汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué).doc

載運(yùn)工具運(yùn)用工程 基于 ADAMS 仿真的輪胎異常磨損研究現(xiàn)代汽車的車輪輪胎大多都是橡膠輪胎，輪胎與地面間產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力是造成輪胎磨損的主要原因。汽車輪胎磨損過程是十分復(fù)雜的，它是由多種機(jī)理共同作用的結(jié)果。影響輪胎磨損的因素主要有三種，即輪胎自身因素、整車匹配問題和外界環(huán)境因素。常見的輪胎異常磨損( 非正常磨損) 情況及處理，主要有輪胎的胎冠過度磨損，輪胎的胎冠部分出現(xiàn)早期過度磨損主要原因是汽車輪胎胎壓過大；輪胎兩側(cè)胎肩過度磨損主要是因?yàn)槠囕喬ヌ翰蛔?，或長期超載荷行駛造成。輪胎單側(cè)異常磨損主要原因是該車輪定位不正確，且多發(fā)生在后車輪上。輪胎個(gè)別部位異常磨損主要是因?yàn)檐囕v行駛在碎石路面或急起動(dòng)和緊急制動(dòng)等導(dǎo)致表面橡膠被啃掉。輪胎胎冠局部過度磨損，該現(xiàn)象主要是因?yàn)檐囕v緊急制動(dòng)，造成車輪抱死而引起的局部過度磨損。車輛輪胎出現(xiàn)波浪形或鋸齒形異常磨損現(xiàn)象主要是因?yàn)樵撥囕唲?dòng)平衡性差或與該車輪連接的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零件磨損。在實(shí)際汽車運(yùn)行過程中，其它的諸多因素也會(huì)造成輪胎的異常磨損。如車輛的特殊使用工況、駕駛員的駕駛習(xí)慣、汽車底盤情況及汽車懸架設(shè)計(jì)中的缺陷等，都會(huì)造成輪胎的異常磨損。汽車輪胎作為車輛的支撐、驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)以及為操縱提供所需的力和力矩，它與懸架系統(tǒng)直接連接，故懸架的參數(shù)將直接影響輪胎的使用情況。而汽車懸架的性能又直接決定了汽車的平順性、乘舒適性和操縱性穩(wěn)定性，故對懸架設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化研究一直都是一個(gè)熱點(diǎn)課題。針對汽車維修中某微型轎車因車輪定位初始標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)而引起輪胎的異常磨損現(xiàn)象，采用 ADAMS軟件對該車前懸架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析，結(jié)合懸架仿真及維修實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，來分析研究該車型車輛初始定位參數(shù)狀況，并提出更好的車輪定位角來消除該車型輪胎異常磨損現(xiàn)象。1、懸架系統(tǒng)仿真模型的建立1.1、麥弗遜前懸架子系統(tǒng)模型的建立在ADAMS虛擬環(huán)境中建立麥弗遜前懸架子系統(tǒng)模型，其幾何定位參數(shù)，即麥弗遜懸架各定位點(diǎn)的三維坐標(biāo)。因?yàn)閼壹茏笥覍ΨQ，故在ADAMS /Car環(huán)境下只需輸入模型的單側(cè)定位參數(shù)就會(huì)自動(dòng)建立另一側(cè)模型。該車型前懸架麥弗遜式懸架的左側(cè)關(guān)鍵點(diǎn)的位置坐標(biāo)和減振器的阻尼參數(shù)，如表1、表2所示。前懸架彈簧參數(shù)如下: 剛度為( 17 0. 68) N/m，自由長度 406. 7 mm，空載高度 232 mm，空載負(fù)荷( 2 958 118) N，中徑( 131 1. 2) mm，線徑 12. 5mm，圈數(shù)位 7. 5 圈。ADAMS / Car 中模板是用來定義各部件之間的拓?fù)滏溄雨P(guān)系的，它的建立是整個(gè)建模型過程中最重要的環(huán)節(jié)。建立模板后，接下來是生成子系統(tǒng)。在子系統(tǒng)里，用戶可以對子系統(tǒng)內(nèi)的零部件進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)的修改，如調(diào)整硬點(diǎn)的坐標(biāo)位置、橡膠襯套、彈簧和阻尼器的屬性文件等。子系統(tǒng)建立后，根據(jù)總成需要進(jìn)行總成模型的組建。其中屬性文件是建立仿真分析模型的最基本文件，它設(shè)置和記錄了系統(tǒng)模型的基本參數(shù)和相關(guān)屬性。通過ADAMS / Car 麥弗遜懸架的模板生成麥弗遜懸架子系統(tǒng)，修改該懸架子系統(tǒng)各技術(shù)參數(shù)生成懸架子系統(tǒng)模型如圖 2 所示。1. 2、 輪胎模型的建立輪胎作為汽車總成重要模型元素之一，對仿真精度有極大的影響。ADAMS 仿真軟件自帶了幾種輪胎模型，有 Pacejke89、Paeejke94、MF-Tyre、MF-Swift、Fiala 輪 胎 模 型、UA 輪 胎 模 型、Delft-Tyre、WIFT-Tyre 及摩托車輪胎模型。在懸架仿真中采用的是較常用的 Fiala 輪胎。通過相關(guān)測量及試驗(yàn)得到的 Fiala 輪胎相關(guān)特性參數(shù)如表3所示。所建立的 Fiala 輪胎模型如圖3所示。圖2 懸架子系統(tǒng)模型圖3 Fiala輪胎模型1. 3、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型的建立 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是整車系統(tǒng)必不可少的部分，汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對汽車的操縱穩(wěn)定性以及行駛平順性等起著重要而直接的作用。汽車轉(zhuǎn)向系通過對汽車左、右車輪不同轉(zhuǎn)角之間的合理匹配來保證汽車沿著預(yù)期軌跡轉(zhuǎn)動(dòng)。建立的汽車轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)模型如圖4所示。1. 4、前懸架系統(tǒng)仿真模型將前懸架、轉(zhuǎn)向和輪胎等子系統(tǒng)裝配后便得到前懸架系統(tǒng)模型，如圖5所示。通過對懸架總成系統(tǒng)模型做各種試驗(yàn)，分析相關(guān)特性曲線，就可以對系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等特性的研究，找出輪胎異常磨損的影響因素。圖4 轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)模型圖5 前懸架總成仿真模型2、優(yōu)化后仿真分析在實(shí)際車輪定位角調(diào)整的過程中，主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角未調(diào)整，僅對車輪前束角和車輪外傾角進(jìn)行了小角度的調(diào)整，這兩角度的輕微調(diào)整對懸架的關(guān)鍵點(diǎn)位置坐標(biāo)影響極小，車輪定位參數(shù)優(yōu)化后懸架的各關(guān)鍵位置點(diǎn)坐標(biāo)不變。同時(shí)，在維修調(diào)整操作行為中，調(diào)整前輪前束角和外傾角時(shí)一般要求調(diào)整在中間值附近。根據(jù)上述情況，對車輛車輪定位參數(shù)優(yōu)化后的懸架總成模型再次進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析時(shí)，設(shè)定車輪前束角和車輪外傾角均為優(yōu)化后標(biāo)準(zhǔn)范圍中間值，即前輪前束角為 9，車輪外傾角為 15。經(jīng)懸架總成模型運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真后得到車輪各定位參數(shù)及輪距變化曲線圖，如圖 6 圖 10所示( 圖中 r 實(shí)曲線代表優(yōu)化后的變化曲線，w 虛曲線代表優(yōu)化前的變化曲線) 。圖6 優(yōu)化前后前輪前束角隨車輪跳動(dòng)量變化曲線圖7優(yōu)化前后前輪外傾角隨車輪跳動(dòng)量變化曲線 圖8優(yōu)化前后主銷后傾角隨車輪跳動(dòng)量變化曲線圖9 優(yōu)化前后主銷內(nèi)傾角隨車輪跳動(dòng)量變化曲線 圖10 優(yōu)化前后半輪距隨車輪跳動(dòng)量變化曲線從圖6一圖10中可以看出，車輪定位角中主銷內(nèi)傾角及后傾角未有變化，符合維修實(shí)際及原廠設(shè)計(jì);調(diào)整前輪前束角和車輪外傾角后的兩個(gè)仿真曲線在靜平衡位置時(shí)的數(shù)值均有減小，且變化方位較小，有利于降低輪胎內(nèi)側(cè)偏磨的異常磨損，符合實(shí)際情況;輪距變化曲線在調(diào)整前后未有明顯變化，且輪距變化范圍較小(僅4. 4 mm)，有力地降低輪胎的磨損，符合原廠設(shè)計(jì)。整體上各參數(shù)變化符合了降低甚至消除輪胎內(nèi)側(cè)異常磨損的趨勢，具有廣泛的應(yīng)用前景。4結(jié)束語 本文系統(tǒng)分析了某車型麥弗遜懸架的結(jié)構(gòu)性能，運(yùn)用多剛體動(dòng)力學(xué)的基本理論和方法，采用仿真軟件ADAMS /C