在悬架设计中的应用

ADAMS/car 在悬架设计中的应用1朱天军军 2郑郑红艳 3孙振振军 （河北工工程学院院机电学学院车辆辆工程系系 邯郸郸 05560221）摘 要要：在ADAAMS/CARR中建立立麦弗逊逊悬架的的三维模模型，分分析悬架架参数在在汽车行行驶中的的变化。依据AADAMMS /inssighht，对对ADAAMS/carr建立的的模型进进行悬架架系统的的优化求求解，得得到悬架架系统的的优化解解。关键词：麦弗逊逊悬架； ADDAMSS /iinsiightt；ADDAMSS/caar悬架是汽汽车的主主要总成成之一，其对操操纵稳定定性和平平顺性的的影响至至关重要要。麦弗弗逊悬架架的诸多多优点，使得该该种悬架架广泛应应用于轿轿车、轻轻型车等等的前悬悬架。设设计时导导向机构构在车轮轮的上下下跳动过过程中，应不使使主销的的定位参参数变化化过大，车轮与与导向机机构应运运动协调调。转向向机构组组成的系系统是空空间杆机机构，当当转向梯梯形断开开点位置置选择不不当时，会造成成横拉杆杆与悬架架导向机机构运动动不协调调，汽车车行驶时时会出现现前轮摆摆振现象象，破坏坏操纵稳稳定性,加剧轮轮胎磨损损。传统统设计一一般采用用经验设设计、数数学推导导法以及及几何作作图等方方法，虽虽然可以以满足设设计要求求，但精精度和效效率不高高。传统统的方法法已经很很难满足足日益加加速的设设计需求求，为缩缩短开发发周期、降低开开发成本本，有必必要采用用新的设设计方法法。ADDAMSS/CAAR模块块内有悬悬架运动动学动力力学分析析的专门门模板，可以方方便地建建立各种种结构形形式的悬悬架，迅迅速得出出悬架的的多达三三十多种种参数的的性能曲曲线。模模型全部部采用数数字化设设计，可可方便地地对设计计参数进进行修改改和调整整以发现现其对各各种性能能参数的的影响，优化设设计目标标，最终终为企业业提供产产品开发发的解决决方案。1 悬架架分析参参数 悬架系系统中各各关键点点的坐标标由设计计图纸查查得，减减震器、扭杆弹弹簧参数数由试验验得出，前轮定定位参数数由厂家家提供。 (坐坐标系的的规定：汽车纵纵向为 X 轴轴，后为为正；汽汽车横向向为 YY 轴，右为正正；汽车车垂向为为 Z 轴，上上为正)2 仿真真模型的的建立和和验证2.1通通过对某某型 SSUV 车进行行硬点坐坐标测量量以及悬悬架弹性性件测试试，将所所得到前前悬架的的硬点参参数及弹弹性件参参数输入入MSCC.ADDAMSS/Caar 中中，建立立该车前前悬架的的仿真模模型。如如图1图1 麦弗逊逊式独立立悬架2.2建建成悬架架模型后后，将悬悬架模型型与测试试平台装装配，然然后对悬悬架模型型进行上上下跳动动量为-12551000mmm的左右右轮平行行跳动工工况仿真真。 图2平行行跳动工工况设置置图点击appplyy后，悬悬架进行行平行跳跳动工况况，仿真真步长为为1000步。2.3调调用 MMSC.ADAAMS/Sollverr 进行行解算后后，系统统能输出出几十种种有关悬悬架性能能的参数数。 前轮定位位参数以下是该该麦弗逊逊前悬架架车轮定定位参数数仿真结结果： 2.3.1车轮轮外倾角角（Caambeer AAnglle）图3车轮轮外倾角角变化由上图可可以看出出，前悬悬架模型型的车轮轮外倾角角变化范范围在 -3.2deeg00.755degg 之间间。2.3.2 主销后后倾角（Cassterr Annglee） 图4主销销后倾角角变化由上图可可以看出出，前悬悬架模型型的主销销后倾角角变化范范围在 5.33degg5.9deeg 之之间。 2.3.3 主主销内倾倾角（KKinggpinn Inncliinattionn Annglee）图5主销销内倾角角变化由上图可可看出，主销内内倾角变变化范围围在 88degg133degg 之间间。2.3.4 主销偏偏距（SScruub RRadiius） 图6主销销偏距变变化由上图可可看出，主销偏偏距变化化范围在在-6.2mmm 00.6mmm 左左右。2.3.5 车轮前前束角（Toee Annglee） 图7车轮轮前束角角变化由上图可可看出，车轮前前束角变变化范围围在-11.9ddeg 7.8deeg 左左右。2.4 悬架性性能参数数的优化化 在整车运运动过程程中，由由于路面面存在一一定的不不平度，此时轮轮胎和车车身之间间的相对对位置将将发生变变化，这这也将造造成车轮轮定位参参数发生生相应的的变动。如果车车轮定位位参数的的变动过过大的话话，将会会加剧轮轮胎和转转向机件件的磨损损并降低低整车操操纵稳定定性和其其他相关关性能，所以原原则上，车轮定定位参数数的变化化量不能能太大。利用 MMSC.ADAAMS/Inssighht 模模块，用用户可以以对车轮轮定位参参数中的的某项或或是多项项进行优优化，使使定位参参数达到到一个理理想值。本论文文是通过过对悬架架的部分分硬点坐坐标进行行改变来来达到优优化定位位参数的的目的。 在 Innsigght 模块中中，我们们对麦弗弗逊悬架架的下摇摇臂前点点（lcca _froont）、后点点（lcca_ reaar），转向拉拉杆内点点（tiierood _innner）、外点点（tiierood _outter），下摇摇臂球头头销（llca_ ouuterr）等五五个坐标标点的 15 个坐标标值（每每个点有有 X、Y、ZZ 三个个方向坐坐标）进进行分析析，设定定每个坐坐标值的的变动范范围在-5mmm5mmm 之之间。对对于 115个坐坐标值的的分析，Inssighht 将将进行 2155 次迭迭代解算算，计算算量极其其庞大，所以我我们只进进行 664 次次的部分分迭代。进行完迭迭代解算算后，我我们可以以利用 Inssighht 自自带功能能，将优优化的结结果作为为动态数数据存在在交互式式网页中中。见图图8： 图8 从该该网页上上可以看看出，FFacttor 项为 15 个硬点点坐标值值，而 Ressponnse 项为五五项定位位参数。Facctorr项的最最大值和和最小值值与 NNomiinall 值都都相差 5 个个单位，这是因因为先前前我们设设定坐标标值的变变动范围围在5mmm 的缘缘故。 当在最大大值和最最小值范范围内修修改 FFacttor（即硬点点参数）值时，Ressponnse 项（定定位参数数）的值值都会产产生变化化。由于于修改硬硬点参数数后，五五项定位位参数的的变化趋趋势可能能会出现现相反的的情况，例如：修改llca_ frrontt 点的的 x 坐标值值后，ccambber 值与原原值相比比变小，而 ccastter 值却比比原值大大，此时时虽然 cammberr 值满满足了我我们的要要求，但但 caasteer 值值却背离离了我们们的设计计原则。当出现现这种情情况时，为了兼兼顾平衡衡，我们们取一个个折中值值。下表为优优化前后后悬架的的部分硬硬点坐标标 硬点坐标标状态X坐标Y坐标Z坐标Lca_froont优化前-2900.9-4377.166-88.37优化后-2900.988-4322.166-83.37Lca_reaar优化前114.9-3855.799-50.12优化后109.9-3900.799-55.12Lca_outter优化前-3.116-7244.044-91.05优化后1.844-7199.044-96.05Tierrod_innner优化前330-2200317.2优化后325-2155322.2Tierrod_outter优化前192-5500.7399.8优化后197-5555.7394.8以下是优优化前与与优化后后车轮定定位参数数的比较较图（实实线为优优化后的的曲线，虚线为为优化前前的曲线线：2.4.1 车车轮外倾倾角（.Cammberr_Annglee） 图9车轮轮外倾角角优化前前后对比比为防止车车轮出现现过大的的不足转转向或过过度转向向趋势，一般希希望车轮轮从满载载位置起起上下跳跳动 440mmm的范围围内，车车轮外倾倾角变化化在 11 度左左右。从从图上可可以看出出，优化化后车轮轮外倾角角变化范范围是00.033degg2 .377degg,比优优化前的的范围小小了一点点，这是是因为 Inssighht 为了兼兼顾其他他四项定定位参数数的优化化而放弃弃了外倾倾角部分分利益的的缘故，但是在在上下跳跳动 440mmm 的范范围内，优化后后外倾角角变化基基本在 1 度度左右，满足设设计要求求。 2.4.2 主销后后倾角（Cassterr_Annglee） 图10主主销后倾倾角优化化前后对对比主销后倾倾角为正正值时有有抑制制制动时的的点头作作用，但但太大时时会使车车轮支撑撑处反力力矩过大大，易造造成车轮轮摆振或或转向盘盘上力的的变化。因此一一般悬架架每压缩缩 100mm，后倾角角变化范范围为 10 degg 440 ddeg。优化后后，主销销后倾角角的变化化范围在在 2.6deeg55.5ddeg 之间，大大小小于优化化前的变变化范围围，而且且此时悬悬架每压压缩100mm,后倾角角变化范范围在 3.668 ddeg左左右，很很好地符符合了我我们的设设计要求求。 2.4.3 主销内内倾角（Kinngpiin_ Incclinnatiion_ Annglee） 图11主主销内倾倾角优化化前后对对比主销内倾倾角可以以使汽车车转向回回正、转转向操作作轻便，在车轮轮跳动时时，主销销内倾角角变化较较大，将将会使转转向沉重重，加速速轮胎磨磨损。优优化后，主销内内倾角的的变化范范围与优优化前相相比变化化不大，但是主主销内倾倾角的初初始值比比原先小小了 00.3ddeg 左右，这将减减小转向向时车轮轮与地面面的滑动动，减缓缓轮胎磨磨损。2.4.4 主主销偏距距（Sccrubb_Raadiuus） 图12主主销偏距距优化前前后对比比汽车转向向时，转转向轮围围绕主销销转动，地面对对转向的的阻力力力矩与主主销偏距距的大小小成正比比。主销销偏距越越小，转转向阻力力矩也越越小，所所以一般般希望主主销偏距距小一些些，以减减少转向向操纵力力以及地地面对转转向系统统的冲击击。主销销偏距与与主销内内倾是密密切相关关的，通通过调整整主销内内倾角可可以得到到不同的的主销偏偏距。较较理想的的主销偏偏距值为为-100 330mmm，优化化后，主主销偏距距的变化化范围为为-100.022 11.5 mm，比优化化前更接接近设计计值。 2.4.5 车车轮前束束角（TToe_Anggle）图13车车轮前束束角优化化前后对对比对于汽车车前轮，车轮上上跳时的的前束值值多设计计成零至至负前束束变化。当车辆辆行驶时时，前束束的变化化过大，将会影影响车辆辆的直线线行驶稳稳定性，同时增增大轮胎胎与地面面间的滚滚动阻力力，加剧剧轮胎的的磨损，所以前前束角的的设计原原则是在在车轮跳跳动时，变化量量越小越越好。从从图上看看出，优优化后，前束角角的变化化量比之之前大致致相同，对车辆辆直线行行驶的稳稳定性没没有提高高。小结：运用 MMSC.ADAAMS/Inssighht，通通过对模模型的硬硬点坐标标、弹性性参数进进行多次次修改迭迭代，可可以对模模型的某某项或是是多项性性能指标标进行优优化，系系统会自自动找出出一个最最优结果果。本文文介绍了了通过对对麦弗逊逊式前悬悬架的部部分硬点点坐标进进行优化化，使车车轮定位位参数在在轮跳时时的变动动量达到到最优化化,从而而改善了了悬架的的运动学学性能。但是由由于受到到车身布布置的限限制，对对硬点坐坐标的改改变只能能局限在在一定的的小范围围内，所所以得到到的最优优值也只只是一个个相对值值，而非非绝对的的最优结结果。 参考文献献：1 陈家瑞瑞著.汽汽车结构构M.人民民交通出出版社1199442 林逸等等.滑柱柱摆臂式式悬架空空间运动动分析J.汽车技技术19998.33 初亮等等.滑柱柱摆臂式式悬架转转向机构构梯形断断开点位位置的优优化及分分析JJ汽车车工程 19996.664 赵晓光光.断开开式转向向梯形的的转向传传动机构构运动分分析JJ.汽汽车技术术199935 陆波.麦式悬悬架系统统运动分分析JJ.汽汽车技术术19994.666 张洪欣欣.柱摆摆臂式悬悬架的矢矢量分析析方法J.汽车技技术199897 黄小平平.转向向机构运运动学分分析JJ.汽汽车工程程199918 吴元杰杰等.轿轿车滑柱柱摆臂式式独立悬悬架的运运动学分分析和参参数优化化设计J.吉林工工大学报报19991.33作者简介介：朱天军，男，119777年，研研究生，助教，现在河河北工程程学院机机电学院院车辆工工程系从从事车辆辆工程方方面的教教学与研研究工作作。81