基于ADAMS的汽車懸架系統(tǒng)仿真分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)說(shuō)明書

機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院Thedesignofthecarsuspensioparameters,andasaresultcanaffectcarridecwheelalignmentparametersisnotideal,thennotonlywillaggravatethewearofcartires,butalsothreatenthesafetyofcardriving.2014,thepre-McPhersonindependentsuspensionstructureforasmallcardoesnotmakethevehiclehaveagoodwheelalignmentparameter,andbymovingthesuspensionpartsandtheanalysisoftheconstraandtheirspatialdegreesoffreedomareanalyzed.Atthesametime,avirtualprototypemodelofthefrontsuspensionassemblywithtestbenchwasestablishedinADAMS/CARaccordingtothekeyhardpointofthevehicle.Throughthesimulationanalysisoftheprototypemodel,wecanconcludethatthekingpininclinationofthemodelcannotchangeintheidealrange.ByanalyzingthesensitivityofeachlocatingparameterofeachfactorinthethreefactorsofX,Y,andZinthreedirections,whichaffectthewheelalignmentparameters,theinfluenceoftheinclinationangleonthemainpinislarge.Alignmentparametersaffectthetwosmallerdesignvariables.Afterthecorrectionofthesetwohardpointscoordinates,andcomparetheInthispaper,thevirtuasuspensionstructure,comparedwiththetraditionalphysicalmodelofthephysicalmodeltoKeywords:McPhersonsuspenparameters,optimizedsimulationI 1 1 1 1 2 2 4 4 5 6 6 6 6 7 8 20 22 25 26 26 26 II 隨著人們生活程度的提升和科技的進(jìn)步，人們購(gòu)車需求也由以往的能買的起車就行轉(zhuǎn)變到了如今的不僅能買到車，更要買到動(dòng)力出色、節(jié)而汽車懸架系統(tǒng)直接影響汽車行駛縱穩(wěn)定性和乘車的舒適性。懸架分為前懸架與后懸架，而前懸架對(duì)車輛操縱穩(wěn)定性的影響非常重要,懸架的性能直接決定了當(dāng)汽車振動(dòng)時(shí)為了能夠使生產(chǎn)出來(lái)的車輛擁有優(yōu)秀的操縱穩(wěn)定性以及舒適型，需要在設(shè)計(jì)階段對(duì)樣車進(jìn)行評(píng)價(jià)，而評(píng)價(jià)汽車懸架性能的好壞并不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工作，傳統(tǒng)汽車懸架前懸架總成進(jìn)行仿真分析。通過(guò)利用虛擬樣機(jī)技術(shù)輔助設(shè)計(jì)懸架的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)快吉林大學(xué)的動(dòng)態(tài)模型實(shí)驗(yàn)室曾針對(duì)某車的主動(dòng)以及被動(dòng)安全應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)2011年湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與長(zhǎng)春孔輝汽車科技有限公司針對(duì)某國(guó)產(chǎn)汽車輪胎磨損問(wèn)題，用用虛擬樣機(jī)仿真軟件ADAMS/CAR建立了該車型前2016年?yáng)|莞中山大學(xué)研究院同樣利用虛擬樣機(jī)軟件以某電動(dòng)汽車前懸架為研究目究中。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)懸掛的自由度的分析越來(lái)深入，懸掛機(jī)構(gòu)模型開始的兩個(gè)或者三個(gè)自由度逐步深入到十幾個(gè)。模型也由穩(wěn)態(tài)、線本課題主要任務(wù)是針對(duì)某轎車麥弗遜式前獨(dú)立懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)轉(zhuǎn)向輪定位參具體步驟是首先對(duì)該形式懸掛系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化并計(jì)算分析出該懸掛模型的空間自由度。之后對(duì)虛擬樣機(jī)軟件ADAMS/CAR模塊的建模原理進(jìn)行分析，介紹建立懸掛經(jīng)過(guò)修改前懸架的關(guān)鍵硬點(diǎn)對(duì)該懸掛模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)從而研究懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)車輛述了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真計(jì)算基本理論和使用ADAMS軟件建立虛擬樣機(jī)模型的的基本方法步2.1多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究方法我們把多個(gè)機(jī)械構(gòu)件經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)副多重約束而形成的復(fù)雜機(jī)械構(gòu)件系統(tǒng)稱之為多剛體系統(tǒng)，它的基本功能是經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)CAD、CAE技術(shù)對(duì)復(fù)雜的機(jī)械構(gòu)件系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)性能進(jìn)行分析。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化實(shí)際機(jī)構(gòu)，建立模型極大地2.2虛擬樣機(jī)技術(shù)與ADAMS軟件虛擬的計(jì)算機(jī)模型。這種基于計(jì)算機(jī)的虛擬模型涉及多交叉學(xué)科，包括多體系動(dòng)力學(xué)，數(shù)學(xué)和軟件工程等。計(jì)算機(jī)虛擬模型在基本的動(dòng)力學(xué)屬性方面與實(shí)體的物理樣機(jī)有極高的相似度，因而工程師可以在設(shè)計(jì)階段多次對(duì)所建立的機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真分析。在得出比較理想的仿真分析結(jié)構(gòu)之后在建立3.1麥弗遜式懸架結(jié)構(gòu)分析圖3.1麥弗遜式前懸架結(jié)構(gòu)圖圖3.2屬性文件、模板、子系統(tǒng)、裝配總成和測(cè)試臺(tái)之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系總的來(lái)說(shuō)，建立麥弗遜式前懸架模型的步驟有兩種。其一是在標(biāo)準(zhǔn)用戶模式下對(duì)所掌握的數(shù)據(jù)的要求比較高，用戶必須提供不少于系統(tǒng)模板文件的數(shù)據(jù)才能對(duì)模板進(jìn)項(xiàng)模器模式建立了樣車模板，之后再轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)模式下對(duì)樣機(jī)模型進(jìn)行了仿真[14]3.3麥弗遜式獨(dú)立懸架建模的車輪定位參數(shù)均為在定位參數(shù)——輪跳關(guān)系曲線中讀取到的靜平衡狀態(tài)下的車輪定位參數(shù)的初始值。表3.1整車部分參數(shù)表3.2前懸架系輪胎參數(shù)-表3.3硬點(diǎn)參數(shù)列表XYZ0表3.4麥弗遜前懸架零件中英文對(duì)照?qǐng)D3.3麥弗遜式獨(dú)立懸架虛擬樣機(jī)模型圖3.41/2麥弗遜式懸掛機(jī)構(gòu)約束簡(jiǎn)圖表3.5懸架總成約束副類型與數(shù)目3324152513圖3.5前懸掛總成試驗(yàn)臺(tái)本章介紹了在ADAMS/CAR中建立懸架模型的具體過(guò)程。相比于本科階段所學(xué)的軟件CAR模塊作為工具,建立了懸架零部件幾何圖4.1懸架仿真分析過(guò)程示意圖4.1設(shè)置仿真參數(shù)在提交仿真前，必須設(shè)定懸掛模型未能提供的有關(guān)參數(shù)來(lái)供ADAMS/CAR計(jì)算懸掛特性時(shí)使用。具體參數(shù)為：由于該車型為前輪驅(qū)動(dòng)，前軸驅(qū)動(dòng)力系數(shù)為100%；圖4.2掛參數(shù)設(shè)置界面圖4.3運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模式設(shè)置對(duì)于已經(jīng)建立好的懸架總成實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，可以在ADAMS/Car中進(jìn)行車輪激振仿真分析，即通過(guò)懸架試驗(yàn)臺(tái)對(duì)車輪施加垂直方向位移來(lái)對(duì)車輪定位參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行仿單輪跳動(dòng)三種激振方式的仿真分析。仿真分析結(jié)束后，在軟件后處理界面4.2雙輪同向跳動(dòng)仿真與分析橫軸坐標(biāo)設(shè)置為以車輪跳動(dòng)為變量，點(diǎn)擊IndependentAxis下面的data選項(xiàng)，從彈出動(dòng)時(shí)，外傾角變化范圍在1?~2?。?,在理想的變化范圍之內(nèi)。其中上調(diào)行程有-0.6?變?yōu)?0.72?,外傾角朝著負(fù)值的方向變圖4.5車輪外傾角變化曲線化范圍為0.46?~0.545?,變化量小于0.1?,符合理論要求，在后續(xù)不進(jìn)行優(yōu)化。圖4.6主銷后傾角變化曲線汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)車輪繞主銷旋轉(zhuǎn)，主銷內(nèi)傾使得轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向力臂（轉(zhuǎn)向主銷偏移距）胎的磨損加劇。隨著車輪的上下跳動(dòng)，主銷內(nèi)傾角變化范圍在7?~14?之間比較合適。綜合考慮，主銷后傾角偏大，需要適當(dāng)減小。變化范圍11.94?~14.05?,變化范圍較大并圖4.7主銷內(nèi)傾角變化曲線圖4.8主銷偏移距變化曲線范圍應(yīng)該在0?~.0.5?,車輪下跳50mm時(shí)，前束角理想變化范圍在0?~0.5?。這樣，在要相應(yīng)減小，車輪下跳個(gè)趨勢(shì)正好相反。而從前束變化曲線可以看出，其變化范圍為-0.07?~0.35?,變化范圍很小。綜合分析，在下一章節(jié)的優(yōu)化過(guò)程中不對(duì)車輪前束角進(jìn)圖4.9車輪前束角變化曲線4.3雙輪反向跳動(dòng)仿真與分析向垂直跳動(dòng)引起的懸架運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是模擬車身因側(cè)傾而引起的懸架運(yùn)動(dòng)。在ADAMS/Car中這種懸架仿真分析是通過(guò)分別給兩側(cè)車輪輸入一個(gè)方向相反但大小相圖4.11車輪外傾角變化曲線圖4.12主銷后傾角變化曲線圖4.13主銷內(nèi)傾角變化曲線圖4.14前輪前束變化曲線圖4.15主銷偏移距變化曲圖4.16前輪輪距變化量4.4單輪跳動(dòng)工況分析圖5.22為在汽車右前輪高度固定的情況下車輪定位參數(shù)與左前輪輪距隨車輪圖4.17車輪外傾角變化曲線圖4.19主銷后傾角變化曲線圖4.20主銷內(nèi)傾角變化曲線圖4.21車輪前束變化曲線圖4.22主銷偏移距變化曲線果沒(méi)有這一步，目標(biāo)函數(shù)可能會(huì)有無(wú)數(shù)個(gè)解，也可能無(wú)法排除不滿足條件的設(shè)計(jì)方案5.2麥弗遜式懸架試驗(yàn)設(shè)計(jì)圖5.121個(gè)因子對(duì)前輪外傾角的影響圖5.221個(gè)因子對(duì)主銷后傾角的影響圖5.321個(gè)因子對(duì)主銷內(nèi)傾角的影響圖5.421個(gè)因子對(duì)車輪前束角的影響表5.1前輪外傾角主要影響因素hpl_top_mount.y4.58表5.2主銷后傾角主要影響因素表5.3主銷內(nèi)傾角主要影響因素top_mount.ytop_mount.z表5.4車輪前束角主要影響因素top_mount.y表5.5對(duì)主銷內(nèi)傾角靈敏度較高的6個(gè)因子對(duì)其他定位參數(shù)的靈敏度top_mount.y4.58而控制臂外點(diǎn)Y坐標(biāo)對(duì)主銷內(nèi)傾角的影響較大，因而為了不使其他定位參數(shù)因?yàn)橹麂N內(nèi)傾角的優(yōu)化而發(fā)生大幅度的改變，本文決定只對(duì)控制臂外點(diǎn)Y坐標(biāo)進(jìn)行改變并觀察表5.6優(yōu)化前后硬點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)值優(yōu)化因子優(yōu)化前優(yōu)化后變化量-668.007+0.7%表5.7優(yōu)化前后車輪定位參數(shù)靜態(tài)變化值5.3車輪定位參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)跳動(dòng)工況下對(duì)車輪上下振動(dòng)的曲線圖進(jìn)行比較后，得到如下結(jié)果：表5.8優(yōu)化前后車輪定位參數(shù)對(duì)比圖5.3優(yōu)化前后雙輪同向振動(dòng)下車輪外傾角變化曲線圖5.4優(yōu)化前后雙輪同向振動(dòng)下主銷后傾角變化曲線圖5.5優(yōu)化前后雙輪同向振動(dòng)下主銷內(nèi)傾角變化曲線輪前束角在優(yōu)化后的變化范圍都很小，且優(yōu)化后的車輪前束隨輪跳的變化曲線與優(yōu)化前基本相同，因而，本次優(yōu)化對(duì)車輪前束基本沒(méi)有影響。圖5.7優(yōu)化前后雙輪同向振動(dòng)下車輪前束本章節(jié)介紹了參數(shù)化優(yōu)化方法的基本理論以及利用A參考文獻(xiàn)[4]李曉勇.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的懸架參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及汽車平順性研究[D].碩士學(xué)位論文.湖北：武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院,2014[6]張繼鵬.麥弗遜式獨(dú)立懸架的仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].碩士學(xué)位論文.四川：電子科技大學(xué)機(jī)械工程