《2022年悬架优化方案设计书大学本科方案设计书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年悬架优化方案设计书大学本科方案设计书（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4.4.4主销内倾角的优化 23 4.4.5轮距优化 23 4.4.6各定位参数同时优化 24 4.4.6.1前束优化后的图形 25 4.4.6.2车轮外倾角优化后的图形 25 4.4.6.3主销后倾角优化后的图形 25 4.4.6.4主销内倾角优化后的图形 25 4.4.6.5轮距变化优化后的图形 26 4.4.6.6各参数优化前后的数值表 26 4.4.6.7小结 27 结论27致谢27参考文献27精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 29 页引言汽车悬架是汽车一个非常重要的部件。汽车悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切
2、传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。另外，悬架系统能配合汽车的运动产生适当的反应，当汽车在不同路况作加速、制动、转向等运动时，能提供足够的安全性，保证操纵不失控。所以，悬架是汽车底盘中最重要、也是汽车改型设计中经常需要进行重新设计的部件。汽车行驶中路面的不平坦、凸起和凹坑使车身在车轮的垂直作用力下起伏波动，产生振动与冲击；加减速及制动和转弯使车身产生俯仰和侧倾振动。这些振动与冲击会严重影响车辆的平顺性和操纵稳定性等重要性能。悬架作为上述各种力和力矩的传动装置，其传递特性能的好坏是
3、影响汽车行驶平顺性和操纵稳定性最重要、最直接的因素。只有当汽车底盘配备了性能优良的悬架，才会得到整车性能优良的汽车。悬架按照结构分大体可以分为独立式悬架和非独立式悬架。非独立悬架具有结构简单、成本低、强度高、保养容易、行车中前轮定位变化小的优点，但由于其舒适性及操纵稳定性都较差，在现代轿车中基本上已不再使用，多用在货车和大客车上。独立悬架是每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬架悬挂在车架或车身下面的。其优点是：质量轻，减少了车身受到的冲击，并提高了车轮的地面附着力；可用刚度小的较软弹簧，改善汽车的舒适性；可以使发动机位置降低，汽车重心也得到降低，从而提高汽车的行驶稳定性；左右车轮单独跳动，互不相干
4、，能减小车身的倾斜和震动。不过，独立悬架存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点。现代轿车大都是采用独立式悬架，按其结构形式的不同，独立悬架又可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式悬架等。麦弗逊悬架因为其结构简单、制造成本低、节省空间方便发动机布置等优点被广泛地运用。大到宝马M3，保时捷911 这类高性能车，小到菲亚特STILO ，福特 FOCUS ，甚至国产的哈飞面包车前悬挂都是采用的麦弗逊式设计。当前，中国汽车企业大多侧重于汽车整车的研发，而忽视了汽车主要零部件和相关配套产业的提供。然而从某种意义上讲，整车对于汽车产业不是最重要的，最重要的还是汽车关键零部件的创新和发展。关键零部件
5、的科技含量综合体现汽车整车的创新能力和品牌建设能力。我国在底盘的集成设计及开发领域开发设计起步较晚，设计和制造水平远远落后于国外发达国家。国内大多数整车及零部件制造企业都没有掌握悬架系统的自主设计和开发技术，大多数为引进外国技术进行复制开发和生产，几乎可以说国内企业的底盘技术基本上都是照搬过外的，没有任何自己的技术。在现代的工程研究领域，计算机仿真己成为热门研究课题。借助计算机的快速计算能力，人们不仅可以求出所需要的数值结果，还可以模拟出工程中的具体情况，以便人们可以直观的进行分析研究，我们称为计算机仿真技术。今天的机械系统仿真技术研究中，大多以多体系统理论作为研究上的理论基础。计算多体系统动
6、力学的产生极大地改变了传统机构动力学分析的面貌，使工程师从传统的手工计算中解放了出来，只需根据实际情况建立合适的模型，就可由计算机自动求解，并可提供丰富的结果分析和利用手段；对于原来不可能求解或求解极为困难的大型复杂问题，现可利用计算机的强大计算功能顺利求解；而且现在的动力学分析软件提供了与其它工程辅助设计或分析软件的强大精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 29 页接口功能，它与其它工程辅助设计和分析软件一起提供了完整的计算机辅助工程(CAE) 技术。本文首先通过查阅相关资料以及到实验室进行实地观察以了解麦弗逊悬架的结构。以
7、某实际车辆所给出的整车参数，运用传统设计方法进行了麦弗逊悬架的结构设计，得出了悬架各主要部分螺旋弹簧以及减振器的基本参数。运用autocad 软件画出了麦弗逊悬架的整套图纸，对悬架的各细节部分作出了基本完善。在此基础上，运用三维建模软件proe 画出了麦弗逊悬架的整体结构。最后利用仿真软件 ADAMS对悬架系统进行了仿真分析，接着对悬架系统中的有关安装，长度，位置的16 个参数（变量）进行了优化分析，使得悬架的各定位参数都能达到要求的范围内。基本上完成了麦弗逊悬架的设计。通过本次研究，完成了麦弗逊悬架的绘制，建立了麦弗逊悬架的三维模型，能够对建立起的系统进行仿真分析，能够得出悬架各个参数对悬架
8、性能的影响图形。希望对麦弗逊悬架的设计方法是一个有益的探索。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 29 页第一章麦弗逊悬架的结构设计1.1 主要技术参数的选择1 ： 外 形 尺 寸（mm）长宽高 591019932375 2：轴距（ mm）3670 10： 排 放 依 据标准GB17591-2005 中国 III 阶段GB3847-2005 3：前轮距（mm）1710 11： 钢 板 弹 簧片数（前 /后）-/3 4 ：后 轮 距（mm）1716 12： 整 备 质 量（kg）2730 5 ： 前 悬 / 后 悬（mm）100
9、5/1235 13：驱动形式前置后驱6：轴荷（数目与轴数对应）（ kg）1730/2250 14： 最 高 车 速（km/h）130 7：轴数2 15：排放水平国 III 8:轮胎数4 16： 防 抱 死 制动系统ABS 9：总质量（ kg）3980 17： 发 动 机 型号25.生产企业17SOFIM8140.43S3 南 京 依 维 柯 汽车 有 限 公 司 发动机分公司2798 92 轮胎规格：215/75R16LT 215/75R16CT 1.2 确定悬架刚度若不考虑轮胎和减震器的影响，则车身固有频率n0，可按下式计算。n0=0/2=（HZ）式中 0-固有角振动频率， rad/s； C
10、- 悬架刚度， N/m；M-簧载质量， kg。由实验得知，为了保持汽车具有良好的平顺性，车身振动的固有频率应为人体所习惯的步行时身体上、下运动的频率11.4HZ 。车身固有频率n0低于3HZ 就可以保证人体最敏感的48HZ处于减振区。 n0值越低，车身加速度的均方根值越小。但在悬架设计时，n0值不能选的太低，这主要是n0值降低，悬架的动挠度fd就增大，在不知上若不能保证足够大小的限位行程，就会使限位块撞击的概率增加。另外，n0值选得过低，悬架设计不采取一定措施，就会增大制动“点头”角和转弯侧倾角，使空、满载时车身高度的变化过大。n0值低于1HZ 时，还会引起晕车的低频振动能量增大。根据货车固有
11、频率n0的实用范围精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 29 页1.52HZ。因为该车整备质量是2730kg，总质量是3980kg，加载到前悬架的质量是1186kg 和 2730kg，为了保证汽车能在两个工况下n0都能在实用范围内，并且因为汽车经常是在静挠度附近作小幅度的振动，故应将静挠度副近的悬架刚度选得较低。这里选定悬架刚度c 为 80000N/m。1.3 螺旋弹簧的结构设计1.3.1 螺旋弹簧的工作条件。1. 若 要 求 该 车 的 车 轮 上 下 跳 动 的 距 离 为70mm的 话 ， 根 据 计 算l=mg/c=5
12、98*9.8/80000=0.07232m=72.32mm 可知该弹簧一直工作在压缩状态。2.最大工作负荷 P2=1005kg 3. 弹簧受动载荷的作用。1.3.2 弹簧的结构、材料、加工为了保证弹簧端部和弹簧座良好接触。采用弹簧端部磨平的形式。弹簧选用 II 级精度，决定采用热扎弹簧钢60Si2MnA,加热成型，而后进行淬火，回火等处理。1.3.3 弹簧直径及钢丝直径当弹簧仅受轴向载荷 F2=13659.8=13377 因为 =8F2KC/(d2)= p 故 d1.6 式中 p -弹簧的许用应力，查表得p=471MPa C-旋绕比，取 C=6.5 K-曲度系数， K=+=1.23 由此可得的
13、24.11mm 取 d=27.7mm 因为 C=，得 D2=180 D2-弹簧中径1.3.4 弹簧的工作圈数n=Gd4F2/8P2D32=8.58 G-剪切弹性模数为 7600kgmm2 P2-弹簧上跳至顶点时的载荷取为最大载荷的1.8 倍取 n=9 1.3.5 弹簧的刚度k= Gd4/8nD32=104.42N/mm 1.3.6 弹簧其他参数计算弹簧外径D=D2+d=180+27.7=207.7 弹簧内径D1=D2-d=140-23=152.3 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 29 页总圈数N1=n+1 /4+1=9+
14、1 /4+1=10.25圈节距t=(0.280.5) D2=0.3自由高度H0=pn+1.5d=42419.6 压并高度Hb=(n1-0.5)d=(10.25-0.5)螺旋导角 =arc tan(p/D2)=5.3展开长度L=D2n1/cos =5820.7 1.3.7 弹簧的校验压缩螺旋弹簧轴向变形较大时，会产生侧向弯曲而失去稳定性，特别是弹簧自由高度超过弹簧中径的4 倍时，更容易产生这种现象，因而设计时要进行稳定性计算。高径比 b=H0/D2=419.6/180=2.33 应具有足够的摆角，以满足车轮上、下跳动的要求2 较小的摩擦力矩是确保转向轻便性和易操纵性的重要因素3 不应有引起车轮摆
15、振和异常声的间隙4 密封性能良好，以保证球头销在泥水及高、低温环境下能正常使用5 应具有足够的强度及耐久性，以承受车轮传来的力和振动麦弗逊悬架的球头销不受簧上载荷，所以采用不承受簧上载荷型，其结构如图：球头销和控制臂做成一体。1.7.2 橡胶衬套因为该车是货车，对平顺性的要求不够高，故采用整体式橡胶衬套，它结构简单而且经济。其结构如图。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 29 页1.7.3 支撑胶垫麦弗逊悬架中，螺旋弹簧及减振器通过支撑胶垫与车身连接，以隔绝车轮传来的振动和冲击。整体式支撑胶垫的结构形式如图1.7.4 横向
16、稳定杆横向稳定杆采用国内使用较多的60Si2MnA 材料。结构采用通常的结构。形式如图。1.7.5 缓冲块采用多孔聚氨脂材料，它具有质量小，变形大能更好地吸收冲击载荷。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 29 页第二章 麦弗逊悬架的三维建模2.1 proe 软件简介Pro/engineer 是美国参数技术公司（ PTC ）旗下的 CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。 Pro/engineer 软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件。
17、Pro/engineer 第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有版块。2.2 建模思路通过二维图纸提供的数据，分别建立麦弗逊悬架各个零件的三维图。在建立的过程中可以反过来再次对二维图进行修正。最后将各零件装配起来。不仅如此，还要建立测试台，以方便仿真过程中添加激励。因为麦弗逊悬架是独立悬架，所以只需装配一半即可。在本文只添加垂直方向上的激励。所以只要在轮胎下面添加一个平板型的实验台。另外，本文只处理麦弗逊悬架几何参数对其定位参数的影响。所以，悬架各零件的几何参数是非常重要的，两处的球头销的长
18、度也是不可以忽视的。而像螺旋弹簧、防尘罩、横向稳定杆等不改变悬架运动几何参数的零件则可以不进行装配。根据以上原则，选择了10 个零件。零件清单如下序号零部件名称Part 名称 1 转向节Zhuanxiangjie 2 球销 1 Xiao1 3 转向拉杆Zhuanxianglagan 4 球销 2 Xiao2 5 减振器上端Jianzhenqishangduan 6 减振器下端Jianzhenqidaduan 7 轮辋Lunwang 8 轮胎Luntai 9 A 型臂Axingbi 10 实验台Shiyanban 2.3 proe 建立的模型精选学习资料 - - - - - - - - - 名师
19、归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 29 页主视图侧视图轴视图 2.4 三维模型的导入Proe 建立的几何模型要导入ADAMS中可以运用两种方法，第一种方法，在 proe 环境中保存为 .Txt 形式的副本再在 ADAMS中添加各 part 的各参数，运用这种方法，失真率很大，且失真情况不可以预料，导致很多的part 只显示一部分，实体变曲面，而且仿真分析中界面显得相当乱。所以本文没有用该方法。第二种使用接口软件Mech/pro2005 ，Mech/pro2005是衔接 adams 和 proe 之间的桥梁，使用者不必退出proe 应用环境直接就可以将装配好的总成导入到ada
20、ms 软件之中，而且失真率几乎为0，且画面干净。这里就要使用接口软件Mech/pro2005 ，通过接口软件的导入，ADAMS软件生成麦弗逊悬架物理模型。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 29 页第三章 麦弗逊悬架运动仿真3.1 ADAMS软件简介ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)软件，是由美国机械动力公司 (MDI：Mechanical Dynamics Inc现已经被 MSC公司合并 )开发的机械系统动态仿真软件。ADAMS 软件使用交互图形环
21、境和部件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型。其求解器采用多体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。 ADAMS 仿真可用于估计机械性能、运动范围、碰撞检测、蜂值载荷以及计算有限元的输入载荷等。ADAMS 软件提供了多种可选模块，核心软件包包括交互式图形环境ADAMS View(图形用户界面模块 )、ADAMS Solver( 仿真求解器 )和 ADAMS Postprocessor( 专用后处理 )；此外还有ADAMS FEA( 有限元接口 )、ADAMS Animation(高级动画显示 )、ADAMS IGES
22、( 与 CAD 软件交换几何图形数据)、ADAMS Control(控制系统接口模块 )、ADAMS Flex(柔性体模块 )、ADAMS Hydraulics(液压系统模块)等许多模块。尤其是ADAMSCAR( 轿车模块 )、ADAMS ENGINE( 发动机模块 )、ADAMS TIRE( 轮胎模块 )等使 ADAMS 软件在汽车行业中的应用更为广泛。ADAMS软件一方面是机械系统动态仿真软件的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟样机进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是机械系统仿真分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊机械系统动态仿真分析
23、的二次开发工具平台。在产品开发过程中，工程师通过应用ADAMS 软件会收到明显效果：分析时间由数月减少为数日；降低工程设计和测试费用；在产品制造出之前，就可以发现并更正设计错误，完善设计方案；在产品开发过程中，减少所需的物理样机数量；当进行物理样机测试有危险、费时和成本高时，可利用虚拟样机进行分析和仿真；缩短产品的开发周期。用户使用ADAMS软件，可以自动生成包括机、电、液一体化在内的任意复杂系统的多体动力学数字化虚拟样机模型。ADAMS 软件能为用户提供从产品概念设计、方案论证、详细设计到产品方案修改、优化、实验规划甚至故障诊断整个阶段、全方位、高精度的仿真计算分析，从而达到缩短产品开发周期
24、、降低开发成本、提高产品质量的目的。由于ADAMS 软件具有通用、精确的仿真功能，方便、友好的用户界面和强大的图形动画显示能力，所以该软件已在全世界数以千计的著名大公司中得到成功的应用。另外，使用ADAMS 建立虚拟样机非常容易。通过交互的图形界面和丰富的仿真单元库，用户快速地建立系统的模型。ADAMS 软件与先进的CAD 软件(CATIA 、UG、PRo E)以及 CAE 软件(NASTRAN 、ANSYS) 可以通过计算机图形交换格式文件相互交换以保持数据的一致性。ADAMS 软件支持并行工程环境，节省大量的时间和经费。利用ADAMS 软件建立参数化模型可以进行设计研究、实验设计和优化分析
25、，为系统参数优化提供了一种高效开发工具。3.2 悬架物理模型对在 proe 中建立的模型必须做一部分的简化（1）悬架各部分均被认为是刚体，在运动过程中不发生变形，悬架各部分除了轮胎外都被认为是铁质的。（在本研究中物体的材质对实验结精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 29 页果实际并无影响）（2）不考虑物体之间连接处的间隙。（3）不考虑橡胶垫和橡胶衬套带来的影响。（4）不考虑运动副之间的摩擦力。（5）车身相对于地面静止。3.3 部件之间运动副的建立各连接处的约束副如下表序号连接位置约束类型 1 车身减振器上端球铰 2 减振器
26、上端减振器下端圆柱副 3 减振器下端转向节固定副 4 转向节轮辋转动副 5 轮辋轮胎固定副 6 转向节球销 1 固定副 7 球销 1转向拉杆球铰 8 转向拉杆车身球铰 9 转向节球销 2 固定副 10 球销 2A 型臂球铰 11 A 型臂车身转动副 12 轮胎实验台点面约束副 13 实验台地面圆柱副3.4 驱动副的添加本文在此仅就车轮垂直跳动时麦弗逊悬架的运动学特性进行仿真分析，测试台施加一个驱动约束，其方程为：S=50*sin(360d*time)，如图所示。从图中可以看出，车轮的跳动的行程为50mm，其中，正值表示车轮上跳，负值表示车轮下落。车轮跳动随时间的变化3.5 悬架的运动仿真3.5
27、.1 悬架的定位参数前悬架的运动学分析通常是指对前轮定位参数随车轮跳动时的变化情况的分析。转向轮、转向节和前轴或下摆臂三者构成悬架的导向机构，它们之间装配要具有一定的相对位置，这种具有一定相对位置的装配关系叫做前轮定位。前轮定位参数通常包括前轮外倾角(Camber Angle)、车轮前束 (Toe Angle)、主销后倾角 (Caster Angle)、主销内倾角 (KingpinInclination)、轮距 (Wheel Track) 或精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 29 页车轮侧滑 (Wheel Lateral
28、 Travel) 、主销偏移距 (Scrub Radius) 及主销后倾拖距 (Caster)等等。3.5.1.1 前束及其变化汽车的前束角是汽车纵向中心平面与车轮中心平面和地面的交线之间的夹角。如果车轮的前部靠近汽车纵向中心平面，则前束为正值；反之则为负值。为了不因轮胎的侧偏而使磨损加剧、滚动阻力增大以及直线行驶能力受到损害，在汽车行驶中，无论在车轮下落还是上跳时，保持前束不变或变化幅度较小非常重要，这比在汽车静止时有一个正确的前束更为重要。换言之，设计上希望在车轮上下跳动时，前束保持不变。车轮上跳及下跳时的前束变化对车辆的直线稳定性、车辆的稳态响应特性有很大的影响，是汽车悬架的重要设计参数
29、之一。侧倾时的前束变化也称侧倾转向。前束变化的较理想设计特性值为：前轮上跳时，为零至负前束（-0.5/50mm）。麦弗逊悬架仿真时的前束变化如下图X车轮跳动量（ mm）Y前束变化（度）可以看出：1：悬架模型的前束变化为1.25左右，变化较大，需进一步进行调整。3.5.1.2 车轮外倾角及其变化车轮外倾角是通过车轮中心的汽车横向平面与车轮中心平面的交线与地面的垂线之间的夹角。通常对车轮外倾角的定义是指车轮的上端倾向或者倾离车身的角度。负值的外倾角度指车轮上端向内倾，正值的外倾角指车轮上端向外倾。在转向节的设计中确定车轮外倾角的大小。设计时使转向节轴颈的轴线与水平面成的角度，该角度就是前轮外倾角。
30、车轮外倾角是影响汽车操纵稳定重要参数，车轮上跳及车轮回落时的外倾变化对车辆直线行使稳定性、稳态转向特性和轮胎的磨损等都有较大影响。综合考虑转向性能和直线稳定性车轮上跳和下跳时外倾变化应有一个适当的范围。而对于外倾变化，不同悬架结构有较大的差异，一般上跳时对车身的外倾变化为 -2+0.5/50mm 较为适宜 . 麦弗逊悬架仿真时的车轮外倾变化如下图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 29 页X车轮跳动量（ mm）Y车轮外倾变化（度）可见：外倾角的变化范围为0.9 左右，变化范围较小，符合要求。但是悬架模型车轮的外倾最大值需进
31、一步调整。3.5.1.3 主销后倾角及其变化从汽车的侧面看，主销轴线(或车轮转向轴线 )从垂直方向向后或向前倾斜一个角度称为主销后倾或前倾。在纵向垂直平面内，主销轴线与地面垂直线之间的夹角，称为主销后倾角口。向垂线后面倾斜的角度称为正后倾角，向前倾斜的角度称为负后倾角。主销后倾角对转向时的车轮外倾变化影响较大：假若主销后倾角设计较大，则外倾转向轮的外倾角会向负方向变化。因此，当前轮主销后倾角较大时，需增加前转向轮转向时所必须的横向力，以抵消外倾推力。这样车辆的不足转向特性较弱，最大横向加速度会增大，轿车的主销后倾角一般为：前置前驱动车03，前置后驱动车310麦弗逊悬架仿真时的主销后倾角变化如下
32、图X车轮跳动量（ mm）Y主销后倾变化（度）可见：1该模型的主销后倾角的变化范围不大，符合要求。2. 该模型的主销后倾角达不到规定范围，需进一步调整。3.5.1.4 主销内倾角及其变化在汽车的横向平面内，主销轴线与路面垂线之间的夹角称为主销内倾角。主销轴线上侧向内倾时为正，反之为负。由制动力所引发的绕转向主销轴的回精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 29 页正力矩一般来说左右轮是相等的，同时与转向拉杆的内力平衡。然而，当路面摩擦系数不同而引起左右车轮制动力不同时，或呈对角线布置的制动管路一侧系统失效后，就会有力传至转向盘。
33、因此，当转向主销漂移距较大的情况下需抓紧转向盘。多数前轮驱动车的制动管路均为x 布置，在这种情况下，为防止抓紧转向盘及使车辆正常停车，转向主销偏移距多设计成负值。在实际设计中，转向主销内倾角及偏移距大小收到结构的限制，大致的范围为转向主销内倾角为713，希望取较小的数值。麦弗逊悬架仿真时的主销后倾角变化如下图X车轮跳动量（ mm）Y主销内倾变化（度）可见：1. 主销后倾角的变化范围不大2.主销后倾角的大小达不到规定范围。3.5.1.5 轮距及其变化这里的轮距指的是随着车轮的上下跳动轮胎接地点产生的横向位移。从减少轮胎磨损等因素考虑，轮距最好不发生变化。然而，在一般的独立悬架系统中，由于结构上的
34、原因，轮距不变是不可能的。一般车轮跳动50mm时，要求轮距变化为 -10 mm+10mm。麦弗逊悬架仿真时的轮距变化变化如下图X轮距变化（ mm）Y主销内倾变化（度）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 29 页可见轮距变化在 1cm 左右，符合要求，但应在允许的范围内，尽量减小。第四章 麦弗逊悬架参数优化精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 29 页 4.1 ADAMS参数化设计介绍ADAMS 软件提供了强大的参数化建模功能。在创建模型是确定关键变量，只
35、需改变系统模型中有关参数就可以快速方便的了解设计变量对样机性能的影响，然后再对各种设计变量参数优化实验分析，得出最优化的方案。ADAMS中提供了 3 种类型的参数化分析方法。1） design study(设计研究 )：设计研究的主要内容就是在创建好参数化模型后，当取不同的设计变量或改变其大小时，虚拟样机的性能怎样发生改变。在设计研究过程中，设计变量在一定范围内进行不同取值，进行一系列仿真分析，然后输出各次仿真分析结果。2） design of experiment（实验设计）：实验设计的主要内容是考虑当多个设计变量同时发生变化时，各设计变量对样机性能的影响。使用实验设计模块可以大大提高所获结
36、果的可信度，并且方便快捷地更好理解和优化系统性能。3） optimization （优化）：优化是值在系统变量满足约束条件下是目标函数去最大值或者去最小值。目标函数可以用数学公式俩表示模型的质量等。目标函数中的设计变量作为未知量，当期发生改变的时候会导致目标函数的变化，在优化分析过程中，对设计变量的变化范围进行一定的限制，保证最优设计处于合理的取值范围之内。4.2 设置麦弗逊悬架各参数的思路本实验首先选取 5 个设计点的 15 个坐标值和一个旋转副的1 个方向共计 16 个参数作为变量。要同时将16 个参数运用实验设计进行优化分析是很困难的，难度来自两个方面。1.要进行实验设计首先要确定各个变
37、量的范围，各变量的范围除了受实际布置的影响外，还要受到悬架本身结构的限制，比如，麦弗逊悬架的转向横拉杆、转向节、A 型臂和车架组成了一个四连杆结构。可知，四连杆机构本身即有自己的运动规律。若是组成杆子的长度不合适，都不能保证转向节能向上运动50mm。2.运算次数过多。如果把每个参数取两次，即最大，最小值，这种方法是最粗糙的处理方法，但是系统就得运算216=65536 次，要做出如之多的曲线来，势必造成曲线量过大，运算时间过长，且也不适用，毫无必要。所以本实验决定先采用设计研究的方法，找出影响各定位参数最重要的变量，去掉影响不大的变量，这里的判断标准为，该变量能将测量值影响到原来值的10%即为重
38、要标量，否则就为不重要变量。在这里，各变量首先取较小的变化范围，如果初值不为0，分别取到变量的90%和变量的 110%，如果是初值为0，角度为 -5+5，长度为 -10+10。后面可以依情况修改参数的变化范围，以使各定位参数达到规定的范围。接着，把影响某个定位参数最重要的变量集合到一起进行设计研究。使各定位参数能够达到理想的范围。最后，把影响定位参数不大的变量综合到一起，验证此时定位参数的实际变化能不能达到规定范围。 4.3 麦弗逊各关键点的选择对麦弗逊悬架结构示意图进行分析可知，麦弗逊悬架有五个点是非常重要的。第一，减振器上端和车架连接点。这里定义为a 点，它的三个坐标值为三个变量， ax、
39、ay、az。a 点是决定主销的端点之一，是决定定位参数最重要的关键点之一。第二，转向拉杆和转向节的连接点。这里定义精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 29 页为 b 点，它的三个坐标值为三个变量，bx，by，bz。b 点是组成四连杆的关键点，能决定各定位参数的变化。第三，转向拉杆和车架的结合点。这里定义为c 点，它的三个坐标值为三个变量，cx，cy，cz。c 点也是组成四连杆的关键点，它和b 点决定了转向拉杆的长度、位置。第四，转向节和 A 型臂的结合点，定义为d 点。三个坐标定义为dx、dy、dz 三个变量。同样， d
40、点是四连杆的关键点，同时它也是组成主销的端点之一，在车轮跳动时，它随着跳动，是影响定位参数最大的关键点。第五， A 型臂和车架的结合点，虽然A 型臂和车架应该有两个结合点，但是，他们都是在一根轴线上做转动，所以取为两个结合点中间处。该处的旋转副的方向需要被考虑成变量，定义为exfangxiang 。 4.4 各变量对各定位参数的影响。下面以每个不在理想范围的定位参数为优化目标，用每一个变量进行设计研究，找出影响该定位参数的最重要的变量。当中，每个变量的取值为5次。 4.4.1 车轮前束的优化有前面的仿真分析可知，车轮上跳是前束的绝对值应该减小。下面实验变量 ax 对前束的影响。 ax 的标准值
41、是240，设计研究中取到的值分别是216，228，240，252，264 取得的五条线分别如下图，可见ax 变量最小值对前束的影响超过了10%，对前束而言，是一个重要变量。而且可以看出ax 的值取得较小对前束达到规定范围是有效的。所以在此修改变量的范围为 216250。用相同的办法，验证其他的变量。用这种方法得到的重要变量有ax、az。并且取较小的值能得到较理想的变化。然后运用实验设计的方法优化这两个变量，每个变量取三个不同的值，共实验9 次。即：Trial qiansu ax az 1 -4.6451 216.00 -10.000 2 -0.096047 216.00 0.00000 3 0
42、.037819 216.00 10.000 4 -0.67023 240.00 -10.000 5 -0.65689 240.00 0.00000 6 -0.83422 240.00 10.000 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 29 页 7 3.7077 264.00 -10.000 8 2.9057 264.00 0.00000 9 3.9724 264.00 10.000 得到的变化曲线是可以看出，两个变量联合起来对前束的影响是很大的，其中Trial2，即ax=216.00 ，az= 0.00000时符合规定的范
43、围，即上跳的过程中，前束基本保持不变，且成弱的负前束（绝对值不大于0.5）。4.4.2 车轮外倾角的优化运用同样的方法，首先找出影响车轮外倾角的重要变量，它们分别是ax取值范围是 242262，标准值是 252。bz 取值范围为 -125-115，标准值是 -115。cz 取值范围是 -140-120 标准值是 -130。dy 取值范围是 -270-250 标准值为 -260。ex 取值范围是405425，标准值是415。ey 取值范围是 -240-220，标准只是 -230。Exfangxiang 取值范围是 -100，标准值是 -5。因为影响车轮外倾角的重要变量为7 个，数量也足够大，所以
44、决定采用优化的方法进行优化。得出的优化图为：可以看出在这个范围内的取值都是在规定范围内的。各变量的取值为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 29 页4.4.3 主销后倾角的优化运用同样的方法，首先找出影响车轮外倾角的重要变量，它们分别是ax,变化范围是 216264，标准值是 240。ay,变化范围是 702858，标准值是 780。az,变化范围是 1020，标准值是 15。by,变化范围是 20-40，标准值是 30。dy,变化范围是 -270-250，标准值是 -260。dz,变化范围是 -60-50，标准值是 -5
45、5。其中最重要的变量时dz，下面是主销后倾角相对于dz 的变化曲线，可以看出对所有曲线来说，dz 影响主销后倾角的变化范围非常大，而就每条曲线来说，变化范围却不大，正好符合主销后倾角所希望的变化形式。也就是说， dz 的变化对主销后倾角的变化是绝对的，所以只修改dz的值，对主销后倾角进行优化。dz,变化范围是 -60-50，标准值是 -55。另外，变量exfangxiang 影响主销后倾角较大，但是，该变量的改变导致主销后倾角的变化范围增大，不利于车辆的操纵稳定性。所以该变量仍取为 0. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共
46、 29 页主销后倾角优化后的图如下：可以看出 trial1、trial2 真好符合主销后倾角的变化范围。4.4.4 主销内倾角的优化同主销外倾角的情况一样，dx 对主销内倾角的影响从所有曲线来说，影响很大，从单条曲线来说，曲线的变化很小。正好符合主销内倾角所要求的变化。取 dx 的变化范围是100110，标准值为 105。运用设计研究方法得到的曲线如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 29 页可见， dx=110时，主销后倾角的变化范围符合标准。4.4.5 轮距优化运用同样的方法，首先找出影响轮距变化的重要变量，ax，
47、变化范围是 250255，标准值是252。dy，取值范围是-265-255，标准值是 -262。ex,变化范围是 540560，标准值是 550。运用实验设计得到的优化图形如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 29 页可以看到第 24 项，轮距的变化优化到了3.2479。能符合规定的范围。4.4.6 各定位参数同时优化。同时优化所有定位参数的定位参数时，可以从变量对定位参数的影响来看，这样可以找出某个定位参数对某个定位参数是有绝对影响的情况。比如dx对主销内倾是有绝对影响的，而对其他定位参数基本无影响，dz 对主销后倾
48、角是有绝对影响的，而对其他定位参数无影响。ex 对轮距变化有绝对影响。可以首先确定这些参数，使其对应的定位参数能够达到规定的范围内。在这些参数定好后，在运用设计研究、实验设计的方法来优化各参数，最后优化后得到的图形如下。 4.4.6.1 前束优化后的图形：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 29 页其中，红线为优化前，蓝线为优化后。可以看出，优化后的前束值变化范围小，呈弱的负值。优化前，前束随着车轮跳动变化混乱，在车轮上跳和下跳时，前束值不同，在不同的上跳下跳前束值也不同。优化后，前束变化单一。4.4.6.2 车轮外倾角优
49、化后的图形：其中，红线为优化前，蓝线为优化后。可以看出，优化后的车轮外倾角变化范围更小。同前束的变化一样，由原来的混乱状况变得更加单一。其值更符合理想的变化曲线4.4.6.3 主销后倾角优化后的图形：其中，红线为优化前，蓝线为优化后。可以看出，优化后的主销后倾角整体向上移动了3.2。符合理想的主销后倾角的变化范围，310且取其较小值。4.4.6.4 主销内倾角优化后的图形：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 29 页其中，蓝线为优化前，红线为优化后。可以看出，优化后的主销后倾角整体向上移动了4左右。符合理想的主销后倾角的变
50、化范围，713且取其较小值。4.4.6.5 轮距优化后的图形：其中，红线为优化前，蓝线为优化后。可以看出，优化前的轮距变化为1cm 左右，优化后的轮距变化变为了5mm 左右，对减小轮胎的磨损作用很大。4.4.6.6 各参数优化前后的数值表变量优化前数值优化后数值 ax 242.58 245.0 ay 778.05 780.0 az 0.0 0.0 bx 165.0 165.0 by 19.09 40.0 bz -117 -300.0 cx 545.0 800.0 cy 6.0 5.0 cz -117.0 -118.0 dx 172.0 115.0 dy -238.12 -237.0 dz 0.
51、0 -57.0 ex 460.0 700.0 ey -260 -257.0 ez 0.0 0.0 exfangxiang 0.0 0.0 4.4.6.7 小结本章通过建立设计点，参数化模型的方法，运用ADAMS软件中提供的三种优化方法对建立好的三维模型进行了优化分析。优化后的悬架各定位参数都能达到理想的变化范围，对车辆的操纵稳定性、行驶平顺性都将带来很大的提高。达到了预期目的。结论全文总结本论文以某车辆实际给出的参数，首先运用传统的设计方法计算设计出了该车的悬架结构。运用autocad 软件画出了麦弗逊悬架的装配图和有精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -
52、- - - -第 28 页，共 29 页关的零件图，对悬架的结构进行了完善。接着运用平面图给出的数据在proe 软件中建立了麦弗逊悬架的三维模型。将三维模型导入了仿真软件ADAMS当中，对建立的悬进行了仿真分析，对各参数进行了优化。最后将悬架的各定位参数优化到了理想的范围内。本文给出了麦弗逊悬架设计的较完整的过程。研究展望1. 本文只是根据该车给出的整体参数进行设计的，如果车辆其他部件的位置确定了，该设计就要有很大的改动。所以最好给出该模型能达到要求时的各参数范围。2. 运用 ADAMS仿真中，轮胎被简化成了刚体，希望今后的研究能原成弹性体。各处的橡胶衬垫也别忽略了，应该加以分析。3. 在运用
53、 ADAMS软件进行优化分析时，处理各变量还显得较混乱，要有统一的方法，明确的标准。4. 悬架的定位参数优化分析完后，还要对悬架的结构进行变化。致谢本次毕业设计是对我大学四年所学知识的一次全面考验，也是对即将走向社会的我们的进行的一次有效的锻炼。回顾这场毕业设计，我觉得受益菲浅：它让我体会到做研究不仅要具有细心、专心和耐心的精神，更多的是要有一颗平静的心来面对一系列可能遇到的困难。本文是在陆森林老师悉心指导下完成。感谢所有帮助过我的老师、同学和关心我的朋友们 !是他们辛勤的汗水才换来今天的这一切，在此表示最最衷心的感谢！参考文献1廖力成，基于多体系统动力学的麦弗逊悬架运动学仿真与优化设计 20
54、09 2时陪成等，麦弗逊式独立悬架运动分析，机械传动，2008,01,84 85 3夏长高等，麦弗逊悬架运动学分析与结构参数优化，农业机械学报，2005,12 4卞学良，麦弗逊悬架转向机构优化设计，中国公路学报，2003,4 5邓兆翔，麦弗逊悬架刚度对汽车稳态转向特性的影响，Journal Of Chongqing University,2006,11 6张俊，麦弗逊前悬架的虚拟设计及优化，科研设计，2006，5 7A.Eskandari,O.Mirazadeh,Optimization of a McPherson Suspension System Using the Design of Experiments Method,2006,1 8Hee G,lee.Chong JDesign Sensitivity Analysis and Optimization of McPherson Suspension Systems,Proceedings of the World Congress on Engineering 2009,3 10王望予汽车设计 M北京：机械工业出版社，2004 11刘惟信汽车设计 M北京：清华大学出版社，2001 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 29 页
