悬架纵向刚度对平顺性的影响分析

悬架纵向刚度对平顺性的影响分析

摘要

本设计基于ADAMS/view双横臂独立悬架仿真与优化，利用ADAMS多物理场软件建立双横臂独立悬架多刚体模型，通过对模型施加运动约束对车轮进行其运动性能仿真分析，从而获得车轮定位角度的变化情况，将设计要求与分析结果进行比较。从而得出悬架结构设计的合理性和改进的必要性。

此外，对双横臂独立悬架进行了合理的简化，建立了双横臂独立悬架和虚拟样机的力学模型，并在虚拟样机软件ADAMS/view模块上进行了仿真。在此基础上，对前悬架的各项参数进行优化，使悬架振动达到最优值。从而为设计和改进提供快速可靠的技术依据，实现大幅度降低设备开发成本，大大降低轮胎磨损。

关键词：双横臂独立悬架；ADAMS ；运动仿真；参数匹配;；虚拟样机

摘要 I

Abstract II

第1章绪论 1

1.1悬架的概述 1

1.2 独立悬架结构、类型和特点 2

1.3 课题的主要意义 5

1.4 设计内容概述 5

第2章双横臂独立悬架设计计算 6

2.1选取同类车型参数 6

2.2 悬架主要参数的确定 6

2.3 簧载质量与非簧载质量 7

2.4弹性元件计算 8

2.5减震器计算 12

2.5.1相对阻尼系数 12

2.5.2筒式减震器工作缸D确定 14

2.6导向机构设计 15

2.6.1侧倾中心 15

2.6.2横向平面内上下横臂轴布置方案 16

2.6.3水平面内上下横臂轴的布置方案 16

2.7上下横臂长度确定 17

2.8半轴计算 17

2.9 车轮计算 18

2.10本章小结 18

第3章基于ADAMS/View的纵向刚度对平顺性悬架优化分析 19

3.1ADAMS介绍 19

3.2悬架建模关键点确定 20

3.3添加连接副 21

3.4添加移动副 22

3.5测量参数值 23

3.6悬架的特性曲线 27

3.7仿真结果分析 30

3.8悬架部件尺寸参数化 30

3.9制定界面 35

3.10设计参数的研究分析 38

3.11优化方案 46

3.12优化结果分析 48

3.13本章小结 49

第4章悬架实体建模 50

4.1Pro/E介绍 50

4.2悬架零件实体建模 50

4.2.1螺旋弹簧的创建 50

4.1.2轮胎的创建 51

4.1.3盘式制动器创建 51

4.1.4转向拉杆创建 52

4.1.5上横臂的创建 53

4.1.6下横臂创建 53

4.1.7半轴创建 53

4.1.8叉形件的创建 54

4.1.9转向节创建 54

4.3悬架的装配 54

4.4本章小结 54

结论 55

参考文献 56

致　谢 57

附录 58

第1章绪论

1.1 悬架的概述

舒适性是汽车最重要的性能之一。舒适性与车身的自振特性有关，而自振特性又与悬架的特性有关。因此，汽车悬架是保证乘坐舒适性的重要组成部分。同时，汽车悬架作为车架(或车身)与车轴(或车轮)之间传递力的连接点，是保证汽车行驶安全的重要部件。

一般悬架由弹性元件、导向机构、减震器和横向稳定杆组成。弹性元件用于承受和传递垂直载荷，以缓冲凹凸不平的路面对车身的冲击。弹性元件的类型包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧。减振器用于衰减弹性系统引起的振动。减振器的类型有气缸式减振器、可调阻力式新型减振器和充气式减振器。导向机构用于在车轮和车身之间传递力和扭矩，同时保持车轮相对于车身按一定的运动轨迹跳动。导向机构通常由控制摇臂式摇杆组成。可提供单条或多条类型。当钢板弹簧作为弹性元件使用时，不需要设置导向机构。它还起着指导作用。有些轿车和客车，为了防止车身在转向的情况下横向倾斜过大，在悬挂系统中增加了横向稳定杆，目的是提高横向刚度，使轿车具有转向不足的特性，提高轿车的操纵稳定性和乘坐舒适性。

现代汽车悬架的发展非常迅速，不断出现新的悬架装置。根据控制形式的不同，可分为被动悬架和主动悬架。目前，大多数汽车都采用被动悬架，如下图所示，即汽车的姿态(状态)只能被动地依赖于路面和行驶条件以及汽车的弹性部件、导向机构和减震器等机械部件。自20世纪80年代以来，主动悬架已经应用于一些汽车上，目前仍处于进一步的研究和发展中。主动悬架可以主动控制垂直振动和车身姿态，并根据路面和行驶情况自动调节悬架刚度和阻尼。

结论

现代汽车悬架的发展非常迅速，新的悬架装置不断出现。悬架技术的每一个跨度都与相关学科的发展密切相关，如计算机技术、自动控制技术、运动仿真等，这为悬架的进一步发展提供了强有力的保障。悬吊学的发展也对相关学科提出了更高的理论要求，将人类的认识推向了一个新的更高的境界。汽车悬架系统是一个复杂的多体系统，因此开发和设计合理的汽车悬架系统非常重要。

传统汽车悬架系统的设计需要经过大量的物理样机实验，耗费大量的时间和金钱。因此，对汽车悬架系统进行虚拟样机仿真分析具有重要意义。虚拟样机技术在不产生实物样机的情况下，通过计算机仿真分析为悬架设计提供仿真数据，为实际悬架系统的设计提供可靠依据。大大缩短生产周期，提高生产效率。

本设计是基于机械系统动力学仿真分析软件ADAMS，直接创建机械系统的全参数化几何模型。采用Pro /e软件优化好尺寸，建立实体模型。总体设计如下:

首先，收集数据，了解双横臂独立悬架的结构及结构优势。通过对独立双横臂悬架的结构分析，选择了设计中需要参数化的尺寸。

其次，利用ADAMS/View软件建立了双横臂独立悬架的等效物理模型，分析了道路激励后车轮跳动时悬架各参数的变化;优化分析参数值，最大限度地减少车轮侧滑，减少过度磨损，提高车轮使用寿命。

再次，对优化分析结果进行总结。由于汽车悬架的后倾角和主销的倾角都在合理范围内，因此逐级分析主要针对车轮的前束、车轮的侧倾和车轮的侧滑。根据上下横臂的不同长度和倾角，选择不同取值下的参数最优值。优化后的车轮弧度角由优化前的-1.3~3.3优化到-0.1~2.6，前轮梁角由优化前的-1.8~3优化到-0.8~1.05，前轮地点横向滑移由优化前的-2.3mm~16mm优化到-0.3mm~9.2mm，均取得了明显的优化效果。车轮接地点横向侧滑在合理范围内。虽然存在一定的负值，但与优化前相比，该值有明显提高，对轮胎磨损的影响明显减小。

最后，利用计算机辅助设计软件Pro/E建立双横臂独立悬架各部件的三维实体模型，并根据连接关系进行组装，便于查看，并绘制分解图。

本设计的主要意义在于，经过分析和优化，改进了传统物理样机试验繁琐，节省了时间和成本，为实际生产提供了有力的依据，缩短了生产周期，具有重大的现实意义。

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