摘 要：以多体动力学理论和随机振动理论为基础，运用机械系统动力学仿真软件Adams/Car模块，建立了工程车辆前悬架虚拟样机模型。根据路面不平度垂直位移功率谱密度，采用数值模拟的方法得到不同等级路面激励的数学模型，并输入到前悬架系统模型中进行随机振动仿真。仿真结果对工程车辆前悬架结构的参数设计具有指导意义。

关键词：Adams/Car；随机振动；前悬架；工程车辆

工程车辆在工作过程中会受到路面不平度的激励，该激励是一种随机激励，导致车辆产生随机振动[1]。车辆前悬架主要功用是承载车身重量、缓冲和传递来自路面不平度对车辆的激励，保证车辆平顺地行驶。在工程车辆中应用广泛的非独立式悬架系统结构简单、强度高、行驶中前轮定位变化较小，但其舒适性及操纵稳定性都较差。

基于Adams/Car模块建立车辆前悬架系统模型，在标准路面不平度激励下进行随机振动仿真分析，对车辆前悬架结构参数设计、疲劳寿命分析等具有重要参考价值。

1 前悬架系统模型

前悬架系统模型如图1所示，主要包括：1.制动器，2.浮动拖盘，3.轮胎，4.车轴，5.横向拉杆，6.板簧，7.减振器，8.弹性衬套，9.转向机构。制动器在垂向施加随机激励，转向节与销轴简化为三角形机构。

汽车悬架系统主要作用是抑制路面不平度引起的振动和冲击。在Adams/Car模块中参数设置包括轮胎的刚度、自由半径、质量、轮胎属性文件、簧载质量和车辆轴距等，如表1所示。

2 路面模型

路面模型是随机振动分析的关键数据，主要采用路面功率谱密度描述其统计特性，GB/T7031-2005《机械振动-道路路面谱测量数据报告》[2]中将路面分为A～H共8个等级。在实际工程中，该车辆行驶的路面等级主要为B、D和F级，其路面不平度系数分别为64、1024和16384。本文采用傅立叶变换与逆变换法，结合数据采样定理[3]，分别求得其路面不平度曲线，并将得到的路面曲线转换成.TXT文件后，复制得到的两列数据并分别拷入所规定格式的[NODES]和[ELEMENTS]两栏，保存并放入对应的文件夹中。

3 Adams/Car动力学仿真分析

基于Adams/car的前悬架随机振动分析主要是建立动力学方程并求解，建立好前悬架系统模型，将路面文件通过试验台加载到车轮上。在Simulate菜单下选择Suspension Analysis-Dynamic，设置仿真文件名，仿真持续时间10s，仿真步数1000，激励模式：Displacement[4]。图2为悬架在F级路面激励下的垂向位移时域和频域曲线图。

4 结束语

对比前悬架结构在B、D和F级路面激励下的仿真结果：

（1）随着路面不平度的增大，悬架结构垂直振动的位移峰值逐渐增大，峰值所对应的频率为7.9Hz和9.8Hz附近，固该型車辆车桥结构振共频率约为8Hz和10Hz。振动的位移量相对较小，但振动产生的位移长期作用，对悬架结构的使用寿命影响很大。

（2）由相关文献可知，人体上下振动的共振频率在4～6Hz[5]，基本不包括上述分析的峰值频率所在范围，对人体的影响很小，基本可以满足车辆行驶的平顺性要求。

参考文献

[1]徐昭鑫.随机振动[M].北京：高等教育出版社，1990.

[2]GB/T7031-2005.机械振动-道路路面谱测量数据报告[S].北京：中国标准出版社，2005.

[3]王鹏利，郭瑞峰.基于数值模拟载荷谱的车辆前桥随机振动疲劳寿命分析[J].工程机械，2013（44）.

[4]李军，邢俊文，覃文洁.ADAMS实例教程[M].北京：北京理工大学出版社，2002.

[5]刘永强.基于ADAMS的汽车悬架系统动力学分析与仿真试验[J].河北：石家庄铁道学院，2008：60-68.

作者简介：王鹏利（1987，09-），男，汉，硕士，从事机械疲劳可靠性设计研究等。