单纵臂横扭杆独立悬架驱动桥设计研究
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摘要
本文从系统仿真的角度对类菱形新概念电动汽车样车的单纵臂横扭杆独立悬架驱动桥进行了研究。
本文首先简要介绍了汽车悬架系统的基本组成，并重点介绍悬架运动学和弹性运动学对整车性能的影响、系统仿真技术的基本原理、系统仿真软件ADAMS的使用和悬架设计过程中主要性能参数的确定方法。
针对新概念电动汽车样车的单纵臂横扭杆独立悬架，本文计算了它的偏频、线刚度、侧倾角刚度、侧倾中心位置、纵倾中心位置；使用UG软件建立了该悬架的三维模型；使用ADAMS软件建立了悬架的仿真模型，包括多刚体模型和刚柔耦合模型；对多刚体模型进行仿真，研究悬架的弹性特性，发现设计方案中存在的问题——悬架结构左右不对称导致左右轮胎负荷略有不同；针对样车纵摆臂刚性差，容易变形，导致车轮发生大角度内倾的情况，进行纵摆臂的改进，并制造出样件，另外在垂直载荷、侧向载荷、纵向载荷工况下对考虑纵摆臂弹性的刚柔耦合模型进行仿真，研究纵摆臂弹性变形对车轮定位参数的影响，验证了纵摆臂的改进方案是可行的。
在论文中提出该悬架的横向稳定系统的设计方案，计算了横向稳定杆的扭转刚度、悬架在横向稳定杆作用时的侧倾角刚度，完成了该悬架设计理论计算的最后一步任务。
In this paper,from the view of system simulation,the independent suspension drive axle with a single trailing arm and two transversal torsion bars which is used in the prototype of rhombic new conceptual eleetic vehicle was researched.
In this paper.the basic components of automotive suspension system were briefly introduced.The influence that the suspension kinematics and elastic kinematics act on the automotive performance was emphasized discussed. The basic principles of system simulation and ADAMS,the system simulation software were presented.The methods to decide the main performance parameters of a suspension were recommended.
For this independent suspension with a single trailing arm and two transversal torsion bars,this paper calculated its partial frequency,vertical stiffness,roll stiffness,the positions of roll center and pitch center.Its 3D model was built through using UG software.Its simulation model was built by ADAMS software,including multi-rigid-body dynamic model and flexible multi-body dynamic model.Through simulating the multi-rigid-body dynamic model,this suspension's elastic property was researched,and the problem in design scheme was found,which was that the asymmetry of this suspension's left and right side structure resulted in the difference of left and right tire load.For the reason of that the trailing arm's lack of rigidity resulted in its large deformation and large negative camber angle,this trailing arm's improved scheme was presented.and its flexible multi-body dynamic model was simulated in vertical load ,lateral load.longitudinal load working conditions,then the influence that the trailing arm's deformation acted on the wheel's orientation parameters was gained and validated that the trailing arm's improved scheme was feasible.
In this paper,the design scheme of anti-roll stabilizer was presented.The torsion stiffness of anti-roll bar,the suspension's roll stiffness at this stabilizer working were calculated.This was the last task of this suspension design and theoretical computation.
本文首先简要介绍了汽车悬架系统的基本组成，并重点介绍悬架运动学和弹性运动学对整车性能的影响、系统仿真技术的基本原理、系统仿真软件ADAMS的使用和悬架设计过程中主要性能参数的确定方法。
针对新概念电动汽车样车的单纵臂横扭杆独立悬架，本文计算了它的偏频、线刚度、侧倾角刚度、侧倾中心位置、纵倾中心位置；使用UG软件建立了该悬架的三维模型；使用ADAMS软件建立了悬架的仿真模型，包括多刚体模型和刚柔耦合模型；对多刚体模型进行仿真，研究悬架的弹性特性，发现设计方案中存在的问题——悬架结构左右不对称导致左右轮胎负荷略有不同；针对样车纵摆臂刚性差，容易变形，导致车轮发生大角度内倾的情况，进行纵摆臂的改进，并制造出样件，另外在垂直载荷、侧向载荷、纵向载荷工况下对考虑纵摆臂弹性的刚柔耦合模型进行仿真，研究纵摆臂弹性变形对车轮定位参数的影响，验证了纵摆臂的改进方案是可行的。
在论文中提出该悬架的横向稳定系统的设计方案，计算了横向稳定杆的扭转刚度、悬架在横向稳定杆作用时的侧倾角刚度，完成了该悬架设计理论计算的最后一步任务。
In this paper,from the view of system simulation,the independent suspension drive axle with a single trailing arm and two transversal torsion bars which is used in the prototype of rhombic new conceptual eleetic vehicle was researched.
In this paper.the basic components of automotive suspension system were briefly introduced.The influence that the suspension kinematics and elastic kinematics act on the automotive performance was emphasized discussed. The basic principles of system simulation and ADAMS,the system simulation software were presented.The methods to decide the main performance parameters of a suspension were recommended.
For this independent suspension with a single trailing arm and two transversal torsion bars,this paper calculated its partial frequency,vertical stiffness,roll stiffness,the positions of roll center and pitch center.Its 3D model was built through using UG software.Its simulation model was built by ADAMS software,including multi-rigid-body dynamic model and flexible multi-body dynamic model.Through simulating the multi-rigid-body dynamic model,this suspension's elastic property was researched,and the problem in design scheme was found,which was that the asymmetry of this suspension's left and right side structure resulted in the difference of left and right tire load.For the reason of that the trailing arm's lack of rigidity resulted in its large deformation and large negative camber angle,this trailing arm's improved scheme was presented.and its flexible multi-body dynamic model was simulated in vertical load ,lateral load.longitudinal load working conditions,then the influence that the trailing arm's deformation acted on the wheel's orientation parameters was gained and validated that the trailing arm's improved scheme was feasible.
In this paper,the design scheme of anti-roll stabilizer was presented.The torsion stiffness of anti-roll bar,the suspension's roll stiffness at this stabilizer working were calculated.This was the last task of this suspension design and theoretical computation.
引文
[1]陈家瑞．汽车构造(下册)．第三版．北京：人民交通出版社，1994，196-197，222-223
[2][苏]轿车设计．蒋昉初，顾三民，邬惠乐等．上海：上海拖拉机教研室，1977，54-55，72
[3]肖田元．计算机仿真．北京：清华大学出版社，1998
[4]郭孔辉，管欣．汽车性能设计技术的进展．中国机械工程，1997，08(01)：94-97
[5]余志生．汽车理论．第3版．北京：机械工业出版社，2003
[6][德]耶尔森·赖姆帕尔．汽车底盘基础．张洪欣，余卓平．北京：科学普及出版社，1992，125-237
[7][德]阿达姆·措莫托．汽车行驶性能．黄锡朋，谢春阳．北京：科学普及出版社，1992，133-134
[8]张越今，宋健，张云清等．多体动力学分析的两大软件—ADAMS和DADS．汽车技术，1997，(3)：16-20
[9]郑建荣．ADAMS—虚拟样机技术入门与提高．北京：机械工业出版，2002
[10]李军，邢俊文，覃文洁．ADAMS实例教程．北京：北京理工大学出版社，2002
[11]张越今．汽车多体系统建模与数值计算仿真分析．吉林：吉林科学技术出版，1998
[12]宋健，张越今，穆希辉．机械系统分析软件ADAMS在汽车列车动力学仿真中的应用．汽车工程，1997，(5)：286-290．
[13]ADAMS User's Reference Manual. Version 12.0.MDI, 2002
[14]Using ADAMS/View. Version 12.0. MDI, 2002
[15]Using ADAMS/Car. Version 12.0. MDI, 2002
[16]IS02631-1:1997(E).Mechanical vibration and shock--Evaluation of human exposure to whole-body vibration-Part 1:General requirement
[17]刘惟信．汽车设计．北京：清华大学出版社，2001
[18]中华人民共和国机械工业部部颁标准JB3901-85汽车简式减振器台架试验方法．天津：中国汽车技术研究中心标准化研究所，1986
[19]神龙汽车有限公司．中国轿车丛书—富康．北京：北京理工大学出版社1998，110-115
[20]朱民生，陈培龙．富康ZX轿车结构与维修手册．上海：上海科学技术出版社，1998，66-69
[21]随动式悬架转向原理及操纵稳定性分析．汽车工程，1997，19(6)：322-324
[22]张洪欣．汽车设计．第2版．北京：机械工业出版社，1998，171-173
[23]王祖禹，江辉，李保全．扭杆弹簧和扭杆弹簧悬架的设计．汽车技术，1999，(1)： 3-8
[24]黄贵东，韦志林，范建文．UG范例教程．北京：清华大学出版社，2002
[25]鲍卫宁．基于ADAMS软件的轿车悬架动态模拟与仿真：[武汉理工大学硕士学位论文]．武汉：武汉理工大学，2002，40-43
[26]占良胜．机械系统仿真技术在汽车组合式变速器中的应用：[湖南大学硕士学位论文]．长沙：湖南大学，2003
[27]俞德孚，叶全勇．车辆悬架减振器外特性反求工程的基本问题．兵工学报坦克装甲车与发动机分册(车辆悬架减振器专辑)，1994：19-21
[28]俞德孚．车辆悬架减振器的理论和实践．北京：兵器工业出版社，2003，270-277
[29][德]H-P威鲁麦特．车辆动力学模拟及其方法．北京：北京理工大学，1998
[30]W. Schiehlen. Modeling and Analysis of Nonlinear Multibody Systems, Vehicle System Dynamics. vol. 15, 1986
[31]Using ADAMS/Flex. Version 12.0. MDI, 2002
[32]ANSYS, Inc. Structural Analysis Guide. ANSYS Release 5.7.
[33]易日．使用ANSYS6.1进行结构力学分析．北京：北京大学出版社，2002
[34]龚培康．汽车拖拉机有限元法基础．北京：机械工业出版社，1997，69-103
[35]袁士杰，吕哲勤．多刚体系统动力学．北京：北京理工大学出版社，1992
[36]休斯顿，刘又午．多刚体系统动力学．天津：天津大学出版社，1991
[37]Schielen W. Multi-body System Handbook. Berlin:Spring-Verag, 1990
[38]潘振宽，洪嘉振．刚-弹耦合下变形体动力学响应分析．应用力学学报，1994，12(2)：41-46
[39]李明，李明瑞，黄文彬．刚柔耦合约束多体系统的动力学分析．力学学报，1994，26(3)：333-340
[40]Hong J Z, Pan Z K. Dynamics of Flexible Multi-body System with Tree Topologies. Acta Mechanical Sinica, 1992,8(3):271-278
[41]洪嘉振．多体系统动力学-理论、计算方法及应用．上海：上海交通大学出版社，1996
[42]潘振宽，洪嘉振，刘延柱．多体系统动力学微分/代数方程组的数值解法．力学进展．1996，26(1)：28-40
[43]Park T W, Haug E J. A Hybrid Numerical Integration Method for Machine Dynamic Simulation. Journal of Mechanisms, Transmissions and Automation in
Design, 1986, Vol. 108:211-216
[44] Using ADAMS/View Function Builder. Version 12.0. MDI, 2002
[2][苏]轿车设计．蒋昉初，顾三民，邬惠乐等．上海：上海拖拉机教研室，1977，54-55，72
[3]肖田元．计算机仿真．北京：清华大学出版社，1998
[4]郭孔辉，管欣．汽车性能设计技术的进展．中国机械工程，1997，08(01)：94-97
[5]余志生．汽车理论．第3版．北京：机械工业出版社，2003
[6][德]耶尔森·赖姆帕尔．汽车底盘基础．张洪欣，余卓平．北京：科学普及出版社，1992，125-237
[7][德]阿达姆·措莫托．汽车行驶性能．黄锡朋，谢春阳．北京：科学普及出版社，1992，133-134
[8]张越今，宋健，张云清等．多体动力学分析的两大软件—ADAMS和DADS．汽车技术，1997，(3)：16-20
[9]郑建荣．ADAMS—虚拟样机技术入门与提高．北京：机械工业出版，2002
[10]李军，邢俊文，覃文洁．ADAMS实例教程．北京：北京理工大学出版社，2002
[11]张越今．汽车多体系统建模与数值计算仿真分析．吉林：吉林科学技术出版，1998
[12]宋健，张越今，穆希辉．机械系统分析软件ADAMS在汽车列车动力学仿真中的应用．汽车工程，1997，(5)：286-290．
[13]ADAMS User's Reference Manual. Version 12.0.MDI, 2002
[14]Using ADAMS/View. Version 12.0. MDI, 2002
[15]Using ADAMS/Car. Version 12.0. MDI, 2002
[16]IS02631-1:1997(E).Mechanical vibration and shock--Evaluation of human exposure to whole-body vibration-Part 1:General requirement
[17]刘惟信．汽车设计．北京：清华大学出版社，2001
[18]中华人民共和国机械工业部部颁标准JB3901-85汽车简式减振器台架试验方法．天津：中国汽车技术研究中心标准化研究所，1986
[19]神龙汽车有限公司．中国轿车丛书—富康．北京：北京理工大学出版社1998，110-115
[20]朱民生，陈培龙．富康ZX轿车结构与维修手册．上海：上海科学技术出版社，1998，66-69
[21]随动式悬架转向原理及操纵稳定性分析．汽车工程，1997，19(6)：322-324
[22]张洪欣．汽车设计．第2版．北京：机械工业出版社，1998，171-173
[23]王祖禹，江辉，李保全．扭杆弹簧和扭杆弹簧悬架的设计．汽车技术，1999，(1)： 3-8
[24]黄贵东，韦志林，范建文．UG范例教程．北京：清华大学出版社，2002
[25]鲍卫宁．基于ADAMS软件的轿车悬架动态模拟与仿真：[武汉理工大学硕士学位论文]．武汉：武汉理工大学，2002，40-43
[26]占良胜．机械系统仿真技术在汽车组合式变速器中的应用：[湖南大学硕士学位论文]．长沙：湖南大学，2003
[27]俞德孚，叶全勇．车辆悬架减振器外特性反求工程的基本问题．兵工学报坦克装甲车与发动机分册(车辆悬架减振器专辑)，1994：19-21
[28]俞德孚．车辆悬架减振器的理论和实践．北京：兵器工业出版社，2003，270-277
[29][德]H-P威鲁麦特．车辆动力学模拟及其方法．北京：北京理工大学，1998
[30]W. Schiehlen. Modeling and Analysis of Nonlinear Multibody Systems, Vehicle System Dynamics. vol. 15, 1986
[31]Using ADAMS/Flex. Version 12.0. MDI, 2002
[32]ANSYS, Inc. Structural Analysis Guide. ANSYS Release 5.7.
[33]易日．使用ANSYS6.1进行结构力学分析．北京：北京大学出版社，2002
[34]龚培康．汽车拖拉机有限元法基础．北京：机械工业出版社，1997，69-103
[35]袁士杰，吕哲勤．多刚体系统动力学．北京：北京理工大学出版社，1992
[36]休斯顿，刘又午．多刚体系统动力学．天津：天津大学出版社，1991
[37]Schielen W. Multi-body System Handbook. Berlin:Spring-Verag, 1990
[38]潘振宽，洪嘉振．刚-弹耦合下变形体动力学响应分析．应用力学学报，1994，12(2)：41-46
[39]李明，李明瑞，黄文彬．刚柔耦合约束多体系统的动力学分析．力学学报，1994，26(3)：333-340
[40]Hong J Z, Pan Z K. Dynamics of Flexible Multi-body System with Tree Topologies. Acta Mechanical Sinica, 1992,8(3):271-278
[41]洪嘉振．多体系统动力学-理论、计算方法及应用．上海：上海交通大学出版社，1996
[42]潘振宽，洪嘉振，刘延柱．多体系统动力学微分/代数方程组的数值解法．力学进展．1996，26(1)：28-40
[43]Park T W, Haug E J. A Hybrid Numerical Integration Method for Machine Dynamic Simulation. Journal of Mechanisms, Transmissions and Automation in
Design, 1986, Vol. 108:211-216
[44] Using ADAMS/View Function Builder. Version 12.0. MDI, 2002