《ADAMS在汽车设计中的运用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ADAMS在汽车设计中的运用（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、ADAMS/car 在悬架设计中的应用1 朱天军 2 郑红艳 3 孙振军（河北工程学院机电学院车辆工程系 邯郸 056021）摘 要：在 ADAMS/CAR 中建立麦弗逊悬架的三维模型，分析悬架参数在汽车行驶中的变化。依据 ADAMS /insight，对ADAMS/car建立的模型进行悬架系统的优化求解，得到悬架系统的优化解。关键词：麦弗逊悬架； ADAMS /insight；ADAMS/car悬架是汽车的主要总成之一，其对操纵稳定性和平顺性的影响至关重要。麦弗逊悬架 的诸多优点，使得该种悬架广泛应用于轿车、轻型车等的前悬架。设计时导向机构在车轮的 上下跳动过程中，应不使主销的定位参数变化过
2、大，车轮与导向机构应运动协调。转向机构 组成的系统是空间杆机构，当转向梯形断开点位置选择不当时，会造成横拉杆与悬架导向机 构运动不协调，汽车行驶时会出现前轮摆振现象，破坏操纵稳定性,加剧轮胎磨损。传统设 计一般采用经验设计、数学推导法以及几何作图等方法，虽然可以满足设计要求，但精度和 效率不高。传统的方法已经很难满足日益加速的设计需求，为缩短开发周期、降低开发成本， 有必要采用新的设计方法。ADAMS/CAR模块内有悬架运动学动力学分析的专门模板，可以方 便地建立各种结构形式的悬架，迅速得出悬架的多达三十多种参数的性能曲线。模型全部采 用数字化设计，可方便地对设计参数进行修改和调整以发现其对各
3、种性能参数的影响，优化 设计目标，最终为企业提供产品开发的解决方案。1 悬架分析参数悬架系统中各关键点的坐标由设计图纸查得，减震器、扭杆弹簧参数由试验得出，前轮 定位参数由厂家提供。 （坐标系的规定：汽车纵向为 X 轴，后为正；汽车横向为 Y 轴，右 为正；汽车垂向为 Z 轴，上为正） 2 仿真模型的建立和验证2.1 通过对某型 SUV 车进行硬点坐标测量以及悬架弹性件测试，将所得到前悬架的硬 点参数及弹性件参数输入 MSC.ADAMS/Car 中，建立该车前悬架的仿真模型。如图 1图 1 麦弗逊式独立悬架2.2 建成悬架模型后，将悬架模型与测试平台装配，然后对悬架模型进行上下跳动量为-125
4、100mm 的左右轮平行跳动工况仿真。4 Suspension Analysis: Parallel Travel I X以下是该麦弗逊前悬架车轮定位参数仿真结果2.3.1 车轮外倾角(Camber Angle)由上图可以看出，前悬架模型的车轮外倾角变化范围在 -3.2deg0.75deg 之间。2.3.2 主销后倾角(Caster Angle)图 4 主销后倾角变化由上图可以看出，前悬架模型的主销后倾角变化范围在 5.3deg5.9deg 之间。2.3.3 主销内倾角(Kingpin Inclination Angle)图 5 主销内倾角变化由上图可看出，主销内倾角变化范围在 8deg13d
5、eg 之间2.3.4 主销偏距(Scrub Radius)图 6 主销偏距变化由上图可看出，主销偏距变化范围在-6.2mm 0.6mm左右。2.3.5 车轮前束角( Toe Angle)T：ie angleeft |、7X、0.010.020.030.040.050.060.0图 7 车轮前束角变化由上图可看出，车轮前束角变化范围在T.9deg 7.8deg左右。2.4 悬架性能参数的优化在整车运动过程中，由于路面存在一定的不平度，此时轮胎和车身之间的相对位置将发 生变化，这也将造成车轮定位参数发生相应的变动。如果车轮定位参数的变动过大的话，将 会加剧轮胎和转向机件的磨损并降低整车操纵稳定性和
6、其他相关性能，所以原则上，车轮定 位参数的变化量不能太大。利用 MSC.ADAMS/Insight 模块，用户可以对车轮定位参数中的某项或是多项进行优化， 使定位参数达到一个理想值。本论文是通过对悬架的部分硬点坐标进行改变来达到优化定位 参数的目的。在Insight模块中，我们对麦弗逊悬架的下摇臂前点(lca_front)、后点(lca_ rear)， 转向拉杆内点(tierod _inner)、外点(tierod _outer),下摇臂球头销(lca_ outer)等 五个坐标点的 15 个坐标值(每个点有 X、 Y、 Z 三个方向坐标)进行分析，设定每个坐标 值的变动范围在-5mm5mm之
7、间。对于15个坐标值的分析，Insight将进行215次迭代解 算，计算量极其庞大，所以我们只进行 64 次的部分迭代。进行完迭代解算后，我们可以利用 Insight 自带功能，将优化的结果作为动态数据存 在交互式网页中。见图 8：:SllatirZ门刃E|.Ifcrrtu1ft；flITait t1 nrrwriCarrEdtfl佃髙 Jl|21基備glnxn:LgZ i图8从该网页上可以看出，Factor项为15个硬点坐标值，而Response项为五项定位参 数。Factor项的最大值和最小值与Nominal值都相差5个单位，这是因为先前我们设定 坐标值的变动范围在5mm的缘故。当在最大值
8、和最小值范围内修改Factor (即硬点参数)值时，Response项(定位参 数)的值都会产生变化。由于修改硬点参数后，五项定位参数的变化趋势可能会出现相反 的情况，例如：修改 lca_front 点的 x 坐标值后， camber 值与原值相比变小，而 caster 值却比原值大，此时虽然 camber 值满足了我们的要求，但 caster 值却背离了我们的设 计原则。当出现这种情况时，为了兼顾平衡，我们取一个折中值。下表为优化前后悬架的部分硬点坐标硬点坐标状态X坐标Y坐标Z坐标Lca_front优化前-290.9-437.16-88.37优化后-290.98-432.16-83.37Lc
9、a_rear优化前114.9-385.79-50.12优化后109.9-390.79-55.12Lca_outer优化前-3.16-724.04-91.05优化后1.84-719.04-96.05Tierod_inner优化前330-220317.2优化后325-215322.2Tierod_outer优化前192-550.7399.8优化后197-555.7394.8以下是优化前与优化后车轮定位参数的比较图(实线为优化后的曲线，虚线为优化前的曲线：2.4.1 车轮外倾角(.Camber_Angle)为防止车轮出现过大的不足转向或过度转向趋势，一般希望车轮从满载位置起上下跳 动 40mm 的范
10、围内，车轮外倾角变化在 1 度左右。从图上可以看出，优化后车轮外倾角 变化范围是0.03deg2 .37deg，比优化前的范围小了一点，这是因为Insight为了兼顾 其他四项定位参数的优化而放弃了外倾角部分利益的缘故，但是在上下跳动 40mm 的范围 内，优化后外倾角变化基本在 1 度左右，满足设计要求。2.4.2 主销后倾角(Caster_Angle)主销后倾角为正值时有抑制制动时的点头作用，但太大时会使车轮支撑处反力矩过 大，易造成车轮摆振或转向盘上力的变化。因此一般悬架每压缩10mm，后倾角变化范围 为10 deg 40 dego优化后，主销后倾角的变化范围在2.6deg5.5deg之
11、间，大大小于 优化前的变化范围，而且此时悬架每压缩10mm，后倾角变化范围在3.68 deg左右，很好 地符合了我们的设计要求。2.4.3 主销内倾角(Kingpin_ Inclina tion_ Angle)主销内倾角可以使汽车转向回正、转向操作轻便，在车轮跳动时，主销内倾角变化较 大，将会使转向沉重，加速轮胎磨损。优化后，主销内倾角的变化范围与优化前相比变化 不大，但是主销内倾角的初始值比原先小了 0.3deg 左右，这将减小转向时车轮与地面的 滑动，减缓轮胎磨损。2.4.4 主销偏距(Scrub_Radius)图 12 主销偏距优化前后对比汽车转向时，转向轮围绕主销转动，地面对转向的阻力
12、力矩与主销偏距的大小成正比。 主销偏距越小，转向阻力矩也越小，所以一般希望主销偏距小一些，以减少转向操纵力以 及地面对转向系统的冲击。主销偏距与主销内倾是密切相关的，通过调整主销内倾角可以 得到不同的主销偏距。较理想的主销偏距值为-10 30mm，优化后，主销偏距的变化范围 为-10.02 1.5 mm,比优化前更接近设计值。2.4.5 车轮前束角( Toe_Angle)-25.00.010.020.030.040.0Time (sec)50.060.0-5 bap)O&-20图 13 车轮前束角优化前后对比对于汽车前轮，车轮上跳时的前束值多设计成零至负前束变化。当车辆行驶时，前束 的变化过大
13、，将会影响车辆的直线行驶稳定性，同时增大轮胎与地面间的滚动阻力，加剧 轮胎的磨损，所以前束角的设计原则是在车轮跳动时，变化量越小越好。从图上看出，优 化后，前束角的变化量比之前大致相同，对车辆直线行驶的稳定性没有提高。小结：运用MSC.ADAMS/Insight,通过对模型的硬点坐标、弹性参数进行多次修改迭代，可以对模 型的某项或是多项性能指标进行优化，系统会自动找出一个最优结果。本文介绍了通过对麦 弗逊式前悬架的部分硬点坐标进行优化，使车轮定位参数在轮跳时的变动量达到最优化,从 而改善了悬架的运动学性能。但是由于受到车身布置的限制，对硬点坐标的改变只能局限在 一定的小范围内，所以得到的最优值也只是一个相对值，而非绝对的最优结果。
