基于ADAMS的麥弗遜式懸架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析.pdf

1、第2 5 卷第6 期 2 0 0 5 年1 2 月 遼 寧 工 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) J o u r n a l o f L i a o n i n g I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y V0 1 2 5。 No 6 De c 2 0 0 5 基 于 A DA M S 的 麥 弗 遜 式 懸 架 的 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 分 析 劉 浩， 何輝 ， 張立軍 ( 遼寧工學(xué)院 汽車與交通工程學(xué)院， 遼寧 錦州1 2 1 O O 1 ) 摘要： 在某轎車的研發(fā)過(guò)程中， 考慮到前輪磨損的問(wèn)題， 以多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)， 應(yīng)用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng) 力學(xué)仿真軟件 A D A

2、 MS的轎車模塊 ) c a r 建立麥弗遜懸架模型， 并應(yīng)用A D A MS I n s i g h t 模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分 析并對(duì)懸架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化， 得出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 關(guān)鍵詞： A D A MS ； 多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)I 麥弗遜獨(dú)立懸架I 優(yōu)化 中圖分類號(hào)： U4 6 3 3 3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1 0 0 5 1 0 9 0 ( 2 0 0 5 ) 0 6 0 3 9 7 - 0 3 S t r u c t u r e Op t i mi z a t i o n a n d An a l y s i s o f ADAM S S M a c p h e r s o n S

3、u s p e n s i o n L I U Ha o ， HE Hu i ， Z I- I ANG L i - j u n ( Au t o mo b il e& T r a f fi c& n e e r il lg C o l l e g e ， L ia o n i n g I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y ， J i n z h o u 1 2 1 0 0 1 ， C h i n a ) Ke y w o r d s ：ADAM S； r i g i d mu l t i -b o d y d y n a mi cs , ma c p

4、 h e r s o n s u s p e n s i o n； o p t i mi z a t i o n Ab s t r a c t ：I n t h e d e s i g n p r o c e s s o f a c e r t a i n c a r ，c o n s i d e r i n g t h e t y r es we a r ，b a s e d o n t h e t h e o r y o f ri g i d mu l t i b o d y d y n a mi c s ， t h e mo d e l o f Ma e p h e r s o n s

5、u s p e n s i o n w i t h | C 越 wa s s e t u p Ap p l y i n g A DAMS I n s i g h t ，t h e k i n e ma t i cs a n a l y s i s o f t h e s u s p e n s i o n wa s c a r r i e d o u t w i t h t h e o p t i mi z e d p o r o me t e r s f o r s u s pen s i o n s t r u c t u r e a t t a i n e d 麥弗遜式獨(dú)立懸架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

6、單、 質(zhì)量輕、 易布 置眾多優(yōu)點(diǎn)， 但由于其自由度的減少， 運(yùn)動(dòng)特性的可 設(shè)計(jì)性不就如其他獨(dú)立懸架。麥弗遜懸架的主銷軸 線位于減震器上支點(diǎn)和下擺臂外支點(diǎn)的連線上， 因 此當(dāng)懸架變形時(shí)， 主銷軸線也隨之改變， 車輪定位參 數(shù)和輪距也都會(huì)相應(yīng)改變， 若變化量太大， 就會(huì)導(dǎo)致 車輪的嚴(yán)重磨損。針對(duì)此問(wèn)題， 在設(shè)計(jì)過(guò)程中， 應(yīng)用 C a r 專業(yè)模塊建立該懸架模型， 再通過(guò) I I1 s i g h t 模塊進(jìn)行仿真分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)。 轉(zhuǎn)向節(jié)總成、 轉(zhuǎn)向拉桿、 車輪以及減振器和螺旋彈簧 組成。 可以通過(guò)各個(gè)零件之間的約束關(guān)系計(jì)算出1 2 麥弗遜懸架的自由度數(shù)為 3 ， 即車輪繞著車軸的轉(zhuǎn) 動(dòng)、 車輪繞主

7、銷的轉(zhuǎn)動(dòng)和車輪的上下跳動(dòng)。 根據(jù)設(shè)計(jì) 提出的麥弗遜懸架的 3 D數(shù)摸， 在 A D A MS C a r 的 T e m p l a t e 界面下， 建立該懸架模型。 在 AD AMS c a r S t a n d a r d界面下 ， 進(jìn)行該 懸架 子系統(tǒng)的建立。 最后， 將懸架實(shí)驗(yàn)?zāi)０迮c懸架子系統(tǒng) 及轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)裝配， 完成該懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的搭建。 1 懸架系統(tǒng)建模 2 仿真及優(yōu)化分析 由于麥弗遜懸架左右懸架對(duì)稱， 所以只對(duì)左懸 架進(jìn)行分析。I 2 麥弗遜懸架由車身、 下擺臂總成、 收稿 日期： 2 0 0 5 0 5 1 6 基金項(xiàng)目： 遼寧省教育廳基金資助項(xiàng)目( 2 9 1 0 1

8、2 9 9 ) 作者簡(jiǎn)介： 劉浩( 1 9 8 0 - ) ， 男 ， 遼寧海城人， 碩士生 在 S t a n d ard界面下， 進(jìn)行麥弗遜懸架 的仿真及優(yōu)化分析。由于本論文是研究輪胎磨損的 維普資訊 3 9 8 遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào) 第 2 5 卷 問(wèn)題， 所以選擇雙側(cè)車輪平行跳動(dòng)仿真。 以車輪上跳 5 0 112 12 1 、 下跳 5 0 n l I n的常見工況進(jìn)行仿真及優(yōu)化分 析。 推立桿 圖 1 麥弗遜懸架的 3 D數(shù)模 表 1 懸架硬點(diǎn)坐標(biāo) 圖 2 AD AMS中建立的模型 考慮到其他前輪定位參數(shù)的變化， 要保證前輪定位 參數(shù)的變化要小， 使汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。 由圖 4 、

9、 圖 5 可知， 當(dāng)輪胎下跳 5 0 r Il l n的時(shí)候， 圖4 輪胎滑移量的變化曲線 輪胎滑移量為 1 2 2 m m( 理想值為 5 m m) ， 前束角 為 0 8 6 。 當(dāng)輪胎 上跳 5 0 r f l l n的時(shí)候 ， 其滑移量 為 4 7 r I l l n ， 前束角 為 0 8 5 。 ( 理 想值為 0 5 o ) 可 以看 出， 當(dāng)車輪在下跳的時(shí)候， 輪胎的滑移量的變化較理 想值略大。而整個(gè)前束角在車輪下跳過(guò)程中的變化 也大于理想值， 這樣對(duì)輪胎的磨損都有一定的影響。 因此， 對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化分析。與此同時(shí)， 還要滿足其他 前輪參數(shù)的變化， 保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。

10、 利用 AD AMS I n s i g h t 模塊 ， 以輪胎滑移量及前 束角為目標(biāo)函數(shù)， 以下左推力桿前支點(diǎn)、 擺臂與副車 架連接點(diǎn)、 下擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點(diǎn)、 轉(zhuǎn)向拉桿與轉(zhuǎn)向 節(jié)連接點(diǎn)的硬點(diǎn)坐標(biāo)為變量進(jìn)行優(yōu)化分析。從下面 曲線中可以看出其優(yōu)化前后參數(shù)的變化。 從圖 6 可看出， 較優(yōu)化前車輪滑移量的變化降 低了 5 8 o 4， 這樣輪胎磨 損問(wèn)題可以得到一定改善 。 重 一 l 瑚 1 察 匣 圖 5 前束角的變化 曲線 皇 目 前 束 角 是 羹 囂 一 目 苧 耋 ， 曼 凳 以 看 茗 了 。4 是 直 接 影 響 輪 胎 磨 損 的 主 要 原 因 。并 且 ， 在 優(yōu) 化 時(shí)

11、 要 籌 維普資訊 第 6 期 劉浩等： 基于A D A MS的麥弗遜式懸架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析 3 9 9 性， 并且可以使汽車增加了一定的不足轉(zhuǎn)向特性。 圖 7 前束角對(duì) 比 由圖8 知， 優(yōu)化后的主銷內(nèi)傾角較優(yōu)化前增加了8 1 。由于設(shè)計(jì)時(shí)， 其主銷偏置距為負(fù)。主銷內(nèi)傾角 增大， 偏置距也隨之增大。 當(dāng)兩側(cè)車輪的制動(dòng)力不等 時(shí)， 轉(zhuǎn)向力矩的作用方向與制動(dòng)力左、 右差所引起的 偏轉(zhuǎn)力矩反向， 可以抵消一部分偏轉(zhuǎn)力矩 。 由于偏置 距的增大， 轉(zhuǎn)向力矩也就增大， 抵消的偏轉(zhuǎn)力矩就越 多， 這樣可使汽車得到更加穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)效果。 從圖 9 可以看出， 當(dāng)車輪上跳過(guò)程中， 優(yōu)化后較 優(yōu)化前的主銷后傾角增

12、加了0 6 ， 主銷后傾角的 增加會(huì)導(dǎo)致拖距增大， 這樣有利于提高前輪的回正 能力和直線行穩(wěn)定性。 車輪外傾角在優(yōu)化前后的變化不大。滿足設(shè)計(jì) 要求 。 名 一 援 娶 舔 + H 圖 8 主銷內(nèi)傾角的對(duì)比 輪胎跳動(dòng)量 ( 唧) 圖 9 主銷后傾角的對(duì)比 表 2 硬點(diǎn)優(yōu)化前后對(duì)比表 輪胎跳動(dòng)量 ( 唧) 圖 1 O 車輪外傾角的對(duì)比 硬點(diǎn)名稱 優(yōu) 骺?jī)?yōu) 后優(yōu) 化后 左推力桿前支點(diǎn) 左下擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點(diǎn) 左下擺臂與副車架連接點(diǎn) 轉(zhuǎn)向拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)連接點(diǎn)( 左) 左滑柱上 固定點(diǎn) 一 3 6 7 3 6 3 1 7 3 9 7 3 9 3 3 2 6 O一 6 0 4 75 6 6 2 8 4 2

13、6 7 3 6 7 9 8 61 1 3 1 1 2 26 5 0 5 0 7 0 2 3 6 2 3 5 8 8 8 3 7 3 7 37 1 1 0 1 1 0 9 3 6 2 7 6 6 6 0 7 5 5 5 9 6 9 5 3 2 3 1 7 7 9 - 5 3 2 -5 2 6 8 8 5 1 o 5 0 4 9 3 結(jié) 論 綜上所述 ， 本文以 A DAMS c a t 為工具進(jìn)行 了 麥弗遜懸架的建模、 仿真； 以車輪滑移量及前束角為 目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行麥弗遜懸架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化 ， 優(yōu)化后車輪 滑移量的變化降低了 5 8 ， 輪胎的磨損問(wèn)題得到 改善； 同時(shí)， 優(yōu)化后的前束角變化降低了4 4 8 、 主 銷內(nèi)傾角增加了8 1 、 主銷后傾角增加了 0 6 ， 從而保證了汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性； 最后得出 最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)， 在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中起指導(dǎo)作用。 參考文獻(xiàn)： 1 陸丹， 湯靖， 王國(guó)林 基于 AD AM S的麥弗遜前懸架優(yōu)化 設(shè)計(jì) J 中國(guó)制造業(yè)信息化， 2 0 0 4 ， ( 8 ) ： 1 o 6 1 O 8 2 褚志剛 汽車前輪定位參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) J 重慶大學(xué)學(xué)報(bào)， 2 o o 3 ， 2 6 ( 2 ) ： 8 6