前双横臂独立悬架的建模仿真与改进设计
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摘要
随着汽车的逐渐普及,用户对汽车性能的要求越来越高,在获得良好的动力性和经济性的同时,还要求具有良好的操纵稳定性和行驶平顺性。传统的钢板弹簧式悬架已难以满足汽车行驶舒适性和操纵稳定性等方面提出的要求,因而在轻型载货车及轻型客车上推广使用独立悬架,尤其是双横臂独立悬架得到较大的发展。所以,研究双横臂独立悬架是非常必要的。
    汽车本身是一个复杂的多体系统,外界载荷的作用更加复杂,加上人—车—环境的相互作用,给汽车系统动力学研究带来了很大困难,由于理论方法和计算手段的限制,在过去不得不把模型进行较多简化,以便使问题能够用古典力学的方法人工求解。这导致汽车许多重要特性无法得到较精确的定量分析。计算机技术的迅速发展,使我们在处理上述问题方面产生了质的飞跃。
    机械系统分析软件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)是世界上应用广泛的机械系统动力学仿真分析软件。其中,在汽车工业中的应用最为广泛,目前已成为世界各主要汽车公司及其零部件供应商的主要动力学仿真软件。对于机械系统的模型的建立,可以不再为机械系统的复杂而烦恼,因为我们运用ADAMS软件所要做的仅仅是将实际系统抽象为物理模型,并且将物理模型在ADAMS软件的平台上表现出来,剩下的诸如建立数学模型,求解都由ADAMS软件来完成。
    本文概述了悬架的基础,双横臂独立悬架研究的必要性、发展趋势; 阐述多体理论以及多体软件ADAMS 的运动学、动力学计算方法,这是对应用多体软件ADAMS 来解决汽车悬架问题的必要了解;综述悬架分析的
    
    
    基本知识,给出本文中的悬架主要性能分析参数的数学模型,这在以前的文献中很少有人论述。
    最后,详细给出了某车的前悬架、转向系的各种数据,应用ADAMS软件建立了某车的前双横臂独立悬架模版,及转向系模版,然后建成子系统,最后通过它们之间的通讯(Communicator),将三者(加上软件系统自带的悬架测试台)联接成五自由度的前双横臂独立悬架总成。
    本文在仿真分析中主要做了如下工作:
    1) 通过对原悬架在车轮上下跳动(-50~50mm)中的仿真运动,输出各主要性能参数的变化曲线,然后对其分析,发现原悬架中存在的问题。在本文中发现了原悬架的制动抗点头、加速抗上仰性能较差,侧倾特性较差。
    2) 针对发现的问题,根据汽车设计、汽车理论的基础理论,提出了相应的解决方案,即:调整原悬架导向机构的定位点坐标,调整扭杆直径、横向稳定杆直径的方案。
    3) 依次对提出的方案进行仿真、分析,研究以上的各种调整方案对悬架及整车主要性能的影响。第一次调整发现推力杆前安装点下调20mm,上控制臂的前、后安装点均上调10mm的方案最佳;在上一步的优化基础上进行第二步调整、仿真、分析,发现扭杆直径选择25mm最佳;在上两步的调整基础上进行第三步的调整、仿真、分析,发现横向稳定杆的直径调为27mm最佳。
    4) 利用解析几何的方法,对原悬架进行车轮跳动时前轮定位参数变化的计算,绘制仿真曲线与理论计算的曲线,看出仿真曲线与计算曲线基本一致,从而验证了模型的正确性、可靠性。
    用ADAMS/Car模块建立三维参数化悬架模型,所以,可以通过改变输入参数的值就可以方便地对悬架进行修改,重新仿真,从而改变车轮定位参数等其他的悬架性能参数变化的规律,可以很方便的对比出调
    
    
    整前后的悬架性能参数的变化优劣。
    本文考虑了关键联结处的橡胶联结、橡胶支撑,考虑了上下缓冲块的作用,从而使模型更精确。当然,模型中的各个杆件多是应用理想的圆柱体来代替;模型中的轮胎参数只有垂直刚度,且是线性化的,这是一种简化处理;模型中的横向稳定杆、扭杆是通过刚度系数来简化的,不是实际的特性文件来表示;文中的各处橡胶衬套特性都是采用软件系统自带的特性文件,而不是采用实际车中的柔性体特性文件;本文中的悬架性能分析基本上是定性分析,很少有量化的分析,这些是本文中有待完善、解决的问题。
    本文是生产、学习与研究的结合,用理论与经验来分析、研究问题,直接与生产实践相结合,可以指导生产实践,为车型改进提供理论依据。文中建立的悬架仿真分析模型对现代的汽车悬架设计、开发、性能评价有重要的指导意义,使设计、开发、性能问题的解决、生产、试验等都更具有针对性。
With the increasing popular use of automobiles, customers seek for better and better performance in autos. In addition to good dynamic and feul economic performance, good handling and stability are also requested. Traditional leaf spring suspensions can’t meet the need of both vehicle ride comfort and handling performance , so Independent Suspension is widely used in light pick-up truck and light passenger car, especially Double Wishbone Independent Suspensions are developed more quickly. For that, it’s very necessary to study Double Wishbone Independent Suspensions.
    Automobile is a complicated mutibody system in itself, action of external load is quite complex, and mutual actions of men, vehicles and environment cause extreme difficulty in researching vehicle dynamics. Owing to limitation to theory methods and calculation instrumentality, men had to simplify vehicle models to manually solve problems with classical mechanics in past. This causes many of vehicle characteristics unable to analyze quantificationally. With the quick development of computer technologies, we can deal with the above problems relatively easily.
    ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)software is widely used in the world, which has become major dynamic analysis software in those big auto corporations. Building up models of mechanical system is already not a difficult thing,we only need to abstract practical system into physical model with ADAMS software. Physical model is then represented in software platform,
    
    
    remaining things, such as building up mathematic models and solving them, are completed by ADAMS software.
    This thesis summarizes suspension basis, necessity of studying Double Wishbone Independent Suspension,its’development trend,and the Multi-body System Dynamics theory, Kinematic and Dynamic calculation method in ADAMS software,basic knowledge of suspension analysis, major parameters’mathematic models of suspension analysis,and so on.
    All required datum about certain vehicle’front suspension and steering subsystem are provided, and build up the vehicle’front double wishbone independent suspension template and steering template with ADAMS/Car, then setting up subsystems,lastly assembly them.
    This thesis majorly completed the following duties:
    Firstly,through the front wheel parallel vertical travel simulation, mapping important suspension parameters and analysizing them, finding out problems of bad Anti-Dive Braking, bad Anti-Lift Acceleration, bad Ride Rate change, bad Total Roll Rate change.
    Second, for the above problems, according to basic theory in auto design, put forth respective solving means, i.e.,change orientating point of original suspension upper and lower arms, change twist-bar diameter, change stabilizer-bar diameter.
    Then, in orderly turn, simulate and analyze each adjusted means, study how each adjusted means influences suspension and full vehicle performance. The first step adjustment finds out the front mount point of lower control arm move down 20mm, and front and
    
    
    rear mount point of upper control arm lift up 10mm is the best choice. Based on the above step action, the second step adjustment ,simulation,and annlysis find out torsion bar diameter 25mm the best alternative. The third step adjustment, simulation,and annlysis finds out cross stabilizer diameter 27mm the best choice.
    Lastly, use the method of analytic geometry, calculate the changes of original suspension orientating parameters with respect to front wheel center bound and rebound, mapping the curves of simulation and theoretical calculationl. Accordance is found between them, so verify that suspension model is correct and reliable.
    3D digital suspension model(parameterized model) built in ADAMS/Car can easily be modified and resimulated through change of input suspension parameter, accordingly, curves of major suspension parameters,for example,front wheel alignments change, so through the difference of pre-regulation and post-regulation ,’worse` and `better` can easily be discovered.
    This thesis acco
引文
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