畢業(yè)論文-豐田卡羅拉懸架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化分析

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）式中，為減振器內(nèi)缸筒直徑；為減振器活塞桿直徑與缸筒直徑的比值，一般，取 帶入（2-12）得mm 2.5 前懸架橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì)為了降低汽車的固有振動(dòng)頻率以改善行駛平順性，現(xiàn)在轎車懸架的垂直剛度值都很小，從而使汽車的側(cè)傾角剛度值也很小，結(jié)果使汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)車身側(cè)傾嚴(yán)重，影響了汽車的行駛穩(wěn)定性。為此，現(xiàn)在汽車都裝有橫向穩(wěn)定桿來改善行駛穩(wěn)定性。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和觀察，選取麥弗遜懸架橫向穩(wěn)定桿的直徑為20mm，其各段長(zhǎng)度與汽車車架和懸架相適應(yīng)11。2.6 本章小結(jié)本章是這篇設(shè)計(jì)論文的重點(diǎn)章節(jié)，在選擇總體懸架布置后分別對(duì)前后懸架螺旋彈簧，減振器，前懸架橫向穩(wěn)定桿給出了詳細(xì)的理論

2、設(shè)計(jì)過程，得到了其設(shè)計(jì)尺寸，為之后三維制圖提供了依據(jù)。前后懸架的三維制圖3.1 CATIA軟件介紹CATIA是由法國(guó)著名飛機(jī)制造公司Dassau1t開發(fā)并由IBM公司負(fù)責(zé)銷售的CAD/CAM/CAE/PDM應(yīng)用系統(tǒng)，CATIA起源于航空工業(yè)，其最大的標(biāo)志客戶即美國(guó)波音公司，波音公司通過CATIA建立起了一整套無紙飛機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)，取得了重大的成功。作為世界領(lǐng)先的CAD/CAM軟件，CATIA可以幫助用戶完成大到飛機(jī)小到螺絲刀的設(shè)計(jì)及制造，它提供了完備的設(shè)計(jì)能力；從2D到3D到技術(shù)指標(biāo)化建模，同時(shí)，作為一個(gè)完全集成化的軟件系統(tǒng)，CATIA將機(jī)械設(shè)計(jì)、工程分析及仿真和加工等功能有機(jī)地結(jié)合，為用戶提供嚴(yán)

3、密的無紙工作環(huán)境從而達(dá)到縮短設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)間、提高加工質(zhì)量及降低費(fèi)用的效果。本論文用到的CATIA模塊有草圖設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、創(chuàng)成式曲面設(shè)計(jì)、工程繪圖等模塊。3.2 懸架零部件的三維設(shè)計(jì)及整體裝配首先根據(jù)計(jì)算的零件尺寸畫出草圖，然后通過凸臺(tái)，凹槽，旋轉(zhuǎn)體等操作得到基本尺寸，彈簧應(yīng)用創(chuàng)成式曲面設(shè)計(jì)畫出螺旋線，然后添加肋板即可。然后進(jìn)行導(dǎo)角等修飾工作。在得到零件后，進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)，依次將零件進(jìn)行約束，然后鏡像另一個(gè)車輪方向的懸架，得到裝配圖。由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)依次繪制前后懸架的零件圖，其中關(guān)鍵零部件下三角擺臂如圖3-1所示，前懸架轉(zhuǎn)向節(jié)如圖3-2所示，前懸架彈簧如圖3-3所示，前懸架整體裝配如圖3-4所

4、示，后懸架整體裝配如圖3-5所示。 圖3-1 下三角擺臂零件圖 圖3-2 前懸架轉(zhuǎn)向節(jié)零件圖圖3-3 前懸架彈簧零件圖圖3-3麥弗遜懸架裝配圖圖3-5拖曳臂式懸架裝配圖3.3 本章小結(jié)本章通過上一章給出的懸架設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了CATIA三維零部件計(jì)和整體裝配，為下面懸架建模及ADAMS做好了準(zhǔn)備工作。麥弗遜前懸架的ADAMS分析及優(yōu)化4.1車輪定位參數(shù)綜述轉(zhuǎn)向橋在保證汽車轉(zhuǎn)向功能的同時(shí)，還應(yīng)滿足操縱穩(wěn)定性的要求，比如，轉(zhuǎn)向輪在遇到外力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，一旦作用的外力消失，應(yīng)能立即自動(dòng)回到原來直線行駛的位置。這種自動(dòng)回正作用是有轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)保證的。轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)有主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、前輪外傾

5、角和前輪前束。后輪的定位參數(shù)有后輪外傾角和后輪前束12。4.1.1主銷后傾角主銷，是傳統(tǒng)汽車上轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向時(shí)的回轉(zhuǎn)中心，是一根較粗的銷軸，許多獨(dú)立懸架的汽車已經(jīng)沒有主銷了。但在車輪定位中，仍然沿用主銷這個(gè)名詞，把它作為轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向軸線的代名詞，認(rèn)為轉(zhuǎn)向輪在轉(zhuǎn)向時(shí)，是以主銷為軸線向左右轉(zhuǎn)動(dòng)的。麥弗遜懸架的主銷可以看做是減振器上連接處和下三角擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)總成球頭銷圓心的連線。主銷后傾角:從汽車縱向平面看主銷軸線內(nèi)向后傾斜，不和地面垂直，主銷軸線和垂線之間的夾角稱為主銷后傾角。從汽車側(cè)向觀察，向后面傾斜時(shí)的角度稱為正后傾角，向前方傾斜時(shí)的角度稱為負(fù)后傾角。絕大多數(shù)汽車的主銷后傾角為正后傾，如圖4-1所

6、示 圖4-1 主銷后傾示意圖13外力會(huì)使處于直線行駛的汽車產(chǎn)生轉(zhuǎn)向，而主銷后傾角能使接地點(diǎn)產(chǎn)生作用力而繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生與車輪轉(zhuǎn)向方向相反的力矩，汽車因?yàn)檐囕喌幕剞D(zhuǎn)而繼續(xù)直線行駛。穩(wěn)定力矩會(huì)因?yàn)楹髢A角的大小而增減，但后傾角應(yīng)在一定的范圍內(nèi)變化，否則汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)太過沉重而產(chǎn)生不利的影響。由于主銷后傾，主銷（即轉(zhuǎn)向軸線）與地面的交點(diǎn)位于車輪接地點(diǎn)的前面。這時(shí)，車輪所受到的阻力的作用點(diǎn)總是在主銷軸線之后，相當(dāng)于主銷拖著車輪前進(jìn)。這樣，就能保持行駛方向的穩(wěn)定性。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于車輪所受阻力作用線，不通過主銷軸線，這樣，車輪所受阻力在主銷方向有力矩作用產(chǎn)生，迫使車輪自動(dòng)偏轉(zhuǎn)直到到車輪所受阻力作用線通過主

7、銷軸線，此時(shí)，車輪已回正，這就是轉(zhuǎn)向車輪的自動(dòng)回正功能。此時(shí)自動(dòng)回正力矩也稱為穩(wěn)定力矩，它保持著汽車直線行駛的穩(wěn)定性。但穩(wěn)定力矩不宜過大，否則在轉(zhuǎn)向時(shí)為了克服穩(wěn)定力矩，駕駛員要在轉(zhuǎn)向盤上施加較大的力而引起轉(zhuǎn)向沉重。此時(shí)可以通過調(diào)整主銷后傾角的大小來調(diào)整穩(wěn)定力矩的大小。在車輪的上下跳動(dòng)過程中，為保證汽車的操縱穩(wěn)定性，通常要求主銷后傾角在一定的范圍內(nèi)變化。在設(shè)計(jì)主銷后傾角的大小時(shí)要根據(jù)車輛的具體實(shí)際情況而定。一般情況下，前置前驅(qū)動(dòng)車的主銷后傾角為 0 3 ，前置后驅(qū)動(dòng)車的主銷后傾角為 3 10 ;無阻力轉(zhuǎn)向的情況時(shí)，主銷后傾角應(yīng)不大于 3 ;在汽車的輪胎氣壓低彈性大時(shí)，主銷后傾角可以設(shè)計(jì)成負(fù)值，即

8、主銷前傾。為了提高現(xiàn)代汽車的乘坐舒適性，懸架的剛度變得越來越低，車身隨著制動(dòng)時(shí)而產(chǎn)生點(diǎn)頭現(xiàn)象也越來越普遍。為了改善這一缺陷，通常將控制臂(下擺臂)布置成傾斜的形式，這樣以來，主銷后傾角會(huì)隨著車輪的上跳而增大，所以主銷后傾角的另一設(shè)計(jì)要求是能夠隨著車輪的上跳而增加，消除點(diǎn)頭的不良現(xiàn)象同時(shí)，提高汽車的制動(dòng)穩(wěn)定性。4.1.2主銷內(nèi)傾角主銷內(nèi)傾角:在汽車橫向垂直平面內(nèi)，主銷向平面內(nèi)里傾斜，稱為主銷內(nèi)傾。主銷軸線與垂線之間的夾角叫做主銷內(nèi)傾角。主銷軸線上側(cè)向內(nèi)傾時(shí)為正，反之為負(fù)。由于主銷內(nèi)傾，轉(zhuǎn)向輪在轉(zhuǎn)向時(shí)繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)，必須使車輪陷入地面以下。這當(dāng)然是不可能的，實(shí)際轉(zhuǎn)向時(shí)，是強(qiáng)迫汽車的前部稍稍抬高。這樣，

9、汽車的重力將使轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)回正。主銷內(nèi)傾不能過大，否則轉(zhuǎn)向過于沉重。主銷內(nèi)傾角一般為8到13，由前懸架的結(jié)構(gòu)來確定。主銷后傾和主銷內(nèi)傾都有使轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)回正的作用。但主銷后傾的回正作用與車速有關(guān)，而主銷內(nèi)傾的回正作用與車速無關(guān)。因此，高速時(shí)主要靠主銷后傾的作用，而低速時(shí)主要靠主銷內(nèi)傾的作用。4.1.3前輪外傾角前輪外傾角；從汽車正前方看，車輪中心平面是不垂直于地面的，車輪的頂端向內(nèi)或向外傾斜一個(gè)角度，稱為車輪外傾角。當(dāng)車輪頂端向兩側(cè)傾斜，則稱為正外傾角；反之向內(nèi)傾斜，則稱為負(fù)外傾角。當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，在縱向力的作用下汽車容易發(fā)生轉(zhuǎn)向。正的外傾角能使輪胎接地點(diǎn)向內(nèi)收縮，從而減小偏距、改善方向穩(wěn)定性并使輪

10、胎轉(zhuǎn)向更容易(轉(zhuǎn)向時(shí)所需的力變小)，同時(shí)也改善汽車直線行駛的性能。因此，很多汽車制造商在設(shè)計(jì)乘用車和輕型卡車時(shí)，前輪都會(huì)有輕微的正外傾角，大約為。 汽車會(huì)因外傾角的存在而產(chǎn)生外傾推力，汽車的前輪不足轉(zhuǎn)向趨勢(shì)因輪胎側(cè)偏剛度的變小而受到加強(qiáng)，使駕駛員的操縱更方便。前輪外傾角的出現(xiàn)是為了提高安全性，因?yàn)槿绻诳蛰d時(shí)車輪是垂直于路面安裝的，當(dāng)汽車滿載時(shí)，輪胎將被壓癟，車橋?qū)⒁虺休d變形而可能出現(xiàn)車輪內(nèi)傾，這將加速輪胎的磨損，并且輪轂內(nèi)的軸承等由垂直安裝被強(qiáng)制變?yōu)閮?nèi)傾，會(huì)加大作用在外端小軸承和輪轂緊固螺母的負(fù)荷，易使車輪飛出，造成危險(xiǎn)。近年來，由于懸架和車橋剛度的提高，加之路面也更為平坦，所以車輪外傾角有

11、減小的趨勢(shì)，甚至為零，可使輪胎的內(nèi)、外側(cè)磨損趨于均勻，并有利于車輛的橫向穩(wěn)定性。大量實(shí)踐證明，車輪外傾角理想的變化范圍是上跳時(shí)外傾角變?yōu)樨?fù)，下落時(shí)變?yōu)檎?，這樣可以消除車身側(cè)傾時(shí)外輪外傾角過分增大的不利影響。4.1.4前輪前束角車輪前束角是指汽車縱向中心平面與車輪中心平面和地面的交線之間所成的夾角。當(dāng)汽車兩前輪所在平面的相交線在汽車前輪軸線的正前方時(shí)，通常我們說車輪具有正前束，反之為負(fù)前束。左右車輪的前束角之和為總前束角。當(dāng)空載的汽車直線行駛時(shí)，對(duì)汽車前輪中心位置測(cè)得的前束角為多用前束值，也就是左右車輪輪輞邊緣后部間距大于前部的余量。汽車在行駛過程中因路面不平而引起車輪上下的跳動(dòng)，車輪前束角也進(jìn)

12、行相應(yīng)的增大或減小，為了保證設(shè)計(jì)的懸架能夠使汽車具有良好的行駛穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性(不足轉(zhuǎn)向、過多轉(zhuǎn)向)，前束角是設(shè)計(jì)汽車懸架時(shí)重要考慮的因素之一。車輪前束角是因外傾角而存在的。由于汽車的自身重力，前輪通常會(huì)有一定角度的外傾角，從而使輪胎外側(cè)的線速度小于內(nèi)側(cè)的線速度。為了解決這一問題，車輪的內(nèi)側(cè)在行駛的過程中會(huì)產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)，車輪的外側(cè)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的滑移。但由于輪胎與路面之間有較大摩擦力，所以滑轉(zhuǎn)與滑移使輪胎產(chǎn)生附加磨損甚至輪胎偏扭，并使左右車輪相互作用的側(cè)傾推力增加，加劇了輪胎的磨損。為了補(bǔ)償車輪外傾角產(chǎn)生的影響，車輪前束角應(yīng)運(yùn)而生，即在車輪上增加前束。車輪前束角能使車輪在因外傾引起偏扭之前產(chǎn)生

13、反向偏轉(zhuǎn)，也能使左右車輪在直線行駛過程中具有反向等同的側(cè)傾推力。因此在設(shè)計(jì)前束角大小時(shí)，對(duì)汽車的性能而言起到至關(guān)重要的作用，不僅能減小輪胎的磨損和提高輪胎的使用壽命，還能減少油耗，即提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。如果汽車的車輪帶有后束，由于路面的不平或者車輪的側(cè)向力，在汽車直線行駛的瞬間，一個(gè)車輪繼續(xù)保持前進(jìn)，另一個(gè)車輪處于后束的狀態(tài)，即前進(jìn)的車輪行駛阻力變小，另一個(gè)后束的車輪行駛阻力增大，汽車會(huì)處于轉(zhuǎn)向的狀態(tài)，而前束的作用就是補(bǔ)償和防止車輪后束。帶有前束的汽車在直線行駛中，當(dāng)因?yàn)槁访娌黄交騻?cè)向力而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)趨勢(shì)時(shí)，前進(jìn)的車輪依然保持不變，帶有后束的車輪因增加前束使車輪產(chǎn)生附加的阻力，使車輪繼續(xù)處于直線

14、行駛的位置。所以汽車前束是保證直線行駛必不可少的因素。前輪前束是為了消除車輪外傾帶來的不利影響。汽車行駛過程中，車輪前束角和車輪外傾角配合使用，車輛外傾會(huì)使左右車輪產(chǎn)生側(cè)偏滾動(dòng)趨勢(shì)，增加輪胎的磨損，給汽車前輪設(shè)計(jì)一個(gè)前束角，可以使汽車在直線行駛時(shí)左右車輪產(chǎn)生一個(gè)大小相等方向相反的初始側(cè)偏角，側(cè)偏角在左右輪胎上生成方向相反的側(cè)向力，選擇合適的前束角，可使產(chǎn)生的側(cè)向力與車輪外傾所引起的側(cè)傾推力相互抵消，從而減少輪胎磨損和車輛動(dòng)力的消耗，提高輪胎的使用壽命和汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。前輪前束角可以通過改變橫拉桿的長(zhǎng)度來調(diào)節(jié)14。4.1.5車輪定位參數(shù)對(duì)整車性能影響車輪定位參數(shù)對(duì)整車行駛性能的影響是多方面的，

15、車輪定位參數(shù)決定車輛操縱穩(wěn)定性、行駛舒適性，同時(shí)車輛操縱穩(wěn)定性、行駛舒適性很大程度上影響著整車性能。當(dāng)汽車前輪定位不正常，會(huì)引起轉(zhuǎn)向沉重，同時(shí)增加駕駛者的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至出現(xiàn)意外事故；同時(shí)，當(dāng)車輪定位參數(shù)不正常，會(huì)削弱轉(zhuǎn)向車輪的自動(dòng)回正能力，汽車難以保持直線行駛，增加駕駛者的緊張，以及會(huì)加劇導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和輪胎的磨損，使整車動(dòng)力性下降，燃油消耗量增加等。懸架影響因素很多，同時(shí)相互之間存在關(guān)聯(lián)和制約，車輪定位參數(shù)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)極具多變性，以及懸架影響因素對(duì)整車性能要求和結(jié)構(gòu)型式非常敏感，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)多解性的情況，所以很難在一個(gè)比較簡(jiǎn)單的層面上統(tǒng)一車輪定位參數(shù)最佳值范圍。解決問題最有效的方法是針對(duì)

16、具體車型，具體懸架結(jié)構(gòu)型式具體分析，簡(jiǎn)單而言，也就是從整車性能要求出發(fā)，采用“自上而下、逐層分解”的思路，滿足和確保每個(gè)車輪定位參數(shù)的設(shè)計(jì)要求。4.2 麥弗遜前懸架的ADAMS建模4.2.1 ADAMS/CAR模塊簡(jiǎn)介ADAMS/Car是MDI公司與Audi、BMW、Renault和Volvo等公司合作開發(fā)的整車設(shè)計(jì)軟件包，集成了他們?cè)谄囋O(shè)計(jì)、開發(fā)方面的專家經(jīng)驗(yàn)，能夠幫助工程師快速建造高精度的整車虛擬樣機(jī)，其中包括車身、懸架、傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、制動(dòng)系統(tǒng)等，工程師可以通過高速動(dòng)畫直觀地再現(xiàn)在各種試驗(yàn)工況下(例如；天氣、道路狀況、駕駛員經(jīng)驗(yàn))整車的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，并輸出標(biāo)志操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)

17、性、乘坐舒適性和安全性的特征參數(shù)，從而減少對(duì)物理樣機(jī)的依賴，而仿真時(shí)間只是進(jìn)行物理樣機(jī)試驗(yàn)的幾分之一。 ADAMS/Car采用的用戶化界面是根據(jù)汽車工程師的習(xí)慣而專門設(shè)計(jì)的。工程師不必經(jīng)過任何專業(yè)培訓(xùn)，就可以應(yīng)用該軟件開展卓有成效的開發(fā)工作。ADAMS/Car中包括整車動(dòng)力學(xué)模塊(Vehicle Dynamics)和懸架設(shè)計(jì)模塊(Suspension Design)，其仿真工況包括；方問盤角階躍、斜坡和脈沖輸入、蛇行穿越試驗(yàn)、漂移試驗(yàn)、加速試驗(yàn)、制動(dòng)試驗(yàn)和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向試驗(yàn)等，同時(shí)還可以設(shè)定試驗(yàn)過程中的節(jié)氣門開度、變速器檔位等。ADAMS/Car 軟件，是基于多體動(dòng)力學(xué)方法的通用動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADA

18、MS 中專用于車輛（尤其是轎車）仿真的一種模塊它的功能很強(qiáng)大，對(duì)于許多轎車系統(tǒng)研究中常遇到的問題，可以很快很方便的解決。 使用ADAMS/Car軟件，可以很快的創(chuàng)建懸架和整車的裝配模型，并且分析模型去了解他們的性能和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在ADAMS/Car軟件中，我們可以定義車輛的子系統(tǒng)（subsystems）來進(jìn)行裝配，例如前懸架和后懸架、轉(zhuǎn)向器、橫向穩(wěn)定桿和車身等。我們也可以使用ADAMS/Car軟件中的一些標(biāo)準(zhǔn)模板來創(chuàng)建子系統(tǒng)（subsystems），在ADAMS/Car軟件中包含的模板有雙橫臂獨(dú)立懸架、麥弗遜式獨(dú)立懸架以及齒輪-齒條式轉(zhuǎn)向器等。使用ADAMS/Car中的模板編輯器（ADAMS/C

19、ar Template Builder），可以在原先的模板上建立自己的子系統(tǒng)15。4.2.2模型關(guān)鍵硬點(diǎn)三維坐標(biāo)的確定模型關(guān)鍵點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)和相關(guān)參數(shù)是建立ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的關(guān)鍵，本文采用ISO坐標(biāo)系，以地面為XY平面，汽車中心對(duì)稱面為XZ平面，通過前輪輪心連線，垂直另外兩平面為YZ平面，汽車的右側(cè)為X軸，垂直向上的方向?yàn)閅軸，汽車行駛的正前方的相反方向?yàn)閆軸。懸架右側(cè)與左側(cè)對(duì)稱，由于Car建立模型只需要輸入單側(cè)模型的參數(shù)會(huì)自動(dòng)地建立另一邊的模型。因此，這里建模過程只涉及到左邊懸架。建模參數(shù)的確定是通過三維軟件CATIA模型測(cè)量而得如圖4-1所示，雖然不夠精確但是可以達(dá)到本科畢業(yè)設(shè)計(jì)鍛煉

20、的目的。圖4-1 懸架關(guān)鍵硬點(diǎn)坐標(biāo)值4.2.3麥弗遜仿真模型的建立調(diào)用ADAMS/Car中自帶的模板，輸入相關(guān)參數(shù)建立懸架子系統(tǒng)及仿真平臺(tái)，調(diào)用該懸架子系統(tǒng)則可以建立前懸架模型系統(tǒng)。創(chuàng)建后的模型如圖4-2所示。圖4-2 麥弗遜懸架的ADAMS仿真模型4.3麥弗遜懸架的仿真分析運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析主要目的是為了試圖找出早期懸架設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)上存在的問題，分析出問題主要出現(xiàn)在什么地方，為下一步的優(yōu)化改進(jìn)分析做準(zhǔn)備。麥弗遜懸架系統(tǒng)仿真分析主要是進(jìn)行懸架系統(tǒng)左右雙向平行跳動(dòng)實(shí)驗(yàn)，分析出車輪定位參數(shù)隨汽車輪跳的運(yùn)動(dòng)特性曲線，找出懸架結(jié)構(gòu)中存在的問題。4.3.1激勵(lì)的添加在ADAMS/CAR中，應(yīng)用Suspensi

21、on Analysis中的Parallel Wheel Travel模式添加激勵(lì)特性，取上下平行輪跳為-50mm+50mm，步數(shù)設(shè)定為15步，激勵(lì)添加頁面如圖4-3所示。圖4-3 ADAMS添加激勵(lì)特性圖4.3.2ADAMS/Postprocessor曲線分析的建立進(jìn)入ADAMS/Postprocessor界面，如圖4-4所示，將仿真后的文件導(dǎo)入該界面進(jìn)行曲線分析。圖4-4 ADAMS/Postprocessor模塊界面圖依次將Camber angle（車輪外傾角）、Caster angle（主銷后傾角）、Kinpin incination angle（主銷內(nèi)傾角）、Toe angle（前輪前

22、束角）的曲線分析得出曲線。4.3.3主銷后傾角隨輪跳的變化曲線及分析選中Caster angle，得到的主銷后傾角隨輪跳變化曲線如圖4-5所示。圖4-5 主銷后傾角隨輪跳變化曲線從圖4-5可以看出在-50mm50mm跳動(dòng)過程中，主銷后傾角的變化趨勢(shì)為:在車輪進(jìn)行 0mm50mm 的向上跳動(dòng)過程中，主銷后傾角為正值，且呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)；在車輪進(jìn)行 0mm-50mm 的下落過程中，主銷后傾角為正值，且逐漸變小，有利于汽車制動(dòng)時(shí)的操縱穩(wěn)定性。主銷后傾角變化為 ，變化量為 ，由于該角一般不大于，所以不利于汽車的行駛平順性，需要對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化。4.3.4主銷內(nèi)傾角隨輪跳的變化曲線及分析選中Kinpin i

23、ncination angle，得到的主銷內(nèi)傾角隨輪跳的變化曲線如圖4-6所示。圖4-6 主銷內(nèi)傾角隨輪跳變化曲線圖4-6為車輪在進(jìn)行 50mm的上下跳動(dòng)時(shí)，所建虛擬麥弗遜前懸架主銷內(nèi)傾角的變化曲線。從上圖可以看出，主銷內(nèi)傾角的初始設(shè)計(jì)值(車輪靜止時(shí)主銷內(nèi)傾角的角度)較大，為（一般不大于 ）但主銷內(nèi)傾角具有理想的變化趨勢(shì):當(dāng)車輪進(jìn)行 0mm50mm的上跳過程中，主銷內(nèi)傾角呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)；當(dāng)車輪進(jìn)行0mm-50mm 的下落過程中，主銷內(nèi)傾角呈衰減的趨勢(shì)，能很好的匹配車輪外傾角的變化趨勢(shì)。所以要著重優(yōu)化主銷內(nèi)傾角的初始值。 4.3.5前輪前束隨輪跳的變化曲線及分析選中Toe angle，得到的前輪

24、前束隨輪跳的變化曲線如圖4-7所示。圖4-7 前輪前束隨輪跳變化曲線從圖4-7可以看出，在-50mm50mm 的上下跳動(dòng)過程中，車輪前束角的變化趨勢(shì)很理想:在 0mm100mm 的向上跳動(dòng)過程中，汽車的前輪負(fù)前束角變大，能衰減汽車轉(zhuǎn)向不足的特性，同時(shí)與外傾角的變化趨勢(shì)相匹配；在 0mm-50mm 的下落過程中，汽車的前輪負(fù)前束角變大，速率較大，保證輪胎的平順性。前輪前束變化為 ，變化量為，變化范圍很小，不需要優(yōu)化。4.3.6前輪外傾角隨輪跳的變化曲線及分析選中Camber angle，得到的前輪外傾角隨輪跳變化曲線如圖4-8所示。圖4-8 前輪外傾角隨輪跳變化曲線圖4-8為車輪在進(jìn)行50mm上

25、下跳動(dòng)過程中，所建虛擬懸架車輪外傾角的變化曲線。從上圖可以看出車輪外傾角的變化范圍較理想:當(dāng)車輪進(jìn)行0mm50mm的上跳過程中，外傾角朝負(fù)值變化，當(dāng)車輪進(jìn)行 0mm-50mm 的下落過程中，外傾角朝正值變化。輪胎外傾角變化為，變化量為 變化量符合要求，不需要對(duì)此優(yōu)化16-17。4.4麥弗遜懸架的優(yōu)化4.4.1麥弗遜懸架問題分析從第三章中可以看出，初步設(shè)計(jì)的麥弗遜懸架系統(tǒng)存在不少問題，其中以車輪前束角變化過大和輪距變化過最為明顯，所以本章將重點(diǎn)解決這些問題，對(duì)麥弗遜懸架系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用ADAMS軟件自帶的參數(shù)化分析模塊，以麥弗遜懸架系統(tǒng)關(guān)鍵硬點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)為實(shí)驗(yàn)變量，以車輪跳動(dòng)過程中車輪定位參

26、數(shù)和輪距變化量為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)麥弗遜懸架進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，找出對(duì)目標(biāo)函數(shù)影響較大的實(shí)驗(yàn)變量。最后對(duì)麥弗遜懸架進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)分析，獲取優(yōu)化后的參數(shù)坐標(biāo)，改善車輪定位參數(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和輪距變化量，減輕輪胎的磨損。4.4.2懸架仿真優(yōu)化方案經(jīng)分析得知，對(duì)麥弗遜的主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角影響最大的點(diǎn)為下三角擺臂和轉(zhuǎn)向節(jié)的球鉸接點(diǎn)，定義此關(guān)鍵硬點(diǎn)點(diǎn)為F點(diǎn)，通過優(yōu)化F點(diǎn)的三維坐標(biāo)值來優(yōu)化車輪定位參數(shù)。4.4.3 F點(diǎn)對(duì)主銷內(nèi)傾角的影響F點(diǎn)的X軸坐標(biāo)直接影響主銷內(nèi)傾角的大小，由于設(shè)計(jì)的主銷內(nèi)傾角過大，則可以通過使F點(diǎn)向內(nèi)移動(dòng)來減小主銷內(nèi)傾角的大小，這樣F點(diǎn)的Y坐標(biāo)將沿正方向移動(dòng)，一次去F點(diǎn)Y坐標(biāo)為-668mm，-65

27、0mm，-630mm，-610mm得到的主銷內(nèi)傾角曲線圖4-9所示；18-20 圖4-9 主銷內(nèi)傾角隨F點(diǎn)Y坐標(biāo)變化曲線由圖4-9得知，取優(yōu)化后Y軸坐標(biāo)值為-360mm可以保證懸架對(duì)主銷內(nèi)傾角的要求，此時(shí)內(nèi)傾角初始值為，變化范圍為。 4.4.4 F點(diǎn)對(duì)主銷后傾角的影響F點(diǎn)的X坐標(biāo)值直接影響主銷后傾角的大小，為了減小主銷后傾角的大小，現(xiàn)將F沿X軸的正方向移動(dòng)，依次取X軸的坐標(biāo)值為34mm，30mm，38mm，42mm，46mm得到主銷后傾角隨F點(diǎn)變化的曲線，如圖4-10所示；圖4-10 主銷后傾角隨F點(diǎn)Y坐標(biāo)變化曲線由上圖得知，取優(yōu)化后X軸坐標(biāo)值為42mm，可以保證懸架對(duì)主銷后傾角的要求，此時(shí)后

28、傾角初始值為，變化范圍為。4.4.5優(yōu)化F點(diǎn)坐標(biāo)前后對(duì)比圖將優(yōu)化前的車輪定位參數(shù)隨輪跳變化曲線與優(yōu)化后的車輪定位參數(shù)隨輪跳變化曲線導(dǎo)入同一坐標(biāo)系，如圖4-11、4-12、4-13、4-14所示。 圖4-11 主銷后傾角優(yōu)化前后對(duì)比圖圖4-12 主銷內(nèi)傾角優(yōu)化前后對(duì)比圖圖4-13 車輪外傾角優(yōu)化前后對(duì)比圖圖4-14 前輪前束角優(yōu)化前后對(duì)比圖分析圖4-114-14可以發(fā)現(xiàn)，隨著F點(diǎn)坐標(biāo)的優(yōu)化，汽車的車輪定位參數(shù)發(fā)生了改變，其中主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角的變化較大，其優(yōu)化后的曲線更加接近理想情況。4.5本章小結(jié)本章主要介紹了在 ADAMS/Processor 中懸架優(yōu)化的方法及步驟，在對(duì)上章仿真結(jié)果分析

29、的基礎(chǔ)上，對(duì)麥弗遜懸架的虛擬模型進(jìn)行了優(yōu)化通過ADAMS/Insight 模塊對(duì)懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，找出對(duì)車輪定位參數(shù)影響較大的試驗(yàn)因子，并用這些試驗(yàn)因子作為設(shè)計(jì)變量，最終對(duì)懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過對(duì)優(yōu)化的車輪定位參數(shù)變化曲線進(jìn)行分析比較，得出該方法不僅優(yōu)化了所建的虛擬麥弗遜懸架，且使車輪的定位參數(shù)變化范圍都在理想的范圍內(nèi)，車輛的行駛平順性也將得到很大的提高。結(jié)論本文在掌握懸架系統(tǒng)組成、分類、作用和國(guó)內(nèi)外大量研究的基礎(chǔ)上，完成對(duì)豐田卡羅拉的麥弗遜前懸架和拖曳臂式后懸架的關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)計(jì)算、CATIA三維裝配，并且利用ADAMS 軟件對(duì)麥弗遜懸架進(jìn)行了虛擬建模和運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，對(duì)仿真結(jié)

30、果進(jìn)行分析與比較，并利用 ADAMS/Processor模塊對(duì)所建懸架進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)懸架進(jìn)行一定程度的優(yōu)化設(shè)計(jì)，也改善了汽車的行駛平順性。本文主要完成的工作如下；1 對(duì)懸架的靜撓度、動(dòng)撓度進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)懸架的關(guān)鍵零件彈簧、減振器的主要參數(shù)進(jìn)行了分析計(jì)算，得到了CATIA繪圖的基本尺寸。2 對(duì)懸架進(jìn)行CATIA零部件的設(shè)計(jì)，將零部件進(jìn)行約束裝配，并且得到麥弗遜懸架關(guān)鍵硬點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。3 分析了前懸架的四個(gè)車輪定位參數(shù)即主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、前輪外傾角、前輪前束角對(duì)車輪平順性的影響及合理的取值范圍。4 把關(guān)鍵硬點(diǎn)的坐標(biāo)值，導(dǎo)入ADAMS/CAR模塊，得到麥弗遜懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模型及

31、平臺(tái)，輸入平行輪跳激勵(lì)，輸出車輪定位參數(shù)隨輪跳的變化特性。5 分析車輪定位參數(shù)輪跳曲線，找出懸架中的問題，并通過改善關(guān)鍵硬點(diǎn)下三角擺臂和轉(zhuǎn)向節(jié)球鉸接點(diǎn)F的坐標(biāo)值，來優(yōu)化曲線，最終得到優(yōu)化后的坐標(biāo)值。由于作者的水平有限和其它的客觀因素，本文有不完善的地方，還需要進(jìn)一步的研究。本文只對(duì)汽車的前懸架進(jìn)行了模擬仿真和動(dòng)力學(xué)分析，所取硬點(diǎn)坐標(biāo)變化范圍很小，而且模板尺寸精度比較低，使試驗(yàn)結(jié)果有很大的局限性，但可以肯定這只是一個(gè)相對(duì)優(yōu)化的結(jié)果而并非最終結(jié)果，隨著試驗(yàn)的深入，現(xiàn)有的問題一定會(huì)逐步得到令人滿意的解決。致 謝衷心感謝指導(dǎo)老師周遐余老師在論文選題、研究和撰寫過程中所給予我的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，值此論

32、文結(jié)稿之際，謹(jǐn)向周老師表示崇高的敬意和由衷的感謝！衷心感謝班主任劉濤老師四年來對(duì)我學(xué)習(xí)和生活上的關(guān)心教導(dǎo)，劉老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)，待人平易近人，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活都關(guān)懷備至，我也學(xué)到了為人為學(xué)的道理，受益匪淺。 感謝袁昊昱、郁澤成、畢大偉等同學(xué)在我論文期間給與的許多幫助和啟示，對(duì)大學(xué)四年來所有幫助過我的老師、同學(xué)和朋友們，在此表示衷心的感謝及真摯的祝福！感謝學(xué)校、學(xué)院給我提供了良好的學(xué)習(xí)和生活環(huán)境。最后，感謝我的家人對(duì)我一如既往的支持，是他們給了我前進(jìn)動(dòng)力。參考文獻(xiàn)臧杰 閻巖,汽車構(gòu)造M,北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2011.9.黃希賓,汽車獨(dú)立懸架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真與分析D,山東建筑大學(xué) 2012.4.John C. Dixon. Suspension Geometry and ComputationM. Antony Rowe Ltd. 2009. L. C. Ferraro,M. A. Fogaca and M. Ururahy. Comfort Study of a Medium SizedTruck with the Use of ADAMS Considering Frame Flexibility ImpoSed froma NASTRAN Finite Element Mod