷作用下，假设其各片为理想的圆弧形状，首片板簧叶片各部分的尺寸如图2所示。还有一种方法是三连杆近似简化法，它将板簧简化成了等效的三连杆机构，可以方便地描述板簧的运动特性［2］，各杆长度与板簧中心的确定由公式 （1）— （4） 确定，吊耳的长度取其实际长度，如图3所示。

根据上述内容并结合下一步的建模考虑，决定采用钢板弹簧的三连杆简化模型。同时运用所学的机械原理知识，将悬架系统简化成一个运动机构简图，如图4所示。

2 悬架系统三维模型的建立

2.1 创建悬架系统零部件模型

2.1.1 钢板弹簧的模型建立

目前工作中使用较多的为等刚度的钢板弹簧总成，因此选择它进行简化。该模型在研究悬架的运动校核时，同样适用于其他刚度特性的钢板弹簧。

首先由上节所述的三连杆近似原理与计算公式，计算确定各杆的长度和铰链点位置。其中钢板弹簧的主叶片由3个连杆替代，加上吊耳一起构成具有2个自由度的五杆机构，因此板簧的运动，可以用板簧簧座中心垂直方向和水平方向的位移来确定，这两个位移相互独立。在板簧簧座中心加载荷使杆系机构发生运动，由板簧簧座中心的受力与簧座中心的位移量确定简化模型的刚度曲线。在Pro／E环境下，建立简化的三连杆钢板弹簧模型，如图5所示，分别由A、B、C三部分组成，三部分通过销钉连接进行装配。

为了验证模型在Pro／E环境下的正确性，利用Pro／E软件中的 【轨迹曲线】功能，绘制出板簧主片中心点的运动轨迹曲线，然后和用 “SAE圆弧法”理论作图绘制的曲线进行对比，如图6所示，对比发现两者的轨迹曲线近似，因此Pro／E中建立的钢板弹簧三连杆模型是正确的，可以作为运动校核的基础。

2.1.2 减振器总成模型的建立

首先将减振器总成的各个零部件采用拉伸、剪切、旋转、倒圆角等命令进行绘制，然后将减振器分成以防尘罩和油缸为主体的两部分，进行连接装配，以使在悬架系统的运动过程中，反映减振器的行程变化，如图7所示。

2.1.3 其他零部件的模型建立

这些零部件的模型建立，均采用参数化的设计方法，以便后期更改以及新零件的设计，而且由于本身内部没有相互发生运动的部件，因此都将它们看成刚体模型，如图8所示。

2.2 创建悬架系统装配模型

各零件的三维实体建模完成后，首先要分别完成减振器上支架及稳定杆吊臂支架在车架上的装配，这些装配都依据已经布置好的悬架硬点进行装配，悬架的硬点在悬架的骨架模型中进行设计，以便后期变动修改方便［3］。由于各零部件之间不存在相对运动，故可视为一个整体来处理。然后进行建立在各总成基础之上的悬架系统的虚拟装配。由于各总成间既有位置要求，又有相对运动要求，故在该装配过程中，除了要保证各总成的位置关系，还要定义相应的运动副，如板簧总成、车架基础、吊环、减振器、横向稳定杆之间的连接采用 “销钉” 约束，减振器的油缸和防尘罩连接采用 “圆柱”约束。其中各总成的位置关系采用刚性连接中的 “匹配” 和 “插入” 约束。具体的装配顺序是：以车架的骨架作为装配的基础，通过销钉连接的方式，依次进行钢板弹簧总成、减振器总成、横向稳定杆吊臂、横向稳定杆的装配。伺服电动机设置在板簧主片的中心点上，以模拟悬架系统的上、下跳动变化。图9为装配后的悬架系统连接机构的简化模型。

3 运动校核仿真及结果分析

3.1 运动校核仿真

悬架系统运动仿真的过程如图10所示。该运动过程为连续变化的过程，在运动过程中，各个连接点位置随着板簧中心点的变化而发生变化，从而实现运动仿真。

3.2 干涉检查

干涉检查的目的是找出悬架系统可能出现的运动干涉及“死点”位置。利用Pro／E自动检查各部件在运动过程中的干涉问题，不仅准确，而且效率高，使得干涉问题在设计过程中就能得到有效解决。在Pro／E环境下，利用其 【分析】➝ 【模型】 ➝ 【配合间隙】、 【全局间隙】、 【全局干涉】、 【体积干涉】 （见图11），进行特征添加，可以得到悬架系统零部件在运动过程中，部件间隙及干涉情况随时间的变化曲线 （见图12）。通过曲线可以对干涉情况进行判断，对间隙不足、出现干涉的地方进行及时的调整布置。

3.3 运动校核仿真结果分析

根据悬架系统设计的结构特点，以减振器行程的变化、减振器摆角的变化、横向稳定杆与吊臂的夹角变化作为研究对象，创建测量曲线，进行运动学的仿真分析［4］。通过仿真分析有助于分析运动时产生的结果，并为设计改进提供帮助。

减振器行程变化及摆角的变化见图13、图14。可以看出在悬架系统的运动过程中减振器是如何运动的。以此与借用的减振器参数进行比较，看此曲线的变化值是否在现有减振器的行程及摆角范围内，来确定是否对减振器进行设计更改。

横向稳定杆与吊臂的夹角变化见图15，通过分析其变化曲线，可以看出其极限位置夹角是否符合要求，以及是否出现“卡死”现象。以此为依据判断是否需要进行更改设计。

4 结束语

应用Pro／E软件的建模和运动分析模块，成功地解决了悬架系统运动校核过程中传统校核方法无法直观悬架系统空间运动状况的难题，并将机构运动中出现的干涉问题在试制样车之前予以解决。此次运动校核的研究是直观、方便地进行悬架系统机构的设计、布置、动态模拟和分析的一次有益尝试，为生产高质量、高性能的悬架系统提供了可靠的保证。今后，还需对悬架系统机构作进一步的深入研究，与其他软件结合对关键部件的受力情况进行相关分析，以更好地完善设计。

【1】陈家瑞，吉林大学（原吉林工业大学）汽车工程系.汽车构造［M］.北京：人民交通出版社，2002.

【2】吴碧磊.重型汽车动力学性能仿真研究与优化设计［D］.长春：吉林大学，2008：28－37.

【3】朱玉红.基于PRO／E的机械零件虚拟装配方法［J］.机械制造与自动化，2004（2）：67－68.

【4】祝凌云，李斌.Pro／ENGINEER运动仿真和有限元分析［M］.北京：人民邮电出版社，2004.

2015节能与新能源车展年底登陆上海

2015第八届中国国际节能与新能源汽车产业展览会将于2015年12月11—13日盛大登陆上海新国际博览中心，本届展会以 “智·创未来”为主题，秉承推动汽车产业转型升级、助力汽车企业发展、满足消费者需求的宗旨，将吸引国内外30多家主流新能源车企的上百款纯电动汽车、混合动力汽车等各种车型参展，为海内外车企打造一个新能源车辆展示、电动汽车品牌推广及前沿技术交流的专业平台，为广大新能源汽车消费者打造一场全方位的赏车、玩车、购车的车市盛会。

数据显示，上半年我国新能源汽车共生产7.6万辆，销售7.3万辆，同比分别增长2.5倍和2.4倍。在新能源汽车火爆增长的带动下，本届12月11—13日的EV CHINA 2015节能与新能源车展·上海站将定位于提升节能与新能源汽车产品认知度和市场占有率，通过本次上海车展转变消费模式，培养消费者品牌忠实度，塑造品牌形象；并将立足节能与新能源汽车展业，将EV CHINA节能与新能源车展规划覆盖整个中国区域和终端消费者。

EV CHINA 2015节能与新能源车展·上海站预计展出面积超40 000 m2、100家参展企业、参观观众5万人次。本届上海车展同期活动将更具人性化，观众参与度更高。针对专业观众车展主办方组织专业论坛、行业评选、产品推介等一系列可参与学习的活动；与此同时车展主办方还将举办车展摄影大赛、试乘试驾、慈善公益以及观众最喜爱车型评选等活动，让上海及周边地区的人群可全程参与进来。

（来源：互联网）

Study of Suspension Movement Check Based on Pro／E

BU Fanlong
（China FAW Group Corporation R＆D Center，Changchun Jilin 130011，China）

The problems existing in leaf spring suspension movement checkingmethod were analyzed.Aiming at these problems，adop⁃ting simulation function of Pro／E software，the three⁃dimensionalmodel ofmovement check for leaf spring suspension was established，tomake 3Dmotion check directly.The check was closer to the real car status，more intuitive，making up the shortages of2D check.Somotion interfer⁃ence in vehiclemotion is prevented.It laysmodel foundation for future design and check.

Pro／E software；Leaf spring suspension；Movement check；Simulation analysis

2015－04－22

卜凡龙 （1983—），男，工程硕士，工程师，从事商用车底盘设计研究。E⁃mail：bfl171＠163.com。