輕型汽車前獨立懸架設(shè)計分析.pdf

摘要 本文主要研究輕型汽車前獨立懸架的設(shè)計分析方法以及輪胎磨損與 懸架運動、前輪定位參數(shù)的關(guān)系。 首先對雙橫臂獨立懸架的各主要組成部件如減振器的選型設(shè)計、橫 向穩(wěn)定桿的設(shè)計校核、扭桿彈簧設(shè)計以 及對雙橫臂式和麥弗遜式獨立懸 架的運動進行了分析，提出了相應(yīng)的計算方法，編制了 一套具有一定實 用價值的前獨立懸架設(shè)計分析軟件。并且采用前輪定位儀，進行了實驗 驗證。 論文對雙橫臂獨立懸架參數(shù)提出以減小輪胎磨損為優(yōu)化目標，進行 了優(yōu)化設(shè)計。提出了通過優(yōu)選、調(diào)整懸架初始位置狀態(tài)，以及優(yōu)化確定 轉(zhuǎn)向橫拉桿斷開點位置的方法，來減小輪胎磨損。同時采用正交實驗的 方法分析了雙橫臂獨立懸架各結(jié)構(gòu)參數(shù)和安裝參數(shù)對懸架性能和輪胎磨 損的影響，確定出最大的影響因素及次要因素。 然后從輪胎模型入手分析前輪定位參數(shù)同輪胎磨損的關(guān)系。以輪胎 磨損能量作為評價指標， 選取刷子輪胎模型， 對輪胎在穩(wěn)態(tài)縱滑狀態(tài)下、 穩(wěn)態(tài)縱滑側(cè)偏狀態(tài)下和邊界條件下的輪胎磨損進行了分析研究，確定了 量化模型。并以輪胎側(cè)偏角為中間變量，建立了前輪定位參數(shù)同輪胎磨 損之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，進行了計算機仿真計算。從而可對懸架進行進 一步的優(yōu)化設(shè)計，以減小對輪胎磨損的影響，提高車輛的行駛性能和使 用經(jīng)濟性。 關(guān)健詞:汽車;獨立懸架;輪胎磨損;定位參數(shù) Ab s t r a c t T h e m e t h o d o f i n d e p e n d e n t s u s p e n s i o n d e s i g n i s s t u d i e d i n d e t a i l a n d t h e r e l a t i o n a m o n g s u s p e n s i o n m o v e m e n t , fr o n t w h e e l a l i g n m e n t p a r a m e t e r s a n d ty r e w e a r i s a n a ly s e d i n t h i s p a p e r . F ir s t l y , t h e d e s i g n m e t h o d s o f m a i n c o m p o n e n t s o f d o u b l e - l i n k s i n d e p e n d e n t s u s p e n s i o n , i n c l u d i n g s h o c k a b s o r b e r c h o o s i n g , a n t i r o l l b a r s c a l c u l a t i o n , t o r q u e b a r s p r i n g s d e s i g n , a r e p r e s e n t e d a n d m o v e m e n t o f d o u b l e - l i n k s i n d e p e n d e n t s u s p e n s i o n i s a n a l y s e d . S o a s o ft w a r e w h i c h i s u s e d t o d e s i g n a n d a n a ly s e in d e p e n d e n t s u s p e n s i o n i s p r o g r a m m e d . Me a n w h i l e , t h e e x p e r im e n t t o v e r i f y t h e r e s u l t i s m a d e w it h t h e e q u i p m e n t o f t h e f r o n t w h e e l a l i g n m e n t . T h e n , a n o p t i m a l d e s i g n t o m i n i m i z e ty r e w e a r i s p e r f o r m e d , w h i c h b r in g s f o r w a r d t h e w a y t o r e d u c e t y r e w e a r t h r o u g h o p t i m a l c h o o s i n g a n d m o d u l a t i n g o r i g i n a l d e p o s it i o n o f d o u b l e - l i n k i n d e p e n d e n t s u s p e n s i o n a n d o p t i m i z i n g t h e c u t p o i n t o f t r a c k r o d i n . F u r t h e r m o r e , t h e m e t h o d o f o r t h o g o n a l e x p e r i m e n t i s u s e d t o a n a l y s e t h e e ff e c t t h a t t h e s t r u c t u r e a n d f i x p a r a m e t e r s o f d o u b l e - l i n k in d e p e n d e n t s u s p e n s i o n h a v e o n t h e s u s p e n s i o n p e r f o r m a n c e a n d t y r e w e a r . A n d t h e m o s t i m p o r t a n t f a c t o r a n d t h e s e c o n d i m p o r t a n t f a c t o r a r e c o n f i r m e d . L a t e r , t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n fr o n t w h e e l a l i g n m e n t p a r a m e t e r s a n d t i r e w e a r i s a n a l y s e d b y s t u d y i n g t h e t i r e m o d e l . T y r e w e a r p o w e r t a k e n as t h e e v a l u a t i o n p a r a m e t e r , ty r e w e a r i s s t u d i e d u n d e r t h e s i t u a t i o n o f ty r e s i d e s l i p , l e n g t h w a y s s l i p a n d s i d e - l e n g t h w a y s s l i p r e s p e c t iv e ， a n d t h e c a l c u l a t i o n m o d e l o f t y r e w e a r i s b u i l t 勿 u s e o f t h e b r u s h ty r e m o d e l . T h e n t h e m a t h m o d e l o f t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e fr o n t w h e e l a l i g n i n g p a r a m e t e r s a n d ty r e w e a r i s o b t a i n e d妙 t a k in g t h e s i d e s l ip a n g l e o f t y r e a s m e d iu m p a r a m e t e r , a n d t h e c o m p u t e r s i m u l a t i o n i s m a d e . I t c a n b e u s e d f o r o p t i m a l d e s i g n o f s u s p e n s i o n s o a s t o r e d u c e t h e e ff e c t o n t y r e w e a r a n d t o i m p r o v e r u n n in g p e r f o r m a n c e a n d u t i l i z i n g e c o n o m y o f v e h i c l e . K E Y WO R D S : a u t o m o b i l e , i n d e p e n d e n t s u s p e n s i o n , t y r e w e a r ， a l i g n m e n t p a r a m e t e r 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī) 定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和 電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)江蘇大學(xué)可以將本學(xué) 位論文的全部內(nèi)容或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采 用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 保密口 ，在年解密后適用本授權(quán)書。 本學(xué)位論文屬于 不保密口 學(xué) 位 論 文 作 者 簽 名 : 甭 偉 指 導(dǎo) 教 師 簽 名 : ， v 7 -6 . 3 年 抑竹日 。 13 年f 月勸日 本人鄭重聲明:所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨 立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容以外， 本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成 果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體。均己在文中以明 確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué) 位 論 文 作 者 簽 名 : -R 凈 日 期: 知 虧年 冷 月2 乎日 江蘇大學(xué)碩士論文輕型汽車前獨立懸架設(shè)計分析 第 1 章前言 1 . 1論文的研究目的和意義P 1- I9 1 懸架是現(xiàn)代汽車上重要的總成之一， 它把車架 ( 或車身) 與車軸 ( 或車輪) 彈性地 連接起來。 其主要任務(wù)是傳遞作用在車輪和車架之間的一切力和力矩， 并且緩和由不平 路面?zhèn)鹘o車架 ( 或車身)的沖擊載荷， 衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，以保證汽車平 順地行駛。 懸架通常分為獨立懸架和非獨立懸架。 獨立懸架有其自 身的優(yōu)越性: 非簧載 質(zhì)量小， 有利于提高駕乘舒適性;由于彈性元件只承受垂直載荷， 使之可以采用剛度較 小的彈簧， 降低了車身振動的頻率， 改善了行駛平順性; 前輪采用獨立懸架， 取消前軸， 可使發(fā)動機位置降低， 汽車質(zhì)心下降， 從而提高了行駛穩(wěn)定性; 左右車輪單獨跳動， 減 小了車身的傾斜和振動; 同時正確的導(dǎo)向機構(gòu)型式和參數(shù)， 有助于消除前輪擺振現(xiàn)象等。 由于具有眾多的優(yōu)越性，獨立懸架得到了廣泛的應(yīng)用。 輪胎作為汽車的另一主要部件，它與汽車懸架共同緩和汽車行駛時所受到的沖擊， 同時保證和地面有良 好的附著性， 從而對汽車的動力性、 制動性、 經(jīng)濟性和操縱穩(wěn)定性 都有至關(guān)重要的影響。 因此分析解決懸架運動時其定位參數(shù)對輪胎磨損的影響關(guān)系， 對 于提高汽車的性能很有意義。 本項目 研究的主要目的就是通過分析研究獨立懸架的運動特性以及各組成部件的 特性， 提出一套實用的輕型汽車前獨立懸架設(shè)計分析方法， 編制具有實用價值的前獨立 懸架設(shè)計分析軟件， 進行獨立懸架的優(yōu)化設(shè)計， 使獨立懸架的設(shè)計開發(fā)時間大大的縮短， 為獨立懸架的進一步開發(fā)研究提供一個有效的工具。 其次是分析輪胎磨損的機理、 磨損 的評價、 輪胎模型， 從中找出輪胎磨損與定位參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系， 從而確定懸架運動 與輪胎磨損的關(guān)系，以便更好地進行獨立懸架的優(yōu)化設(shè)計，以解決輪胎磨損的問題。 1 .2國內(nèi) 外的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 獨立懸架早期單純在轎車上使用， 目 前大部分輕型汽車以及越野汽車也采用獨立懸 架，同時，一些中型卡車及客車為提高駕乘的舒適性和行駛性能也開始采用獨立懸架。 在國外甚至一些輪式工程機械如吊車和重型卡車也采用了獨立懸架。 因此， 對于獨立懸 江蘇大學(xué)碩士論文輕型汽車前獨立懸架設(shè)計分析 架設(shè)計技術(shù)， 國內(nèi) 外都進行了 研究。 這些研究主要集中在以 下幾個方面: 獨立懸架設(shè)計 方法;獨立懸架參數(shù)對車輛行駛平順性的影響;獨立懸架參數(shù)對車輛操縱穩(wěn)定性影響。 國內(nèi)的研究目 前主要表現(xiàn)為: 獨立懸架和轉(zhuǎn)向 系的匹配; 獨立懸架與轉(zhuǎn)向 橫拉桿長度及 斷開點確定; 懸架彈性元件的設(shè)計分析; 導(dǎo)向機構(gòu)的運動分析; 獨立懸架對前輪定位參 數(shù)的影響; 獨立懸架的優(yōu)化設(shè)計等。 國外除上述研究外， 還進入了 微觀領(lǐng)域的研究， 如 用原子力學(xué)顯微鏡觀察懸架材料內(nèi) 部聚合體的電子轉(zhuǎn)化情況、 研究懸架作為彈性介質(zhì)的 流變特性等， 從而使得獨立懸架向著智能化、 輕量化、小型化、通用化方向發(fā)展。同時 由于電子、微機技術(shù)的發(fā)展，使得獨立懸架技術(shù)向半主動、主動懸架方向發(fā)展。 而對于輪胎磨損來說是輪胎力學(xué)和橡膠摩擦學(xué)交叉的邊緣學(xué)科。在國外橡膠摩擦 學(xué)，雖然 1 7 8 5 年庫侖提出了關(guān)于滾動摩擦的庫侖定律，可后來研究人員仍然對于這個 定律提出了修正。1 9 5 5 年D . T a b o r 提出適用于彈性范圍的摩擦公式;1 9 4 7 年日 本久田 津川提出干摩擦公式;到1 9 7 1 年一1 9 7 6 年，S c h a l l a m a c h 、內(nèi)田 先生提出橡膠摩擦的 S c h a l l a m a c h ”波觀點。應(yīng)該說發(fā)展是緩慢的，至今人們對橡膠磨損機理的研究仍然 不斷在深入。 K .A .G r o s c h 還在進行輪胎磨耗與膠料磨耗之間關(guān)系的研究。 在輪胎力學(xué)上， 盡管在1 8 4 5 年已 經(jīng)出現(xiàn)了 原始的充氣輪胎，但直到1 9 3 5 年，德國的R . s c h u s t o r . P .w e ic h s l e r 首次發(fā)現(xiàn)充氣輪胎與地面接觸部分的彈性滑動。 1 9 5 0 年， 德國對輪胎的側(cè)偏 特性進行了理論分析和實驗研究。1 9 6 7 年德國的E B o h m提出了有關(guān)輪胎的振動理論。 1 9 8 7 年日 本酒井秀男出版了 輪胎工學(xué)一從入門到應(yīng)用 ，這本書提出 輪胎力學(xué)的 基本框架。 在國內(nèi)， 莊繼德1 9 %年出版了 汽車輪胎學(xué) ， 系統(tǒng)的論述了車輪磨損的問 題。 一些汽車管理部門、 輪胎制造商、 汽車制造廠相關(guān)技術(shù)人員對輪胎磨損，也做了相 應(yīng)的研究。 目 前對獨立懸架雖然有大量的研究， 同時對于與之有關(guān)的零部件、 輪胎也有一些研 究， 但是卻鮮有對前獨立懸架定位參數(shù)與輪胎磨損之間的必然聯(lián)系的關(guān)系研究。 本文另 一主要目的就是通過研究輪胎的磨損機理， 提出合理的輪胎磨損評價指標， 并且選用輪 胎刷子模型分析輪胎在穩(wěn)態(tài)側(cè)偏和縱滑等狀態(tài)下的輪胎磨損， 從而進一步找出前輪定位 參數(shù)同輪胎磨損之間的量化關(guān)系，以便更好的進行獨懸架的設(shè)計。 1 .3論文的主要研究內(nèi) 容 對于懸架研究的方法主要是動力學(xué)研究和運動學(xué)分析， 所用手段則是五花八門， 如 用試驗臺架測試、 計 算機 模擬仿真( 如采用 A D A M S . A N A S I S軟 件等 ) 等。 而本論文 江蘇大學(xué)碩士論文輕型汽車前獨立懸架設(shè)計分析 的研究目的則是本著在學(xué)習(xí)基本理論、原理的基礎(chǔ)上， 注重實用性和社會經(jīng)濟價值， 同 時力圖在學(xué)術(shù)方面有所創(chuàng)新和突破。因此本論文的主要內(nèi) 容包括以下幾個方面: 一 前獨立懸架設(shè)計 分析方法 第2 章主要介紹雙橫臂獨立懸架的主要組成部件減振器的設(shè)計選型、 橫向穩(wěn)定桿的 設(shè)計校核方法、 扭桿彈簧設(shè)計方法以及雙橫臂獨立懸架的運動分析方法， 提出 雙橫臂獨 立懸架的導(dǎo)向機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法，同時對麥弗遜式獨立懸架的運動進行了分析研究。 編制了 前獨立懸架設(shè)計分析軟件， 且采用前輪定位儀進行了 實驗驗證， 使得獨立懸架的 設(shè)計開發(fā)周期大大的縮短， 同時也為獨立懸架的進一步開發(fā)研究提供了一個有效的分析 工具。 二、雙橫臂獨立懸架正交實驗分析及優(yōu)化設(shè)計 第3 章對雙橫臂獨立懸架以減小輪胎磨損為目 標， 進行了優(yōu)化設(shè)計。 采用復(fù)合形法 對雙橫臂獨立懸架的結(jié)構(gòu)參數(shù)和安裝參數(shù)、 以及初始狀態(tài)位置和轉(zhuǎn)向梯形斷開點位置進 行了優(yōu)化計算。 同時為了探求各個設(shè)計變量在設(shè)計過程中對設(shè)計目 標的影響程度， 采用 正交實驗方法分析雙橫臂獨立懸架的結(jié)構(gòu)參數(shù)和安裝參數(shù)對懸架性能影響的大小， 找出 了主要的影響因素，使得獨立懸架的設(shè)計工作更加便捷。 三 前輪定位參數(shù)與車輛使用性能的關(guān)系分析 第4 章首先從輪胎胎面的磨損機理出發(fā)， 確定輪胎磨損的評價指標。 選取刷子輪胎 模型為研究模型， 分析其側(cè)偏特性， 確定其起滑點以及側(cè)向變形和側(cè)向力， 從而確定其 磨損能量。 此外還對輪胎在縱滑側(cè)偏工況下的輪胎磨損進行了分析研究， 確定了量化模 型。 第5 章主要分析定位參數(shù)對輪胎磨損的影響。 在第4 章的分析基礎(chǔ)上找出了輪胎的 側(cè)偏角對輪胎磨損的關(guān)系， 并且以輪胎側(cè)偏角為中間變量， 建立了定位參數(shù)尤其是外傾 角、 前束角與輪胎磨損之間的數(shù)學(xué)關(guān)系， 并進行了 仿真計算。 同時，由于在第2 章的運 動分析中已建立了懸架運動同定位參數(shù)變化的關(guān)系， 使得懸架運動同輪胎磨損的關(guān)系可 以建立，從而可對懸架進行進一步的優(yōu)化設(shè)計。 前輪定位參數(shù)除了對輪胎磨損有影響外， 還對車輛的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性有影 響。 受時間和條件的限制， 論文只是注重對輪胎磨損影響的研究。 即使是對于輪胎磨損， 其影響因素也是復(fù)雜多樣的，論文只是針對其部分主要影響因素和常用工況下的磨損， 做一些有益的探討和研究。 希望在今后的研究中能逐步考慮更多影響因素， 以完善對輪 胎磨損模型的描述。 江蘇大學(xué)碩士論文輕型汽車前獨立懸架設(shè)計分析 第2 章 輕型汽車前獨立懸架的設(shè)計分析 獨立懸架的特點是左右車輪不連在一根車軸上， 而是單獨通過懸架與車架( 或車身) 相連， 每個車輪都能獨立地上、 下運動。目前常用的獨立懸架有兩種， 即雙橫臂式和麥 弗遜式。 本章就以這兩種形式的獨立懸架為研究對象， 針對其主要構(gòu)成部件減振器、 橫向穩(wěn)定桿、 彈性元件和導(dǎo)向 機構(gòu)的設(shè)計校核進行了分析。 文中還應(yīng)用V I S U A L B A S I C 編制了前獨立懸架設(shè)計分析軟件。 2 . 1 雙橫份獨立懸架設(shè)計 根據(jù)己知的結(jié)構(gòu)參數(shù)和安裝參數(shù)， 分析和計算出各懸架部件的關(guān)鍵性能參數(shù)， 以便 進行部件的設(shè)計和選取，同時進行必要的校核。 2 . 1 . 1 減振器的 設(shè)計 主要是對筒式粘性阻尼減振器的主要結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)進行計算以及對減振器進行 選型和校核。計算參數(shù)意義見圖2 . 1 0 0 圖2 . 1 減振器安裝示意圖 2 . 1 . 1 . 1 計算參數(shù)選取原 則2 1 ( 1 )車身相對阻尼系數(shù)D W 在選擇時應(yīng)考慮到D W的取值較大， 能使系統(tǒng)振動迅速衰減， 但會使較大的不平路 面的沖擊力傳到車身;D W 選得過小，震動衰減過慢，不利于行駛平順性。一般對無內(nèi) 摩擦彈性元件 ( 螺旋彈簧) 懸架， 取D W = 0 . 2 5 -0 . 3 5 。 對有內(nèi)摩擦彈性元件 ( 扭桿彈簧) 懸架，D W 則取小一些。 江蘇大學(xué)碩士論文輕型汽車前獨立懸架設(shè)計分析 ( 2 )伸縮阻力比i的選擇 通常對減振器的要求: 在壓縮行程時減振器的阻尼應(yīng)小， 在伸張行程時減振器的阻 尼應(yīng)大。伸縮比i 定義為 i 二 伸張阻力/ 壓縮阻力。不同的伸縮比產(chǎn)生不同的輪荷波動， 對汽車行駛性能 ( 平順性和接地性)產(chǎn)生不同影響。 i 的取值范圍:前軸 2 -5; 后軸1 , 5 -4 . ( 3 )工作缸最大許用壓力 P P 為減振器所傳遞的最大阻力形成的液壓力 一般推薦值為3 . 0一 6 . 0 M P a，國 標取3 . 0 -4 . 0 M p a o ( 4 )連桿工作缸徑比L 雙筒式取 ( 5 )工作缸徑 0 . 4 -0 . 5;單筒式取0 . 3 - 0 . 3 5 國標J B 1 4 5 9 -8 5 中規(guī)定的工作缸徑系列為: 2 0 , 3 0 , 4 0 , 5 0 , 6 5 m m 連桿直徑a 二 L x D， 儲油筒直徑D c = 1 . 3 5 D -1 . 5 D ，壁厚取2 m m o 2 . 1 . 1 . 2減振器計算方法 【P ( 1 )確定車身相對阻尼系數(shù) D W = O . 2 8 ，伸縮阻力比 i = 0 . 2 5 ，連桿直徑與工作缸徑比L 根據(jù)減振器類型選擇，單筒式取0 . 3 2 5 ，雙筒式取0 . 4 5 0 ( 2 )計算力臂傳遞比F r a t i o _.R 戶r a t i o = a cosa ( 2 . 1 ) 式中 R -懸架下橫臂長; a一 減振器下安裝位置;a 一減振器安裝位置角。 ( 3 )減振器阻尼系數(shù) c o e f f i c i e n c e co 式中 e fc i e n c e= K , x F r a t i 0 2( 2 . 2 ) K , = 2 D w x V C. M Z ( 4 )減振器阻尼力 F c o e f f i c i e n c e F c o e fc i e n c e = c o ej ,r i c i e n c e x 嶺 ( 2 . 3 ) 式中:V d= O . 5 2 4 m / s - ( 5 )工作缸最大許用壓力 F P = 8 F r a t i o - F c o efc i e n c e ) rD 2 ( F r a t i o + 1 ) ( 1 一 L Z ) ( 2 . 4 ) 江蘇大學(xué)碩士論文輕型汽車前獨立懸架設(shè)計分析 2 . 1 .2 橫向 穗定桿的 設(shè)計【3 14 1 橫向穩(wěn)定桿如圖2 .2 所示。 橫向穩(wěn)定桿用來增大側(cè)傾角剛度， 從而改善穩(wěn)定性。穩(wěn) 定桿是橫置的扭桿彈簧，以阻止一個車輪相對另一個車輪作垂直運動 。在這里主要是 對其性能參數(shù)進行計算并進行強度校核。 L c L i I L 圖 2 .2橫向穩(wěn)定桿結(jié)構(gòu)示意圖 2 . 1 . 2 . 1 橫向 稚定桿計算方法 ( 1 )側(cè)傾角剛度計算 C j C j = ( 2 . 5 ) - 一L o+ 蘭 些士 R 蘭 R a 式中 L a， 3 x2 1 0 0 0 0 x i L ，R ，L o 2 x i x 8 0 0 0 0 的含義如圖2 .2 2.1. X 2 所示。 ( 2 ) 計算C j 的中間變量j , R a . L o , i R a= 一 會 10 .5 x L o 義 (， 十 。 .5 x sin 2 j ) 十 : 。 、 R x sin 2 j + 0 .5 又 R 2 、 (， 一 0 .5 義 sin 2 j )圣 ( 2 . 6 ) ( 2 . 7 ) I L o = ( L ; + L 2 ) 2 一 R x ( L , + L 22 ) 一 L , I L , ( 2 . 8 ) 二 3 . 1 4 1 5 9 2 6 X d 0 / 6 4 ( 2 . 9 ) ( 3 ) 橫向穩(wěn)定桿端部點力P a P a = 旦 蘭 旦( 2 . 1 0 ) L o 式中 : C 一為 穩(wěn)定 桿 端部的 扭角; 側(cè)傾角剛 度 C j 由( 1 ) 確定 。 ( 4 )最大彎曲應(yīng)力M M = L o z + R - ( 2 . 1 1 ) 式中:班由( 2 . 1 4 ) 式 確定。 ( 5 )最大剪應(yīng)力值在C , C 點T 江蘇大學(xué)碩士論文輕型汽車前獨立懸架設(shè)計分析 : _ P a : n ， 十 * ， 城丫- ( 6 )最大主應(yīng)力在 B C , + 竺( L O L 2 竺L I )( 2 . 1 2 ) 。尸 a ， n ， g m a x 一 而l A 十 乙 V L ; + L 2 B C ，段Q m a x ( ) I L o + * ) ( 2 . 1 3 ) ( 7 )中間變量 Wt 3 . 1 4 1 5 9 2 6 x d 1 6 ( 2 . 1 4 ) L二L c / 2 2 . 1 . 2 . 2 上述計算鄉(xiāng)數(shù)說明 ( 1 )車身側(cè)傾角 c 汽車總體設(shè)計要求在側(cè)傾慣性力等于0 .4 倍車重時， 貨車側(cè)傾角 : 6 0 一 7 0; 轎車側(cè)傾角_ 2 ，一 : 4 0。 ( 2 ) 側(cè)傾角剛度 C j 側(cè)傾角剛度指簧載質(zhì)量產(chǎn)生單位側(cè)傾角時懸架給車身的彈性恢復(fù)力矩。 其值的大 小對車身側(cè)傾角有很大的影響。一方面要求懸架有足夠的側(cè)傾角剛度以免側(cè)傾角過 大:另一方面又不能太大以免減弱駕駛員的路感。 ( 3 ) 最大彎曲 應(yīng)力M 發(fā)生在B C , B C 段。 ( 4 ) 最大剪應(yīng)力值T發(fā)生在 c , c 點。 ( 5 ) 最大主應(yīng)力Q m a x 發(fā)生在B C , B C 段。 2 . 1 .3 扭桿彈黃設(shè)計,2 1 ,3 ) 懸架中的扭桿彈簧作為彈性元件主要用來傳遞垂直力， 并緩和由路面不平引起的沖 擊和振動。雙橫臂扭桿獨立懸架中扭桿為縱向布置，扭桿為上 ( 下)橫臂的擺動軸線， 相應(yīng)橫臂為扭桿杠桿臂。 扭桿彈簧的設(shè)計， 一般先由總體布置預(yù)定杠桿臂長度， 根據(jù)期 望的平順性要求選擇偏頻， 由 杠桿臂外端垂直載荷計算扭桿直徑、 工作長度、 布置角度， 在此基礎(chǔ)上進行端部設(shè)計和校核。 圖2 .3 為車輪跳動各位置扭桿彈簧的扭角、 受力、 變形示意圖。 其中， 扭桿扭角和 外端點B垂直變形 ( 撓度) 以扭桿處于自由狀態(tài)為基準度量，a為杠桿臂A B與水平線 的 夾角， 規(guī)定 扭桿在水平下。 為正， 反 之為負， 其中a 。 可 作為 扭 桿裝配 角 度。 江蘇大學(xué)碩士論文輕型汽車前獨立懸架設(shè)計分析 第3 章 雙橫臂獨立懸架優(yōu)化設(shè)計及正交實驗分析 3 . 1 雙橫借獨立懸架的 優(yōu)化設(shè)計8 119 1 進行懸架優(yōu)化設(shè)計的目的就是通過對結(jié)構(gòu)參數(shù)和安裝參數(shù)的合理匹配， 使懸架的特 性更有利于車輛的操縱穩(wěn)定性和平順性。 在這里主要通過運動學(xué)的分析和參數(shù)優(yōu)化來探 討解決懸架運動對減小汽車輪胎磨損的問題。 下面是某貨車懸架優(yōu)化前的運動分析計算結(jié)果: 參數(shù)名稱代 號 1參 數(shù) 數(shù) 值 參 數(shù) 名 稱1代 號 參數(shù)數(shù)值 A點坐標 X, - - 2 .4 上 橫 臂 長 ( m m ) L 3 2 1 9 . 8 7 5 5 Y A 31 2 下橫臂長( m m ) L , 3 6 2 . 9 9 Z A 一 9 0轉(zhuǎn)向 節(jié)長度 m m )L 2 2 5 2 B點坐標 X B 4 . 1轉(zhuǎn)向 拉桿長度( m m )L 3 4 9 . 2 9 Y B 41 5 . 7 長 度 ( m m ) L s 1 7 2 31 Z B 4 5 長 度 ( m m )L g 1 3 4 . 6 1 1 C點坐標 X e - 1 2 2 .3 2 8一 長 度 ( m m ) L k 9 7 . 6 4 2 Y 6 3 1 6 . 2 6 9前輪半徑 ( m m ) R3 2 0 淺 - 1 5 9 O D 3 長 度 ( m m ) R o 9 9 上 橫臂軸方位角( ” ) Dl b 0D i g 長度( m m ) J g 3 6 .6 1 3 D m b 一 9 0 D IK 長 度 ( m m )一 J K 7 6 .6 6 Dn b 9 0 D I D 3 長 度 ( m m ) 一 J 9 3 下 橫臂軸方位角 ( “ ) D l ? , ， 0夾角 ( 。 )一 Q c 9 .5 Dma9 0 D 】 點 的 坐 標 X, 一 2. 4 Dn a 9 0 Yi 6 7 3 . 2 9 8 Z i - 2 2 5 表3 . 2初始狀態(tài)下的計算結(jié)果 叢互互叢立互互丘互LR 下橫臂端點 D 1 點坐標 車輪接地點 D 點 坐標 上橫臂端點 D 2 點坐標 轉(zhuǎn)向節(jié)臂端點 D S 點坐標 車軸與主銷交 點D 3 點坐標 一 4 6 7 3 . 2 9 8 - 2 2 5 4 . 1 6 3 4 . 5 6 2 3 . 9 2 0 - 0 . 0 01 1 9 6 5 9 . 0 0 3 - 1 3 3 . 1 3 6 車輪中心點 。點 坐標 側(cè)傾中心 Q點 坐標 車輪轉(zhuǎn)F( m m ) 輪距( m m ) 一名9 5 7 5 4 . 3 9 4 - 4 5 4 . 2 2 9 - 1 3 5 . 9 9 6 6 4 . 2 6 一 1 8 5 . 8 5 2 - 0 . 9 2 8 7 5 7 . 9 9 3 - 1 3 4 . 2 4 9 4 6 . 0 3 7 1 5 0 8 . 7 8 8 n-U 選互互互丘互魚互互叢va ( o ) J 1 7 3 .4 5 9 1 . 4 9 6 8 . 8 4 5 0 . 6 4 4 3 5 . 9 9 5 JZ-J3-J4 (0)-(0) 主銷內(nèi)傾角 主銷后傾角 車輪外傾角 車輪前束 ( m m) 江蘇大學(xué)碩士論文輕型汽車前獨立懸架設(shè)計分析 表3 . 3 車輪跳動過程中參數(shù)的變化情況 跳動量 ( 麗) 輪距變化 ( 咖) 后傾角 ( ) 內(nèi)傾角 ( 。 ) 外傾角 ( 。 ) 前束值 ( m m ) - 4 09 0 . 2 0 8 1 . 4 9 7 一 9 . 2 0 9 0 . 2 9 1 1 . 3 3 5 - 3 67 0 . 8 6 5 1 1 . 4 9 7 1 9 . 1 3 6 0 . 3 6 2 1 . 8 9 1 - 3 25 4 . 2 1 81 . 4 9 79 . 0 7 30 . 4 2 52 . 4 2 4 - 2 8 4 0 . 1 3 3 1 . 4 9 7 9 . 0 1 8 0 . 4 7 9 2 . 9 3 5 - 2 4一2 8 . 4 6 4 1 1 . 4 9 6r 8 . 9 7 1 0 . 5 2 4 3 . 4 2 6 - 2 01 9 . 0 5 31 . 4 9 68 . 9 3 20 . 5 6 33 . 8 9 8 - 1 61 1 . 7 3 6 1 . 4 9 6 8 . 9 0 . 5 9 3 4 . 3 5 1 一 1 26 . 3 4 4 1 . 4 9 6 一 8 . 8 7 6 0 . 6 1 64 . 7 8 6 - 82 . 7 0 61 . 4 9 68 . 8 5 90 . 6 3 25 . 2 0 4 一 4 0 . 6 4 8 1 . 4 9 6 8 . 8 4 9 0 . 6 4 15 . 6 0 5 。一。1 . 4 9 6一 8 . 8 4 6 0 . 6 4 35 . 9 9 40 . 5 9 21 . 4 9 68 . 8 50 . 6 3 86 . 3 5 9 8 1 2 . 2 5 - 1 . 4 9 6 8 . 8 6 1 0 . 6 2 7 6 . 7 1 2 1 24 . 8 4 1 . 4 9 6 8 . 8 7 8 1 0 . 6 0 9 7 . 0 5 1 68 . 1 7 81 . 4 9 68 . 9 0 2 0 . 5 8 5 7 . 3 7 4 2 0 1 2 . 1 2 6 1 . 4 9 6 一 8 . 9 3 2 0 . 5 5 4 7 . 6 8 3 2 4一1 6 . 5 4 2 1 . 4 9 6 8 . 9 6 9 0 . 5 1 77 . 9 7 8 2 82 1 . 2 9 11 . 4 9 69 . 0 1 1 0 . 4 7 3 8 . 2 5 8 3 22 6 . 2 4 7 1 . 4 9 7 一 9 . 0 6 1 0 . 4 2 3 8 . 5 2 5 3 63 1 . 2 9 21 . 4 9 79 . 1 1 60 . 3 6 78 . 7 7 7 3 . 1 . 1 對結(jié)構(gòu)參數(shù)和安裝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計 在這里主要對雙橫臂獨立懸架的導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計要素， 即上、 下橫臂的長度和安裝 的角度進行優(yōu)化計算， 使懸架在上下跳動的過程中各定位參數(shù)滿足要求， 同時追求最小 的輪胎側(cè)滑量使輪胎的磨損量最小。以下是分別單獨對上、 下橫臂的長度和上、 下橫臂 的安裝角度以及上、 下橫臂長度和安裝角的同時優(yōu)化， 以探求各因素對目 標函數(shù)的影響 程度。 設(shè)計變量: X ( i ) = X 1 , X 2 , X s 二 ( 3 . 1 ) 約 束條件: X ( i ) 二 X ( i ) 5 X ( i ) 二( 3 .2 ) 目 標函數(shù):以車輪跳動過程中前輪距變化量的平方和為目 標函數(shù)。 M in F x ( i) 一 7 L ， 一 : 。 y( 3 . 3 ) 式中:L o 初始狀態(tài)下的輪距 入 一車輪任意跳動位置時的 輪距 2 7 江蘇大學(xué)碩十論文輕型汽車前獨立懸架設(shè)計分析 表 3 . 4 優(yōu)化上、下橫臂長度: 優(yōu)化前、優(yōu)化后 上橫臂長 度( m m ) 2 1 9 . 8 7 62 1 8 . 2 1 3 F 橫臂r Al( m m ) 3 6 2 . 9 93 6 4 . 0 3 7 車輪跳動量( m m ) + 4 0- 4 0 +4 04 0 前束值 ( m m)9 . 0 1 61 . 3 3 51 1 . 9 1 6 4 . 4 1 1 外 傾角 ( 。 )0 . 3 0 5 0 . 2 9 1一j1 8- 0 . 3 9 5 前輪側(cè)向滑移量的平方 ( m m )3 6 . 3 1 9 9 0 . 2 0 83 4 . . 1 0 48 3 . 21 4 表3 . 5 上、 卜 橫臂安裝角的優(yōu)化: 優(yōu)化前優(yōu)化后 X軸夾角Y軸夾角Z軸夾角X軸夾角Y軸夾角Z軸夾角 上橫臂安裝角自 09 0 9 0 3 . 9 2 E - 0 59 0 . 5 9 8 8 9 . 4 0 6 卜 橫臂安裝角 ( “ ) 0 9 0 一 9 0 0 . 0 9 4 8 9 . 9 9 9 8 9 . 4 6 2 車輪跳動量( m m ) + 4 0 - 4 0+ 4 0 - 4 0 前 束 值( m m )一9 .0 1 6 1 .3 3 58 .0 3 12 .5 1 3 外 傾 角自一0 .3 0 5 0 .2 9 1一0 .3 2 10 .3 0 3 前輪側(cè) 向滑移最的平方 ( mm) 3 6 . 3 1 9 9 0 . 2 0 83 6 . 1 6 7 8 9 . 5 2 3 從上面的優(yōu)化結(jié)果中可以看到: 單獨對上、 下橫臂長度進行優(yōu)化時雖然會使輪胎的 側(cè)滑量有所減小， 會減小對輪胎的磨損， 但是同時優(yōu)化卻使輪胎的定位參數(shù)前束值有較 大的增大; 而單獨對上、 下橫臂安裝角進行優(yōu)化， 雖然定位參數(shù)的變化不大， 但卻對于 輪胎的側(cè)滑量并沒有太大的改善。而只有當同時考慮這兩個因素，同時進行優(yōu)化計算， 才能獲得較好的優(yōu)化效果。 3 . 1 . 2 初始狀杏位里的 優(yōu)化設(shè)計11 0 ) 由上述運動分析可知。 在懸架各構(gòu)件結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后， 輪距實際上就是下橫臂端點 的Z . 坐標的函 數(shù)， 由 此 若選 擇 合 理的Z 1 值及 前 輪定 位參 數(shù) ( W n , W h , W a , Y Q ) ， 則 可使得在車輪跳動過程中， 輪距的變化量最小， 從而減小輪胎的磨損。 其優(yōu)化模型如下: 設(shè)計變量: X ( i ) = Z l ， W n , W h , W a , Y Q 1 ( 3 .4 ) 約 束 條 件; X ( i ) , _ X ( i ) / L o- 一 初始狀態(tài)下的輪距 L 7 一任意 位置時的 輪距 以下是對某輕型貨車懸架進行的優(yōu)化計算: 雙橫臂獨立懸架主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為:上橫臂長度 2 1 9 . 8 7 5 m m ( 3 . 7 ) ，下橫臂長度 3 6 2 . 9 9 n m m ，上橫臂安裝角度 ( 9 0 0 , 0 0 , 0 0 ) ， 下橫臂安裝角度 ( 9 0 0 , 0 0 , 0 0 ) e 當車輪在正負4 0 m n 、的范圍內(nèi)跳動時，其優(yōu)化前后輪距變化的結(jié)果如表3 . 7 和圖 3 一 1 所示: 2 9 江蘇大學(xué)碩士論文輕型汽車前獨立懸架設(shè)計分析 表 3 . 7優(yōu)化前后輪距變化量 輪距變化量平方的范圍 優(yōu)化前 優(yōu)化后 前束值 8 . 0 0 3 7 mm 5 . 9 9 5 1 mm 外傾角 0 . 6 4 4 3 0 51 4 2 0 - 9 0 . 2 0 8 0 - 5 5 . 7 2 5螟m m 輪距變化量的平方和 4 8 4 刀 6 2 m m 2 5 9 .9 3 7 m m 車 ，。.川原 冬 5叩田7D 優(yōu)化值 - 6OSD刃加201a 長玲易姻半州目岌御 _ 多 0 - 1 0-5 0乙 0一 刃- 2 0- 1 00 1 口加3 04 0 車輪跳動是 圖3 . 1輪距變化量示意圖 從圖3 . 1 中可看出優(yōu)化后的初始狀態(tài)下，車輪在跳動過程中， 輪距的變化量不僅表 現(xiàn)在幅值有較大減小，而且變化趨勢也較平緩，這可大大有利于減小輪胎的磨損。 3 . 1 .3對于導(dǎo)向 機構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化同初始位置優(yōu)化結(jié)果的比 較 以下對上下橫臂的長度、安裝角和初始位置的優(yōu)化結(jié)果進行對比，從而確定各設(shè) 計變量在設(shè)計中對定位參數(shù)和輪胎側(cè)滑量 ( 及輪胎磨損)影響的大小。 結(jié)論 ( 1 )由圖3 .2 、圖3 .3 和圖3 .4 分析可知，在雙橫臂獨立懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)確定的情況 下， 通過優(yōu)化初始狀態(tài)參數(shù)可大大減少車輪的側(cè)滑量，從而減小輪胎的磨損，同時也 使得車輪外傾角有較大減小，但是卻使車輪的前束有所增加. ( 2 )優(yōu)化上、下橫臂長度和安裝角可使輪胎的外傾角的變化大大減小，并且可減 小輪胎的側(cè)滑量， 有益于減小輪胎的磨損， 但同時卻會使輪胎的前束值增加， 因而在進 行設(shè)計時應(yīng)綜合考慮各因素的影響。 3 0 江蘇大學(xué)碩士論文輕型汽車前獨立懸架設(shè)計分析 戶1 1- 一 1 1一 -1 :，|!，J!:11 .一 :1人.戶Irl:卜人11. - 一:- - - - 一 ， - - - - - - 009D80 .一. .一: .1.JI. 口- 華 7D印 興卿權(quán)生 一氣 睞 工 示 該 臀 喪一 t a c 龔復(fù) - 二 _ _ _ _ _ _ 夕 _ _ _ _ _ _. _ _ _ _ _ _ 位置 :土1。 504D加 板件名叫肥夏傭什 沐 一 l一 才 - 一 飛-一，-一，-一尸-一氣 _沖 1.一.一 曰曰 勺一1 -4 0， 3 0- 2 0 - 1 0 0 1 0 2 0 車 輪 跳 動 里聲米 圖3 .2 優(yōu)化后車輪側(cè)滑量的平方變化 3 04 0 O . B 0. 6 0 . 4 0 暇寫山氣撰針 -0 .6-4 04 0 -產(chǎn)-曰L 址_ 一一 I一衍- 一 一一. 一廣一1! - . 咬 . / 卜 / / 二尸 一 一一 - - 一 一 一 - - 一 開9 L P ISE 皿州 _ 廠 戶 洲 產(chǎn) 創(chuàng) 戶 尸 矽 2一分 尸f ; _ 上下相甩 :安裝角， 一 /- 恤薈 度 勒 卜 二 二 二 二 卜 、入 /洲 / / 2 一 - - - 一 .一 翻一 I 一 _ 比 化后 !_一_ .、 、 : 車 輪 眺 動 孟聲米 ) 圖3 . 3 優(yōu)化后車輪外傾角 3 1 江蘇大學(xué)碩士論文輕型汽車前獨立懸架設(shè)計分析 1 1 1 0_ 一 : 9 r 考尸 一一一 日 1，1，:1悶!IJ，1，:，口 7 興鉚 6 5 一 4 惻探握招針 J-丫。 3 翻 . . - - - 一卜 - - - - 一 ， - - - - - 一 ， - - - - 一 ， 川 2 1 L-4 0- 3 0 - 2 0 - 1 0 0 1 0 2 0 車 輪 跳 動 量聲米 ) 圖3 . 4 優(yōu)化后車輪前束值 3 04 0 3 . 1 . 4 .對斷開式轉(zhuǎn)向 梯形斷開點的 確定及優(yōu)化設(shè)計D 11 獨立式懸架因其左、 右車輪運動保持相互獨立， 則其轉(zhuǎn)向梯形要采用斷開式。 如圖 3 .5 所 示， 轉(zhuǎn)向 節(jié) 臂 球 頭 點K( 與 轉(zhuǎn)向 橫 拉 桿 相 連 ) 通 過 轉(zhuǎn) 向 橫 拉 桿1 繞固 定 點O k ( 轉(zhuǎn) 向 梯形斷開點) 擺動。同時K點的運動軌跡又由上、下橫臂2 . 3和主銷的運動決定。 因而在汽車行駛中由于地面不平引起車輪跳動時， 若K點和O k 點的相對距離不能保持 恒定， 必將引起前輪定位參數(shù)的變化，從而引起車輪的跑偏、 擺振、 加劇磨損， 使轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)受到?jīng)_擊，影響汽車的操縱穩(wěn)定性。因此斷開點的 位置確定非常重要。 在 進 行 初 始 設(shè) 計 時 求 斷 開 點 坐 標 的 計 算 可 采 用 空 間 機 構(gòu) 運 動 學(xué)的 方 法， 同 時 對 其 值 的確定還要考慮車輪跳動過程中的變化， 因而對于確定斷開點Q K的 位置的原則是: 當 汽車上下跳動時， 使車輪在跳動過程中繞主銷的擺動量最小，即 轉(zhuǎn)向 節(jié)球銷中 心點K 至斷開點Q K的 距離在車輪跳動過程中 變化2最小。