前轮定位参数研究及优化设计【优秀毕业课程设计】

I摘 要转 向 轮 定 位 参 数 主 要 有 ： 主 销 后 倾 角 ， 主 销 内 倾 角 ， 前 轮 外 倾 角 和 前 轮 前 束 。 这 四 个参数的设定是否合适， 直接决定着汽车直线行驶时操纵稳定性 、 转向操纵轻便性和转 向轮回正性能的好坏。本 文 为 提 高 该 车 的 操 纵 稳 定 性 ， 利 用 动 力 学 仿 真 软 件 ADAMS/CAR 软 件 建 立 了 简 化的虚拟样机模型， 进行双向轮跳仿真实验， 分析评价该车的前轮定位参数。 最后利用 ADAMS/INSIGHT 模 块 优 化 其 前 轮 定 位 参 数 ， 从 而 改 善 其 因 为 定 位 参 数 不 合 理 而 导 致 的轮胎磨损。论文首先讲述了汽车前轮定位参数的重要意义， 并按照标准评价了各参数的合理与 否，接着列出了前束和外倾角的数学关系。因整车分析建模工作量巨大， 合理的简化转向系统和悬架模型尤为重要， 前悬架单 侧车轮跳动仿真能够代表整车的操纵稳定性。关键词 前轮定位参数 虚拟样机 ADAMS/CAR 双向车轮跳动仿真IIAbstractThe accuracy of alignment parameters, will directly affect the stability of the car while it running along a straight line, steering lightly and wheels turning back and so on.To improve the handling stability ,setting up a virtual prototype model is becoming a popularly way with a simulation software called ADAMS / CAR . The two-way wheel jump simulation experiment is carried out to analyze and evaluate the front wheel alignment parameters of the vehicle. The ADAMS / INSIGHT module is used to optimize front wheel alignment parameters.Finally,we can use the analysis above to improving its handling stability.Firstly, the article describes the importance of the front wheel alignment parameters, then gives the optimal design method of the four front wheel positioning parameters, and demonstrates the quantitative relationship between the kingpin dumping and the retrogression moment on the steering wheel.It is necessary to simplify the vehicle structure and suspension model because of the huge workload of vehicle analysis and modeling. The simulation of unilateral wheel beating on the front suspension can represent the performance of the car.Key words The front wheel alignment parameters ADAMS / CAR virtual prototype model The two-way wheel jump simulation目 录摘 要 IAbstract II第 1 章 绪论 11.1 课题背景 11.2 操纵稳定性的概念 11.3 前轮定位参数 11.3.1 前轮外倾角与前轮前束值 11.3.2 主销后倾角 21.3.3 主销内倾角 21.3.4 前轮定位参数的研究 21.4 本课题研究的主要内容 21.4.1 前轮定位参数与操纵执行驾驶员指令的准确性的关系 21.4.2 前轮定位参数的影响因素 21.4.3 麦 弗 逊 悬 架 模 型 的 建 立 与 仿 真 错误！未定义书签。1.5 本课题研究意义 2第 2 章 前轮定位参数与汽车操纵稳定性 42.1 主销后倾角的影响 42.2 主销内倾角的影响 42.3 前轮外倾角的影响 42.4 前轮前束值的影响 5第 3 章 影响前轮定位参数的因素 63.1 悬架与前轮定位参数 63.1.1 悬架概述 63.1.2 几种常见悬架与前轮定位 63.2 驱动类型与前轮定位 73.3 转向机构与前轮定位 73.3.1 转向器的性能与前轮定位 7第 4 章 汽车前轮定位角的设计要求 94.1 引言 94.2 前轮定位角的变化 94.2.1 前轮外倾角 94.2.2 前轮前束 9北华航天工业学院毕业论文4.2.3 主销后倾角 94.2.4 基于车轮最小侧滑量的前轮定位参数优化理论 104.2.5 基于轮胎磨损的前轮前束与前轮外倾角的优化理论 10第 5 章 悬架模型的建立与仿真 115.1 ADAMS/CAR 建模 115.2 前轮定位参数的运动学仿真 125.2.1 仿真结果 135.2.2 结果分析 155.3 前轮定位参数的优化 155.3.1 拟合结果 155.3.2 网页格式查看灵敏度 165.3.3 最大因子选择 175.3.4 优化结果分析 17第六章 结论 186.1 论文的主要工作 196.2 前轮定位参数的研究与展望 192. 1 外倾角与前束值 192. 2 主销后倾角 19致 谢 20参考文献 21北华航天工业学院毕业论文第 1 章 绪论1.1 课题背景人们对汽车的追求不再满足于单纯的速度和性价比， 而开始关注更好的汽车的操纵 稳定性和行驶时的安全性。 合理的的前轮定位参数可以使车辆更平稳的直线行驶和不费 力的转向， 并降低车辆在行驶过程中各部分零件的磨损。 转向轮的定位参数的改进可以 直接满足人们新的需求想要准确细致的分析车辆的运动学参数， 就不得不综合各部分机件的运动， 创建符 合实际的模型。 将汽车各种子系统加以简化， 抽取本质因素 ， 辅以计算机， 建立合适的 虚拟样机，汽车动态特性的研究得以发展。美国的 MSC 公司的 ADAMS/CAR 软件是目前应用最广泛的机械系统动力学仿真分析 软 件 ， 可 以 实 现 对 前 轮 定 位 参 数 的 优 化 设 计 和 操 纵 执 行 驾 驶 员 指 令 的 准 确 性 的 研 究 。1.2 操纵稳定性的概念车辆驾驶的执行驾驶员指令的准确性能， 即汽车能够按照驾驶员在清醒状态时给予 转向车轮的指令行驶； 即使车辆受到外界不稳定因素影响， 依然能不过分受干扰并稳定 行驶的性能。1.3 前轮定位参数汽车转向轮的定位主要参数主要保证前轮在底盘上位置的精确确定、 车辆行驶的执 行驾驶员指令的准确性、 执行驾驶员指令的灵敏程度及转向后的自动回正 ， 且前束和外 倾角应符合列出的数学公式。1.3.1 前 轮 外 倾 角 与 前 轮 前 束 值关于前轮定位参数的研究起源于原始的马车。 为了提升马车的承载能力和减少车轮 横向滑脱的趋势， 外倾角取值较大， 这样做能够增大车厢底部面积， 使马车行驶时不至 于将泥水飞溅到乘客身上。19 世纪末， 在英国人邓禄普发明了充气轮胎以后， 因早期的车轮外倾角过大导致的 轮胎磨损严重， 使减小车轮外倾角提上了日程 。 为了消除因左右车轮制动力不平衡造成 的 制 动 转 向 ， 并 减 小 轮 胎 侧 移 量 ， 将 前 轮 外 倾 角 减 少 了 3左 右 。 伴 随 着 前 轮 外 倾 ， 轮 胎与地面接触出现了相对滑动。 这不光使轮胎磨损境况更严峻 ， 随之附带的地面摩擦力 更是使轮胎向一侧扭转。 前轮前束应运而生 。 前轮前束可以在轮胎扭转之前使轮胎预备， 进一步减少轮胎的磨损。前轮前束与前轮外倾角必须有呈下式中的比例：T ld 2r其中， T 为前轮前束值； d D 是前轮轮缘的直径； l 为前轮接地印记长度 ； 伽马是前1北华航天工业学院毕业论文0轮的弯度；r 为轮胎的滚动半径。1.3.2 主 销 后 倾 角德国查特林从优先考虑前轮转向后自动回正角度， 得出主销后倾角最好为 15， 这 个角度的主销后倾角可以尽可能的保证前轮回正速度。 此外， 较大的后倾角也带来了比 较差的驾驶体验，转向轮甚至出现左右摇摆。终于到 1950 年，低压轮胎的广泛使用大 大改善了车轮的回正能力， 主销后倾角的值普遍减小。 研究发现前轮前束的改变可以减 少前轮摆振及异常磨损。1.3.3 主 销 内 倾 角为了保证车辆低速时转向回正性、 执行驾驶员指令的灵敏程度及行驶执行驾驶员指 令的准确性，车辆的主销内倾角取值较大。1.3.4 前 轮 定 位 参 数 的 研 究前文提到， 因为主销内倾角会导致较大的摆振峰值， 所以现代汽车在设计时普遍趋 向于减小主销内倾角，这还会消除部分回正力矩，使转向更轻便。前轮外倾角减小。为保证车辆高速转向时的车身的稳定能力和延长轮胎使用寿命， 现代汽车设计时采用的前轮外倾角趋于负值，即前轮内倾。主 销 内 倾 角 增 大 ， 增 大 了 稳 定 力 矩 ， 提 高 了 轿 车 行 驶 的 安 全 性 ， 可 以 改 善 汽 车 在 面 对突发状况的适应能力。前束通过上述公式计算得出， 负的前束和内倾才能与公式相符合， 减小车轮的侧滑， 降低轮胎磨损。1.4 本课题研究的主要内容本 文 利 用 ADAMS/CAR 软 件 建 立 麦 弗 逊 悬 架 系 统 的 模 型 ， 研 究 该 悬 架 的 前 轮 定 位 参数，并优化悬架的硬点坐标；研究包括以下的内容：1.4.1 前 轮 定 位 参 数 与 操 纵 稳 定 性 的 关 系研究各前轮定位参数分别是如何影响车辆行驶时的抗干扰能力、 转向施加指令后的 灵敏度及前轮的自动回正。1.4.2 前 轮 定 位 参 数 的 影 响 因 素研究前悬架子系统和转向机构的上主销内倾角的影响,主销后倾角、 前轮前束和车轮 外倾角和四轮之间的关系进行了分析。1.5 本课题研究意义前轮定位的主要参数主要保证前轮在底盘上空间位置的精确确定、 车辆行驶的执行北华航天工业学院毕业论文1驾驶员指令的准确性、 执行驾驶员指令的灵敏程度及转向后的自动回正。 为防止轮胎磨 损，前轮前束和外倾角应按相应公式计算得出。北华航天工业学院毕业论文2第 2 章 前轮定位参数与汽车操纵稳定性前轮定位能够确保车辆能够按照驾驶员的指令直线行驶， 这就需要前轮和主销能够 具 有 确 定 的 空 间 结 构 。 主 销 后 倾 角 、 主 销 内 倾 角 、 前 轮 外 倾 角 、 前 轮 前 束 。 这 四 个 参 数 设计是否合理将很大程度的决定了汽车能正确执行驾驶员指令的能力和轮胎的磨损。 2.1 主销后倾角的影响图 2-1 主销后倾角2.2 主销内倾角的影响图 2-1 显 示 了 主 销 后 倾 角 ,与 路 面 的 接 触 点 主 销 轴 和 前 轮 中 心 线 与 道 路 表 面 相 交 ,如 图 中 的 位 置 。 车 辆 直 线 行 驶 ， 车 轮 因 外 界 因 素 影 响 转 动 时 ， 产 生 与 偏 转 方 向 相 反 的 离 心 力 的 反 作 用 力 ， 使 转 向 轮 回 正 ， 保 证 了 车 辆 能 都 抵 抗 外 界 干 扰 而 正 确 执 行 驾 驶 员 指 令 的 能 力 。 主 销 后 倾 角变化的影响： 1） 后倾角较大时， 转向需要驾驶员施加 更 大 的 操 纵 力 后 倾 角 较 小 时 ， 不 能 保 证 操 纵 执 行 驾 驶 员 指令的准确性， 甚至发生摆振 ； 3） 车轮向后倾角较小的 一侧跑偏。主销内倾角与主销后倾角协同作用辅助车 轮 回 正 。 因 为 存 在 主 销 内 倾 角 ， 车 轮 绕 主 销 旋 转 时 ， 地 面 对 车 轮 产 生 向 上 的 力 。 内 倾 角 使 和 路 面 交 线 距 离 Dy 减 小 ， 使 转 向 灵 敏 度 变 高 。 当 主 销 内 倾 角 变 化 时 ， 有 ： 1） 内 倾 角 过 大 ， 转 向 所 需 驾 驶 员 操 纵 力 变 大 ， 轮 胎 磨 损 严 重 ;2)倾 角 太 小 ,转 向 力 过 大 ,行 驶 抗 干 扰 能 力 变 差 异 (3) 车 轮 朝 着 测 试 的 较 小 方 向 运 行 。 图 2-2 主销内倾角2.3 前轮外倾角的影响前轮外倾角可以避免因为前轴受力变形而使车轮内倾导致的轮胎磨损。 外倾角也可 以在一定程度上使转向更轻便。 外倾角还降低了零件的负荷 ， 保证了行驶安全性。 外倾 角变化时有以下影响： 1） 外倾角过大， 车轮外侧受力较大 ， 磨损严重； 2） 外倾角过小， 车轮内侧受力变大，磨损严重，转向费力。北华航天工业学院毕业论文32.4 前轮前束值的影响因为前轮外倾角的值不为零， 且转向横拉杆限制了轮胎外侧滑动趋势， 导致了轮胎 磨损严重，行驶阻力增加。如果：1）前轮前束过大，加剧磨损轮胎，丧失执行驾驶员 指令的准确性；2）前轮前束过小，边滚边滑，同样失去执行驾驶员指令的准确性。前 轮前束变动， 将丧失一定程度的操纵执行驾驶员指令的准确性能 ； 反之， 使车辆转向接 近于不足转向，将提高车辆执行驾驶员指令的准确性。综上所述， 前轮定位的四个参数设计是否合理， 将很大程度上影响车辆直线行驶时 对驾驶员指令执行准确程度的能力、 转向时驾驶员指令执行的灵敏度 、 车轮快速回正的 能 力 、 轮 胎 的 正 常 磨 损 ， 合 理 设 计 四 个 参 数 将 对 整 车 的 动 力 性 、 安 全 性 等 有 重 要 意 义 。北华航天工业学院毕业论文4第 3 章 影响前轮定位参数的因素想要研究及优化车辆的前轮定位参数， 势必要仔细斟酌轮胎、 悬架等其他因素的影 响 。轮 胎 跳 动 时 的 运 动 轨 迹 和 车 轮 定 位 参 数 的 确 定 由 悬 架 本 身 的 导 向 机 构 决 定 。 此 外 ， 行驶过程中的车轮角还会受到转向系统和轮胎侧向特性的影响。3.1 悬架与前轮定位参数3.1.1 悬 架 概 述悬架是现代车辆上的关键部件， 还是车架和车轴的桥梁。 它能够转移车轮和车架上 承载的负载； 保证汽车的操纵执行驾驶员指令的准确性 ， 允许汽车获得更高的运行速度。悬架的布置方案和结构参数必须合理， 当车轮在轮跳试验台上时， 使主销定位角在 很小范围内变动、 导向机构的运动特性要与实际轮跳匹配 ， 消除转向轮的摆振现象； 车 辆应呈现略微的不足转向特性。3.1.2 几 种 常 见 悬 架 与 前 轮 定 位麦 弗 逊 式 悬 挂 。 其 主 要 结 构 是 悬 架 弹 簧 与 减 震 器 的 结 合 ,采 用 减 震 器 消 除 螺 旋 弹 簧 超时时的载荷位置发生的左右晃动现象， 约束弹簧使其只能上下收缩或拉伸 ， 减震器的 性 能 参 数 的 动 态 变 化 泳 衣 调 控 悬 架 的 舒适度。麦弗逊式悬挂因为其构造简单， 重量 得以大大降低， 反馈灵敏度很高。它的特 殊 的 下 摇 臂 和 支 柱 的 空 间 布 置 使 得 车 辆 可以自适应改变车轮外倾角， 让其能在过 弯时对路面的变化相互适应， 让轮胎更大 程度上接触地面， 但是因为构造原因， 对 两侧变化因素抵抗能力差， 有比较明显的 急刹车现象，悬挂刚度较弱， 执行驾驶员 指令的准确性差，转弯时车辆晃动较大。 图 3-1 麦弗逊悬架双 叉 臂 式 悬挂 。 它通常由两个 叉 臂构成 ， 这样的构造让 车 轮在运行时能本实用新型 可自 动 适 应 外 倾 角 ,也 可 减 少 因 车 轮 打 滑 而 造 成 的 轮 胎 磨 损 ,使 轮 胎 更 好 地 贴 合 路 面 ,具 有良好的地面附着力。 此外,还有一对双横臂悬架,这是类似的双横臂悬架,但结构简单的 双 叉 臂 ,也 可 以 称 为 前 者 的 删 节 版 。 双 横 臂 式 悬 挂 正 常 也 是 纵 向 不 等 长 摇 臂 的 构 造 ， 加 强了横向的刚度。北华航天工业学院毕业论文5多 连 杆 悬 挂 。 它能获得最优的主 销 后倾角参数 ， 很大程度上消除路 面 赋予车轮的无 用功， 提高了非匀速行驶时的乘客感官 ， 也可以确保在直线行驶的执行驾驶员指令的准确性， 因为由弹簧变形引起的车轮左右偏 移量很小，更容易获得直线行驶的趋势。 在 车 辆 运 行 工 况 改 变 时 ， 悬 挂 的 结 构 会使后侧车轮出现较大的前束值， 提高了 车辆性能， 降低出现不足转向的概率。 多 连 杆 悬 挂 的 外 倾 角 和 前 束 值 能 适 应 路 面 起伏而自动改变。 只要对连接处动点的限制优化就能使得悬挂在螺旋弹簧压缩时图 3-2 多连杆悬架 能自动适应车轮定位参数，可以多方面 针对特定车型做出优化以最大程度的提高轮胎抓地力进一步提高整车的驾驶适应度。3.2 驱动类型与前轮定位前轮外倾角： 麦弗逊悬架和基于它改进的烛式悬架等前驱悬架与后驱悬架的工作特 性不同。 前者的悬架系统在上升行程中， 车轮上部有向外侧倾的趋势 。 因此， 多数麦弗 逊悬架的前轮外倾角为负值，最大为 0。主 销 内 倾 角 ： 传 统 的 后 驱 汽 车 都 采 用 正 偏 距 ， 内 倾 角 的 范 围 是 68， 正 向 偏 距 4060mm。现代汽车趋向于将主销偏移距设计成负值， 这样不仅可以使车辆正常停泊， 也一定 程度上平衡了两侧制动力，提高了操纵执行驾驶员指令的准确性与行驶安全性。3.3 转向机构与前轮定位前轮定位参数还影响着汽车的执行驾驶员指令的灵敏程度和自动回正能力， 而车辆 的 执 行 驾 驶 员 指 令 的 灵 敏 程 度 和 自 动 回 正 能 力 还 与 车 辆 的 转 向 机 构 的 转 向 器 的 性 能 参 数有很大关系。3.3.1 转 向 器 的 性 能 与 前 轮 定 位1、 转 向 器 的 正 效 率 是 转 向 摇 臂 输 出 功 率 与 转 向 轴 输 入 功 率 之 比 : P 1 P 2P 1在模型中,P1 是转向轴输入功率,P2 是转向齿轮的摩擦损失功率。 转向器的逆效率是转向轴的输出功率与输入功率与转向摇臂轴比: - P 3 P 2P 3因此，正效率的值越大与其相适应的所设计的主销内倾角就应越大。转向器性能、北华航天工业学院毕业论文6结构参数、工艺水平综合决定了转向器的正效率值。 表征转向器能够可逆能力的参数是转向器的逆效率， 逆效率值变大， 则车轮回正时从 转 向 器 传 递 的 有 用 功 率 就 愈 大 ， 转 向 回 正 阻 力 矩 越 小 。 所 以 转 向 器 的 逆 效 率 值 变 大 ， 所设计的主销内倾角应适度减小。 2 、 转 向 轮 角 增 量 与 侧 转 向 节 角 相 应 增 量 的 比 值 称为 转 向 角 传 动 比 。 角 驱 动 器 可 以 说 , 以确定各种车辆转向参数。 增大角传动比， 意味着增大转向盘的力传动比， 减小转向时 转向轮上的力， 所以转向器的角传动比不仅直接影响转向灵敏性和执行驾驶员指令的准 确性， 对车辆的执行驾驶员指令的灵敏程度也有影响。 转向器的角传动比增大意味着转 向 盘 转 动 同 一 角 度 ， 所 对 应 的 转 向 轮 却 转 过 更小 的 角 度 ， 转 动 同 一 角 度 所 需 时 间 延 长 ， 转 向 轮 角 增 量 与 侧 转 向 节 角 相 应 增 量 的 比 值称 为 转 向 角 传 动 比 。 角 驱 动 器 可 以 说 ,以 确 定各种车辆转向指令的时间和转向灵敏度。北华航天工业学院毕业论文7sin第 4 章 汽车前轮定位角的设计要求4.1 引言麦弗逊前悬架的导向机构负荷着大部分的力和力矩， 它也决定了车轮的侧滑和车轮 空间位置的变化所造成的悬架跳转时,车辆正在运行的变化。所以,对悬架导向机构的设 计有重要的意义。4.2 前轮定位角的变化静态时， 汽车前轮定位角的值对保证操纵执行驾驶员指令的准确性有突出贡献。 因 此， 在设计前轮定位参数时 ， 必须使前轮定位角的变化趋于改善车辆执行驾驶员指令的 准 确 性 方 向 ， 才 能 确 保 车 辆 设 计 需 要 的 负 载 能 力 和 高 速 行 驶 时 驾 驶 员 和 乘 客 的 安 全 性 能。4.2.1 前 轮 外 倾 角外倾角: 轮胎运行时车轮外倾角的变化对车辆的稳态响应特性有很大的影响 。 因此, 在运行时,要尽量减少车轮相对于车体的外倾角的变化。为了防止过多的转向不足,或过 度的轮胎转动,车轮满负荷下。40mm 范围内跳动时 ,前轮的外倾角在正负 1 度的变化。4.2.2 前 轮 前 束前束角: 优 化 时 希 望 进 行 平 行 轮 跳 实 验 时 前 束 角 变 化 很 小 甚 至 是 不 变 。 理 想 的 前 束 值变化规律为: 前轮向上跳动时, 前束值为负前束 值 (0.5 / 50mm)。 在同一个车轮上,如果 能选择适当的弯度和角度,可以使外倾角和外倾角引起的外倾角或部分偏移,减少轮胎侧 偏,减少磨损的目的。关系应该得到满足: 4D * r （ 2lsin lsin ）2r式中: D 轮胎测量直径;R 轮胎滚动半径;L 轮胎接地印迹长度; -外倾角。因此,可以 利用上文中提到的公式计算出前轮前束,使之匹配合理。4.2.3 主 销 后 倾 角主销后倾角: 转 向 时 前 轮 外 倾 角 的 变 化 规 律 受 到 主 销 后 倾 角 的 很 大 影 响 。 若 主 销 后 倾角大于应有的设计范围, 外侧转向轮呈现内倾角趋势 。 若转向轮主销后倾角超出合理 范围, 需 要 额 外 增 加 用 以 转 动 前 轮 所 需 要 的 横 向 力 , 达 到 补 偿 外 倾 推 力 的 目 的 , 这 不 仅 会减弱,而且会增加水平方向上的最大加速度。通常主销后倾角在 23之 间 选 取 。北华航天工业学院毕业论文04.2.4 基 于 车 轮 最 小 侧 滑 量 的 前 轮 定 位 参 数 优 化 理 论我们总是希望轮距的侧滑量越小越好， 由于左右轮胎间距不稳定,会加剧轮胎的磨损 程 度 ,车 轮 侧 滑 量 越 大 ， 其 产 生 的 侧 向 力 就 越 大 ， 这 会 降 低 汽 车 执 行 驾 驶 员 指 令 的 准 确 性。通常必须在规定的轨道之间变化 10mm 的正、负,相应的车轮上下移动 50mm。主 销 后 倾 角 越 大 , 行 驶 时 越 趋 于 保 证 车 辆 行 驶 时 执 行 驾 驶 员 指 令 的 准 确 性 ,但 主 销 后倾角过大可能会降低车内人员的主观感受，甚至在低速时,会导致前轮发生摆振,因此 主销后倾角应该在 36之间变动。在进行平行跳动实验时 ,如果外倾角过大,则会使 车轮出现偏一侧磨损的现象, 故车轮外倾角应限制在 0.52的范围内。 对于前束角, 用上述公式约束前束角的取值范围。4.2.5 基 于 轮 胎 磨 损 的 前 轮 前 束 与 前 轮 外 倾 角 的 优 化 理 论汽车的现代化带来了前轮外倾与前轮前束， 伴随着的是汽车轮胎的附加磨损， 这两 个参数对轮胎的磨损具有重要意义。1、车轮外倾与轮胎的磨损 当车轮向外倾斜时， 车轮随着车辆继续行驶想要向外运动， 但是因为受到车桥的控制， 车轮只能按着既定轨迹运动。 车轮想要向外运动的内能产生的侧向力， 即外倾侧向 力。 在外倾侧向力作用下， 轮胎受到侧向的应力而变形 ， 导致轮胎在与地面切合的平面 内侧向偏移和滑动，轮胎使用寿命降低。2、前束与轮胎的磨损 具有前束角的车轮在路面直线行驶时， 车轮有向内滚动的趋势， 车桥从而给其一向外的力， 那么在车轮接地处轮胎将会受到一向内的路面侧向反作用力， 我们称之为前束 侧向力。 在前束侧向力作用下， 轮胎也将产生侧向变形， 其变形方向与外倾侧向变形方 向相反。 同车轮在外倾侧向力作用下产生侧偏， 导致轮胎在接地处滑移一样， 前束侧向 力也将使轮胎在接地处产生侧偏并导致侧向滑移，从而加剧轮胎磨损。3、车轮外倾角与前束角的合理匹配理论 作用在轮胎上的外倾侧向力与前束侧向力是轮胎产生偏磨损的主要因素， 而这两个力方向相反， 因此， 我们可以认为当外倾产生的侧向力和前束产生的侧向力相互抵消时， 外倾与前束的匹配即达到最佳。前束角的角度值可以通过两侧向力相互抵销的原则：K* K * .式中：为前轮前束角，为车轮外倾角。因为存在前束附加的滚动阻力的侧向分力，应适当取较大值。北华航天工业学院毕业论文1第 5 章 悬架模型的建立与仿真悬架在现代车辆上扮演着重要角色， 它是车架与车轴的弹性连接件。 它可以传递车 身上承载的力、 是调节车辆运行过程中的车身位置等有关装置的总称。 当轮胎与车体存 在 相 对 运 动 时 ,悬 架 的 导 向 机 构 牵 引 和 决 定 了 车 轮 的 动 态 特 性 及 车 轮 定 位 参 数 的 变 化 , 所以以分析导向机构为首要目标对优化转向轮定位参数并非无的放矢 。 本文选择的悬架 为麦弗逊式悬架。 为减少工作量且能保证试验的准确性 ,必须将悬架取其精华， 可以将 转向节和转向拉臂融合为一个部件等。5.1 ADAMS/CAR 建模在 ADAMS/Car 里创建模型拓扑结构的三步曲是： 1） 创 建 硬 点 （ hard point） 。 创 建 硬 点 的 步 骤 是 adjust，hardpoint，table ，输入硬点坐标的 x、 y、 z 的 值 。 硬 点 坐 标 值 来源于实车的测量，或者二维图的数据 2）创建部件。在创建好硬点后就可以基于硬 点 创 建 部 件 。 部 件 添 加 完 成 并 不 可 见 ， 需 要 添 加 几 何 体 才 能 让 其 具 体 可 见 。 在ADAMS/Car 里 part 的 类 型 有 四 种 ： 刚体（rigid part） 柔 性 体 （ flexible part） 假 体（Mount Part） 3）创建部件间的连接（运动副）。图 5-1 优化前悬架硬点坐标北华航天工业学院毕业论文2图 5-2 所建立的悬架和转向系模型图 5-3 仿真参数的设定北华航天工业学院毕业论文35.2 前轮定位参数的运动学仿真悬架系统是决定汽车动态特性的关键子系统， 悬架在跳动实验中前轮定位参数将呈 现动态变化。 本实验采用在激振台上对麦弗逊悬架进行单侧车轮 垂直跳动 50mm 的运动 学仿真，分析前轮定位参数、车轮侧滑量等随车轮上下跳动的变化曲线。5.2.1 仿 真 结 果得出了前轮定位参数与轮胎跳跃 50mm 的车轮侧偏曲线：图 5-4 主销后倾角与车轮跳动变化曲线图 5-5 主销内倾角于车轮跳动变化曲线北华航天工业学院毕业论文4图 5-6 前轮外倾角与车轮跳动变化曲线图 5-7 前轮前束与车轮跳动变化曲线图 5-8 轮侧滑量与车轮跳动变化曲线北华航天工业学院毕业论文55.2.2 结 果 分 析上文已经提到在汽车正常运行时， 定位参数符合的范围， 这里对比标准对虚拟样机 的仿真得出的曲线进行评价。1、主销后倾角从图 5-2 得 知 ， 进 行 平 行 轮 跳 仿 真 试 验 的 实 验 范 围 为 50mm 时 ， 悬 架 的 主 销 后 倾 角 从 6.9变化到 9.3，增长不大，满足设计要求。2、主销内倾角从图 5-3 得 知 ， 进 行 平 行 轮 跳 仿 真 试 验 的 实 验 范 围 为 50mm 时 ， 悬 架 的 主 销 内 倾 角 从 8变化到 10.2，增长不大，满足设计要求。3、车轮外倾角 前 轮 外 倾 角 在 车 轮 上 跳 过 程 中 慢 慢 减 小 ,这 种 变 化 趋 势 能 有 效 增 大由 于 车 身 侧 倾 导致的不利影响。 此外,车轮在跳动过程中前轮外倾角变化的趋势 （斜率） 减小,说明轮胎 与 地 面 形 成 的 角 度 变 化 趋 于 稳 定 ,这 利 于 减 少 转 向 轮 摆 振 ,降 低 轮 胎 磨 损 。 可 以 知 道 ,随 着车轮跳动,主销内倾角对前轮外倾角的变化影响最大,其值应选择较大些，主销后倾角 也应取较大的值。4、前轮前束 前束值应符合前文提到的公式。5.3 前轮定位参数的优化选取麦弗逊悬架下摆臂外点、前点、后点，减震器上点，转向横拉杆内点、外点， 每个点三个方向共 18 个设计变量进行试验，得出各个设计变量对目标前束、外倾的影 响程度，确定其中较大的设计变量。Lca_outer、lca_front 、lca_rear，top_mount，tierod_inner，tierod_outer6 个 点 的 三 个 方 向 硬 点 值 作 为 变 量 。 选 取 相 关 硬 点 添 加 到 Factor/inclusion 目 录 下 ， 变 动 范 围 为（- 10mm， +10mm） 。 将 Responses/Candidates 中选 择前束、 外倾 ， 将其 添加到 Responses/ inclusion 目录下，进行设置。5.3.1 拟 合 结 果实验共需 16324 步运算， 我们取 1000 步作为实验拟合， 拟合程度的各项评价指标。R2（ 多 重 相 关 系 数 的 平 方 ） 以 及 Radj2（ 多 重 样 本 相 关 修 正 系 数 ） 可 以 用 来 评 价 拟 合 的 状 况 ， R2 的变化范围为 01， 在 这 个 范 围 内 ， 其 值 越 大 表 明 拟 合 情 况 越 好 ， Radj2 一 般 来 说 ， 其 值 的 大 小 一 般 不 会 超 过 R2， Radj2 值越接近 1 意 味 着 拟 合 结 果 越 理 想 ， P 的 大 小 代 表 着 拟 合 多 项 式 中 有 没 有 有 用 项 ， 其 值 越 小 证 明 其 拟 合 式 中 有 用 项 就 越 多 ， R/V 代 表 着 优 化 结 算 结 果 和 原 始 数 值 间 的 关 联 ， 其 值 仍 然 是 越 大 越 好 ， 当 其 值 超 过 10北华航天工业学院毕业论文6时 意 味 着 拟 合 函 数 预 测 结 果 相 对 比 较 理 想 ， 比 较 小 的 时 候 意 味 着 计 算 结 果 不 是 那 么 可 靠。5.3.2 网 页 格 式 查 看 灵 敏 度图 5-9 前轮外倾的拟合结果得到格式为 html 的文件，浏览器打开，分析各硬点坐标对研究参数的灵敏度图 5-10 前轮外倾的灵敏度分析图 5-11 前束的灵敏度分析“Effect”和“Effect%”的正负取值，正值表示其响应与因子成正比，负值为成反 比，其绝对值越大，对响应影响越大。北华航天工业学院毕业论文75.3.3 最 大 因 子 选 择最终选 取下控制臂外 支 点 lca_outer_Z 方向， 转向横 拉杆外支 点 tierod_outer_Z 方向， 内 支 点 tierod_inner_z 方 向 。 将 目 标 函 数 调 整 为 理 想 值 ， 将 其 他 影 响 因 子 固 定 ， 只 对 灵 敏度分析得出的影响因子进行优化分析，得到新的硬点。5.3.4 优 化 结 果 分 析图 5-12 优化后的悬架硬点坐标值图 5-13 优化前后前轮外倾对比图北华航天工业学院毕业论文8图 5-14 优化前后前轮前束对比图图 5-15 车轮侧滑量优化前后对比图由上方三张图得知，通过改变 lca_outer_z、 tierod_inner_z、 tierod_outer_z 三个坐标 点 的 值 ， 前 轮 外 倾 变 化 很 小 ， 但 前 轮 前 束 的 值 由 0.78-1.0 变 为 -0.25-0.1， 相 应 的 车 轮 侧滑量的最大值由 5.65 变为 4.5，最小值由负值变为 0，可以得到本次优化成功的改善 了之前恶劣的前轮磨损状况的结论。北华航天工业学院毕业论文9第六章 结论本文通过仿真软件建立需要的虚拟样机， 对该虚拟样机进行实验， 对比标准评价仿 真 得 出 的 曲 线 ， 并 运 用 ADAMS/INSIGHT 进 行 优 化 ， 确 定 了 该 悬 架 的 最 优 前 轮 定 位 参 数。6.1 论文的主要工作1、 研 究 了 以 车 轮 侧 滑 量 为 指 标 的 前 束 和 前 轮 外 倾 的 设 计 理 论 ， 并 以 最 小 侧 滑 量 为 前提修改悬架硬点参数，解决了因为前轮外倾和前轮前束的不合理导致的车轮磨损。2、 本 文 简 化 建 立 了 需 要 的 虚 拟 样 机 ， 并 进 行 了 平 行 轮 跳 试 验 ， 通 过 对 比 试 验 得 出 的 前 轮 定 位 参 数 变 化 曲 线 和 标 准 变 化 范 围 ， 找 出 了 原 模 型 的 前 轮 定 位 参 数 的 不 合 理 之 处 ， 然 后 利 用 ADAMS/INSIGHT 研 究 各 硬 点 坐 标 对 前 轮 定 位 参 数 的 灵 敏 度 ， 对 前 悬 架 模型的导向机构的硬点坐标进行调整，使其前轮定位参数变化趋于合理。6.2 前轮定位参数的研究与展望6.2. 1 外 倾 角 与 前 束 值先确定外倾角才能确定前束值， 在汽车的运行过程中,由于车辆的受力、 速度、 转向、 车轮跳动等情况,前轮的弯度会发生变化。 前轮外倾角与前轮前束必须合理匹配, 才会确 保车辆直线行驶时的执行驾驶员指令的准确性, 降低轮胎打滑和磨损 。 因此,提出了前向 梁值跟踪车辆行驶过程中前轮的弯度变化,以及相应的变化的自适应变化的想法,具体实 施措施还有待进一步的讨论与发展。6.2. 2 主 销 后 倾 角低 扁 平 率 子 午 线 轮 胎 的 广 泛 使 用 , 轿 车 的 主 销 后 倾 角 趋 向 于 减 小 , 有 的 主 销 后 倾 角 甚至出现了负值。但任然存在某些高级桥车, 因为其液压动力转向系统的优势 , 转向助 力 效 果 出 群 , 可 以 补 偿 因 为 转 向 轮 主 销 后 倾 变 大 带 来 的 转 向 阻 力 矩 随 之 增 大 的 缺 陷 ， 所以其主销后倾角还存在增大的趋势， 以确保汽车高速时回正性能和高速时直线行驶的 执 行 驾 驶 员 指 令 的 准 确 性 , 这 表 明 增 大 主 销 后 倾 角 对 某 些 特 定 车 辆 的 特 殊 工 况 很 有 必 要。 所以 , 某些车辆的特殊条件是必要的。 因此,对汽车能否根据不同工况的要求进行自 动调节,提高高速行驶的稳定性,仍需进一步研究。北华航天工业学院毕业论文0致 谢本 次 毕 业 设 计 历 时 三 个 月 ， 经 历 了 诸 多 艰 难 ， 首 先 是 ADAMS 软 件 的 使 用 问 题 ， ADAMS/CAR 与 ADAMS/VIEW 的 使 用 大 相 迥 异 ， 虽 然 上 学 期 学 了 一 学 期 的 view 但是 对本课题帮助不大。 本次毕业设计的顺利完成， 离不开赵老师的悉心指导， 老师提供了 ADAMS/car 的 教 程 让 我 不 至 于 无 所 适 从 。 也 感 谢 北 华 航 天 工 业 学 院 的 丰 富 藏 书 量 ， 学 校还与百度学术达成合作， 免费为应届生提供了大量的参考资料 。 在论文完成后， 还要 感谢牛同学帮我更 改论文格式 ， 编辑页码和页眉。 牛同学 Office 软件的熟练使用 ， 使本 文原本朴实无华且枯燥的论文瞬间看起来显得很有学术感 。 大学四年， 这算是最后的答 卷了，对父母，对自己。也要对父母 20 来年的辛勤养育说声谢谢，你们辛苦了。北华航天工业学院毕业论文1参考文献1 李军，邢俊文，等ADAMS 实 例 教 程 M 北 京 理 工 大 学 出 版 社 ， 2002.2 赵 棣 华 .汽 车 前 轮 定 位 对 运 行 的 影 响 .汽 车 运 输 ， 1990， 4： 11-13.3 董国恩， 张蕾.基于 ADAMS 的车轮定位参数优化设计.中国农机化， 2006， 5： 106-108.4 季喜军， 耿振江.现代汽车转向轮定位参数的变化.山西交通科技， 2001， 1： 46-47.5 陈茂松， 李仁平， 等.浅析前轮定位参数变化对汽车转向操纵性的影响.城市 车辆，2000，4：17-18. 6 丁 亚 康 、 翟 润 国 ， 等 .基 于 ADAMS/INSIGHT 的 汽 车 悬 架 定 位 参 数 优 化 设 计 . 汽车技术，2011，5：33-36.7 魏 道 高 .汽 车 前 轮 定 位 参 数 研 究 与 展 望 .合 肥 工 业 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） ， 2004，27（12）：1594-1598.8 石振国.基于 ADAMS 的微型汽车前轮定位参数优化设计研究.重庆： 重庆交通 大学，2007： 9 Koutny.Model of tire wearJ.Rubber Chemistry and Technology, 1991,64(5): 683-695.10 Tasuo F，Shunichi Y，Yoshititaka uTire wear caused by mild tread slipRubber Chemistry and T echnology， 1997， 70(4)： 572-583.