基于adams的麥弗遜式前懸架多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析

基于adams的麥弗遜式前懸架多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析

0懸架系統(tǒng)的仿真分析獨(dú)立懸掛式排氣的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，非彈簧載質(zhì)量小，便于配置，適合不同形狀的彈簧，并能自動(dòng)調(diào)整車身高度。但是,由于主銷軸線位置在減振器與車身連接鉸鏈中心和橫擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)連接鉸鏈中心的連線上,因此當(dāng)懸架在變形時(shí),主銷軸線也隨之改變,前輪定位參數(shù)和輪距也都會(huì)相應(yīng)改變,且變化量可能很大。因此,如果懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng),就會(huì)大大影響汽車產(chǎn)品的使用性能(如轉(zhuǎn)向沉重、擺振、輪胎偏磨、影響輪胎使用壽命等)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem）中的Car專業(yè)模塊是MSC與Audi、BMW、Renault和Volvo等公司合作開發(fā)的整車設(shè)計(jì)軟件包，整合了他們?cè)谄囋O(shè)計(jì)、開發(fā)方面的經(jīng)驗(yàn)，能夠幫助工程師快速建造高精度的包括車身、懸架系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、引擎、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，制動(dòng)系統(tǒng)等子系統(tǒng)在內(nèi)的參數(shù)化虛擬汽車模型。ADAMS/Insight功能擴(kuò)展模塊是ADAMS基于網(wǎng)頁(yè)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析模塊，能對(duì)仿真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使用戶可以更精確地對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行量化研究，應(yīng)用ADAMS/Insight，我們可以很方便地進(jìn)行一系列的仿真試驗(yàn)，從而精確地預(yù)測(cè)所設(shè)計(jì)的復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)在各種工作條件下的性能，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果提供專業(yè)化的統(tǒng)計(jì)結(jié)果1模型的構(gòu)建1.1獨(dú)立懸架左懸架系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)抽象出如圖1所示的前左懸架系統(tǒng)分析模型，懸架右側(cè)和左側(cè)對(duì)稱。由于Car建立模型只需要輸入單側(cè)模型的參數(shù)會(huì)自動(dòng)地建立另一邊的模型。因此，這里建模過(guò)程只涉及到左邊懸架。根據(jù)實(shí)際懸架及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?？梢猿橄蟪鋈鐖Dl所示的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真系統(tǒng)模型。麥弗遜獨(dú)立懸架左懸架部分由下擺臂、轉(zhuǎn)向節(jié)總成（包括減振器下體、輪轂軸、制動(dòng)底板等）、轉(zhuǎn)向橫拉桿、減振器上體、轉(zhuǎn)向器齒條、車輪總成、車身共7個(gè)剛體組成。減振器上體用萬(wàn)向節(jié)鉸A與車身相連，轉(zhuǎn)向節(jié)總成與減振器上體用圓柱鉸B約束，相對(duì)減振器上半部分可以進(jìn)行軸向移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)；下擺臂一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸F,G與車身相連（其中一個(gè)為虛約束），可相對(duì)車身上下擺動(dòng)，另一端通過(guò)球鉸E與轉(zhuǎn)向節(jié)總成相接；轉(zhuǎn)向橫拉桿一端通過(guò)球鉸C與轉(zhuǎn)向節(jié)總成相連，另一端通過(guò)萬(wàn)向節(jié)鉸H與轉(zhuǎn)向齒條相連；轉(zhuǎn)向齒條通過(guò)移動(dòng)鉸I與車身相連，可相對(duì)車身左右移動(dòng)；車輪總成和轉(zhuǎn)向節(jié)總成通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈D相連，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析時(shí)，車身與地面是固定在一起的1/2前麥弗遜懸架約束方程數(shù)目為：m=6×1+5×3+4×3+3×2=391/2懸架自由度為：DOF=6×7-m=3其中，1/2懸架有3個(gè)自由度，分別是車輪繞著車軸的轉(zhuǎn)動(dòng)、車輪繞主銷的轉(zhuǎn)動(dòng)和車輪的上下跳動(dòng)。1.2懸架空間參數(shù)表模型關(guān)鍵點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)和相關(guān)參數(shù)是建立ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的關(guān)鍵，由于廠家未能提供零部件裝配圖，因此我們使用三坐標(biāo)儀進(jìn)行測(cè)繪。在測(cè)量該皮卡車前懸架零部件的空間位和參數(shù)時(shí),我們采用ISO坐標(biāo)制,以地面為XY平面,汽車中心對(duì)稱面為XZ平面,通過(guò)前輪輪心連線,垂直另外兩平面的面為YZ平面,取豎直向上為Z軸正向,車身右側(cè)為Y軸正向,以車前進(jìn)方向的反方向?yàn)閄軸正向。於是我們得到如表1所示的左側(cè)懸架空間參數(shù)表。其中,使用GCD-I型光束水準(zhǔn)車輪定位儀測(cè)量前輪定位參數(shù),車輪外傾為1.5度,主銷后傾角為3度,主銷內(nèi)傾角為8.5度1.3前懸架模型建立調(diào)用ADAMS/Car中自帶的模板，輸入相關(guān)參數(shù)建立懸架子系統(tǒng),調(diào)用該懸架子系統(tǒng)則可以建立前懸架模型系統(tǒng)。由于該車輪胎為165/R13,根據(jù)參考書目[5]中的公式:2車輪運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立我們進(jìn)行了雙側(cè)車輪平行跳動(dòng)仿真來(lái)分析車輪外傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角的變化，由于前題是為了消除外傾帶來(lái)的邊滾邊滑的不良后果從圖3我們注意到定位參數(shù)的初始值與我們使用GCD-I型光束水準(zhǔn)車輪定位儀測(cè)量的參數(shù)一致，可以判斷模型是合理的，同時(shí)從圖3和圖4可知,該車定位參數(shù)存在以下問(wèn)題：=車輪的側(cè)向滑移量過(guò)大,上跳-40mm處滑移值為12.4378mm，在+40mm處為-8.2429mm，該車行駛時(shí)輪胎將嚴(yán)重磨損；=車輪定位參數(shù)在車輪上下跳動(dòng)過(guò)程中變化過(guò)大,其中車輪外傾角變化達(dá)到4.3547°，主銷的內(nèi)傾角變化達(dá)到4.1609°。這在加劇了輪胎磨損的同時(shí)也將導(dǎo)致皮卡車性能變得不穩(wěn)定。3優(yōu)化后的關(guān)鍵參數(shù)結(jié)果為了解決以上問(wèn)題,考慮對(duì)前懸架進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整。由于主銷后傾角和主銷內(nèi)傾角的初始值的調(diào)整會(huì)影響車身高度、質(zhì)心位置、輪距和軸距等基本參數(shù)，從而會(huì)極大的影響整車的各項(xiàng)性能，故不能做較大范圍的調(diào)整。而且以前的研究表明：細(xì)微的調(diào)整對(duì)其他定位參數(shù)的變化影響并不大，而下擺臂的側(cè)傾角和俯仰角對(duì)側(cè)滑量以及其他定位參數(shù)有顯著影響對(duì)照?qǐng)D5并查詢ADAMS/Insight中的Workspace，經(jīng)過(guò)我們分析得到：當(dāng)后支點(diǎn)位置Y=-155,Z=225，前支點(diǎn)Z=237時(shí),可以得到較小的側(cè)向滑移量,這也意味著這三個(gè)參數(shù)對(duì)我們的性能有較大的影響。固定這幾點(diǎn),然后單獨(dú)分析前支點(diǎn)Y坐標(biāo)對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響,得到優(yōu)化后的前支點(diǎn)Y值為-225。在ADAMS/Car里面將關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)做相應(yīng)的調(diào)整，再進(jìn)行雙側(cè)車輪平行跳動(dòng)±40mm仿真，在后處理模塊中將所得到的結(jié)果與原結(jié)果對(duì)比如圖6～9所示。優(yōu)化前后各參數(shù)變化如表2所示。從圖6～9以及表2中，我們可以看到：1）與原懸架相比，車輪跳動(dòng)±40mm時(shí)，車輪外傾角和主銷內(nèi)傾角的變化范圍明顯減小。具體而言，車輪外傾角變化范圍由原來(lái)的4.3547°減小到2.1439°，主銷內(nèi)傾角變化由原來(lái)的4.1609°變?yōu)?.4920°時(shí)；2）與原懸架相比，車輪跳動(dòng)±40mm時(shí)，車輪后傾角變化范圍稍有減小，原為1.4939，現(xiàn)為1.428°但在負(fù)行程處后傾角絕對(duì)值有0.1861°的增大；3）與原懸架相比，左車輪跳動(dòng)±40mm時(shí)，左車輪側(cè)滑量有顯著的改善，上跳-40mm處滑移值由12.4378mm變?yōu)?.7236mm，在+40mm處由原來(lái)的-8.2429mm變?yōu)?.7236mm；右輪與左輪對(duì)稱，滑移也對(duì)稱分布，左輪滑移獲得改善的同時(shí)，右輪也獲得了改善。4懸架的運(yùn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)本文利用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件ADAMS的Car模塊建立了某皮卡車麥克弗遜式懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算機(jī)仿真模型,使用ADAMS/Insight模塊將下擺臂布置對(duì)懸架的定位參數(shù)和側(cè)滑量的影響進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，較好地解決了懸架上跳過(guò)程中定位參數(shù)變化過(guò)大，輪胎磨損嚴(yán)重的問(wèn)題。對(duì)于其他的麥弗遜懸架，將本文建立的計(jì)算機(jī)仿真模型所用的基本空間參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，也可以快速準(zhǔn)確地得到該懸架的基本性能曲線，通過(guò)ADAMS/Insight，可以針對(duì)懸架具體的性能目標(biāo)要求對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)?？偟膩?lái)說(shuō),將ADAMS/Car和ADAMS/Insight的結(jié)合使用可以快速高效地對(duì)懸架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。固定這點(diǎn),然后進(jìn)一步分析