汽車系統(tǒng)動力學(xué).doc

載運工具運用工程 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為汽車輪胎胎壓不足，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。輪胎個別部位異常磨損主要是因為車輛行駛在碎石路面或急起動和緊急制動等導(dǎo)致表面橡膠被啃掉。輪胎胎冠局部過度磨損，該現(xiàn)象主要是因為車輛緊急制動，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)象主要是因為該車輪動平衡性差或與該車輪連接的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零件磨損。在實際汽車運行過程中，其它的諸多因素也會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)計中的缺陷等，都會造成輪胎的異常磨損。汽車輪胎作為車輛的支撐、驅(qū)動、制動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)計及參數(shù)優(yōu)化研究一直都是一個熱點課題。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行運動學(xué)和動力學(xué)仿真分析，結(jié)合懸架仿真及維修實踐經(jīng)驗，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的三維坐標(biāo)。因為懸架左右對稱，故在ADAMS /Car環(huán)境下只需輸入模型的單側(cè)定位參數(shù)就會自動建立另一側(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撲鏈接關(guān)系的，它的建立是整個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)的零部件進行部分?jǐn)?shù)據(jù)的修改，如調(diào)整硬點的坐標(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。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，分析相關(guān)特性曲線，就可以對系統(tǒng)進行運動學(xué)、動力學(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)鍵位置點坐標(biāo)不變。同時，在維修調(diào)整操作行為中，調(diào)整前輪前束角和外傾角時一般要求調(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行運動學(xué)仿真分析時，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)懸架總成模型運動學(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量變化曲線圖7優(yōu)化前后前輪外傾角隨車輪跳動量變化曲線 圖8優(yōu)化前后主銷后傾角隨車輪跳動量變化曲線圖9 優(yōu)化前后主銷內(nèi)傾角隨車輪跳動量變化曲線 圖10 優(yōu)化前后半輪距隨車輪跳動量變化曲線從圖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，符合維修實際及原廠設(shè)計;調(diào)整前輪前束角和車輪外傾角后的兩個仿真曲線在靜平衡位置時的數(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。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，運用多剛體動力學(xué)的基本理論和方法，采用仿真軟件ADAMS /C