ADAMS的雙橫臂扭桿彈簧獨(dú)立懸架線剛度計(jì)算

綜合國(guó)內(nèi)外資料，探討了雙精管扭桿懸架設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用的國(guó)截面直扭桿的設(shè)計(jì)方法和雙向筒式減振器參數(shù)的初步確定，并用于某輕型客車前懸架的改進(jìn)設(shè)計(jì)，獲得了滿意的結(jié)果.

綜合國(guó)內(nèi)外資料,探討了雙橫臂扭桿懸架設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用的圓截面直扭桿的設(shè)計(jì)方法和雙向筒式減振器的參數(shù)的初步確定,并用于某輕型客車前懸架的改進(jìn)設(shè)計(jì),獲得了滿意的結(jié)果。

按虛功原理完整導(dǎo)出精確分析雙橫臂扭桿彈簧懸架系統(tǒng)剛度與阻尼參數(shù)的基本公式,提出確定扭桿彈簧和減振器參數(shù)的新方法。給出按給定偏頻以及相對(duì)阻尼比來(lái)確定扭桿的剛度和減振器阻尼的設(shè)計(jì)步驟,并研制出簡(jiǎn)明實(shí)用的設(shè)計(jì)計(jì)算軟件。試驗(yàn)表明虛擬試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果基本一致。該方法已成功應(yīng)用于一種新型結(jié)構(gòu)線控轉(zhuǎn)向四輪驅(qū)動(dòng)燃料電池微型汽車的懸架系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

針對(duì)雙橫臂獨(dú)立扭桿彈簧懸架的特點(diǎn),運(yùn)用多體動(dòng)力學(xué)的理論建立了某商務(wù)車獨(dú)立懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型和仿真模型,基于遺傳算法開(kāi)發(fā)了多目標(biāo)的優(yōu)化程序,通過(guò)adams/solver和外部程序的接口文件實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸。將優(yōu)化前仿真結(jié)果與優(yōu)化后得到的仿真結(jié)果進(jìn)行了性能對(duì)比,結(jié)果表明,優(yōu)化后的仿真結(jié)果有效地改善了懸架的性能。該方法和傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法相比,優(yōu)點(diǎn)在于能提高精度和效率。

上置扭桿式雙橫臂獨(dú)立懸架是較復(fù)雜的一種懸架形式,分析其運(yùn)動(dòng)特性對(duì)汽車的輪胎偏磨和整車性能都有重要的參考價(jià)值。利用adams/car軟件建立了虛擬樣機(jī)模型,通過(guò)對(duì)比靜態(tài)平衡位置時(shí)定位參數(shù)的理論值與仿真值,驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。設(shè)置輪跳合理的范圍,進(jìn)行同向跳動(dòng)仿真,得到5項(xiàng)運(yùn)動(dòng)特性變化曲線。分析曲線的變化趨勢(shì),得到輪距變化超出一般的要求區(qū)間,可能導(dǎo)致輪胎磨損嚴(yán)重,以及直線行駛能力變差等結(jié)論。

根據(jù)某汽車雙橫臂前懸架硬點(diǎn)坐標(biāo)等參數(shù),應(yīng)用adams/car建立該懸架虛擬樣機(jī)模型,并對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行車輪跳動(dòng)仿真分析,模擬車輪跳動(dòng)對(duì)雙橫臂懸架前輪定位參數(shù)的影響,得出相應(yīng)參數(shù)的變化規(guī)律曲線.根據(jù)仿真試驗(yàn)結(jié)果和相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)要求,對(duì)該懸架的部分硬點(diǎn)位置及懸架特性參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,使懸架的綜合性能達(dá)到最佳.結(jié)果表明,所做的優(yōu)化設(shè)計(jì)有效,改善了懸架系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性.

針對(duì)某車型扭桿式雙橫臂獨(dú)立懸架前輪距加寬的要求,提出了改型設(shè)計(jì)的幾種方案,并根據(jù)輪距和定位參數(shù)隨輪跳變化的曲線趨勢(shì)確定了最優(yōu)方案。建立了扭桿式雙橫臂獨(dú)立懸架虛擬樣機(jī)模型,通過(guò)對(duì)比靜態(tài)平衡位置時(shí)定位參數(shù)的理論值與仿真值,驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。通過(guò)分析5種運(yùn)動(dòng)特性曲線變化趨勢(shì)可知,前束角變化最為靈敏,從而可確定上下擺臂各加長(zhǎng)40mm、轉(zhuǎn)向器長(zhǎng)度不變、轉(zhuǎn)向拉桿每側(cè)加長(zhǎng)40mm的方案為最優(yōu)。

利用adams建立了某國(guó)產(chǎn)跑車的雙叉臂獨(dú)立懸架的虛擬樣機(jī)模型。在adams/car中針對(duì)該跑車懸架系統(tǒng)進(jìn)行仿真,研究懸架參數(shù)對(duì)操縱穩(wěn)定性的影響并分析在路試過(guò)程中出現(xiàn)的操縱穩(wěn)定性較差、輪胎磨損嚴(yán)重等問(wèn)題的原因。通過(guò)優(yōu)化分析提出了懸架參數(shù)的改進(jìn)意見(jiàn)。

減少四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車關(guān)鍵零部件的種類,簡(jiǎn)化整車結(jié)構(gòu),是降低其批量化制造成本的有效途徑。為此,在對(duì)懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,提出雙橫臂懸架-扭桿彈簧-電動(dòng)輪模塊化設(shè)計(jì)概念和一種零前束變化非轉(zhuǎn)向輪雙橫臂懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了前后懸架-電動(dòng)輪模塊的通用化,并成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)第一臺(tái)線控轉(zhuǎn)向四輪驅(qū)動(dòng)燃料電池微型汽車“春暉三號(hào)”底盤系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

研究某一轎車雙橫臂獨(dú)立懸架性能的優(yōu)化問(wèn)題,解決前輪定位參數(shù)在汽車行駛過(guò)程中變化過(guò)大而引起的輪胎磨損的加劇以及懸架性能的降低的問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題,在adams/car上建立了車雙橫臂獨(dú)立懸架的動(dòng)力學(xué)模型,運(yùn)用insight模塊進(jìn)行靈敏度分析,選取靈敏度較大的硬點(diǎn)參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量,建立車輪定位參數(shù)在輪跳過(guò)程中的最大變化量的響應(yīng)面近似模型。然后運(yùn)用差分進(jìn)化算法與非支配遺傳算法的混合多目標(biāo)算法(簡(jiǎn)稱de-nsgaii算法)對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解。結(jié)果表明,優(yōu)化后的車輪定位參數(shù)在車輪跳動(dòng)過(guò)程中的變化量明顯減小,懸架的性能得到改善,為懸架的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

汽車轉(zhuǎn)向和懸架系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車的重要部件,對(duì)整車行駛動(dòng)力學(xué)(如操縱穩(wěn)定性、行駛平順性等)有舉足輕重的影響。利用adams/view對(duì)雙橫臂式獨(dú)立懸架進(jìn)行建模仿真,研究分析汽車運(yùn)動(dòng)中懸架隨車輪跳動(dòng)時(shí)定位參教的變化規(guī)律,進(jìn)而對(duì)其參數(shù)的變化進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析總結(jié)懸架對(duì)汽車轉(zhuǎn)向的影響。

針對(duì)iveco前雙橫臂獨(dú)立懸架只按來(lái)圖加工的現(xiàn)狀,提出應(yīng)用catia對(duì)iveco前雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行逆向設(shè)計(jì),并應(yīng)用catia的dmu模塊對(duì)其進(jìn)行ridemotion,甚至在某些方面進(jìn)行一定優(yōu)化分析,從而提高對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)識(shí),進(jìn)一步提升自主開(kāi)發(fā)能力。

為了提高fsae(中國(guó)大學(xué)生方程式汽車大賽)賽車的操縱穩(wěn)定性,對(duì)賽車雙橫臂前懸架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)已建好的ug三維模型得到某賽車前懸架主要硬點(diǎn)坐標(biāo),然后利用adams/car建立前懸架虛擬樣機(jī)模型并進(jìn)行仿真試驗(yàn),指出懸架設(shè)計(jì)的不足;利用adams/insight進(jìn)行優(yōu)化分析,得到所考慮硬點(diǎn)位置對(duì)各項(xiàng)性能參數(shù)的影響靈敏度,再根據(jù)所得靈敏度對(duì)硬點(diǎn)位置進(jìn)行優(yōu)化,得到最合理的性能參數(shù)組合,進(jìn)而獲得最優(yōu)的雙橫臂前懸架模型;最后對(duì)優(yōu)化前后的模型進(jìn)行仿真與對(duì)比,結(jié)果顯示優(yōu)化后懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性得到了一定改善。

為提高fsae賽車的操縱穩(wěn)定性,利用adams/car建立fsae賽車雙橫臂前懸架仿真模型,通過(guò)雙輪同向跳動(dòng)仿真試驗(yàn),分析影響懸架性能的參數(shù)值及其變化情況;利用adams/insight對(duì)該懸架進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì),根據(jù)優(yōu)化結(jié)果修改部分硬點(diǎn)的坐標(biāo)值;再次進(jìn)行雙輪同向跳動(dòng)仿真試驗(yàn),優(yōu)化前后的結(jié)果對(duì)比表明:優(yōu)化后,懸架的整體性能得到較大提高,有助于整車操縱穩(wěn)定性的改善。

采用復(fù)數(shù)法分析了雙橫臂扭桿懸架的運(yùn)動(dòng)特性,并建立了整套設(shè)計(jì)計(jì)算方法,其中包括主銷內(nèi)傾角、車輪外傾角、輪距、懸架中心和側(cè)傾中心以及懸架剛度等參數(shù)隨車輪載荷變化的關(guān)系特性。

利用空間解析幾何方法,建立了考慮導(dǎo)向桿件、彈性元件和阻尼元件的空間結(jié)構(gòu)、空間姿態(tài)和空間尺寸的具有三維空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向輪的雙橫臂扭桿彈簧懸架系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,研究該懸架的空間結(jié)構(gòu)非線性阻尼和非線性剛度特性。分析結(jié)果表明:該懸架系統(tǒng)的等效阻尼和等效剛度具有明顯的空間結(jié)構(gòu)非線性特征。

闡述了在整車裝調(diào)過(guò)程中確定空車高度的重要性。空車高度是保證前輪定位正確性的前提,前輪定位參數(shù)變化量取決于懸架平衡位置,而空車高度對(duì)懸架平衡位置有重要影響。以bj1027a皮卡為例,指出對(duì)于裝有扭桿彈簧的獨(dú)立懸架車輛,其空車高度不僅影響整車姿態(tài)而且影響懸架的運(yùn)動(dòng)精度,而正確的空車高度可以保證車輛具有良好的行駛性能。

介紹了根據(jù)整車參數(shù),在滿足懸架性能的基礎(chǔ)上,匹配設(shè)計(jì)懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)硬點(diǎn)的方法。以國(guó)內(nèi)一款正在研發(fā)的電動(dòng)小車為例,計(jì)算了與小車相匹配的雙橫臂獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)硬點(diǎn)位置坐標(biāo),在adams/car下建立了小車懸架模型,仿真結(jié)果表明初次匹配的懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)基本合理;并通過(guò)adams/insight,對(duì)懸架定位參數(shù)的影響因子進(jìn)行了分析,重新匹配計(jì)算了硬點(diǎn)坐標(biāo),仿真驗(yàn)證重新匹配的機(jī)構(gòu)更能滿足設(shè)計(jì)要求。研究結(jié)果為懸架設(shè)計(jì)的研究提供了參考。

利用catia軟件對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)體建模,并利用hypermesh軟件進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化分析和剛、強(qiáng)度分析,同時(shí)結(jié)合對(duì)未來(lái)輕量化材料的探討,尋找雙橫臂懸架輕量化設(shè)計(jì)方法。

為研究雙橫臂式懸掛對(duì)汽車的操縱穩(wěn)定性的影響,論文應(yīng)用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件adams,對(duì)雙橫臂式懸掛進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬仿真分析,選取適當(dāng)?shù)挠颤c(diǎn)坐標(biāo)作為優(yōu)化變量,基于adams/insight模塊,針對(duì)前輪定位參數(shù)的變化進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)懸架結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行優(yōu)化,使其達(dá)到更好的運(yùn)動(dòng)性能,最終到達(dá)改善其操縱穩(wěn)定性的目的。

根據(jù)fsae大賽規(guī)則,采用設(shè)定基準(zhǔn)目標(biāo)的方法確定整車的軸距、前后輪距、質(zhì)心位置等重要參數(shù),完成雙橫臂懸架主要參數(shù)、懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。利用catia對(duì)懸架各部分零件進(jìn)行三維建模和裝配,運(yùn)用ansya對(duì)前懸立柱、搖臂進(jìn)行強(qiáng)度校核。分析結(jié)果顯示:設(shè)計(jì)的零件滿足材料的強(qiáng)度要求。裝配完成后的賽車實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明:設(shè)計(jì)出的雙橫臂懸架系統(tǒng)具有較好的平順性,設(shè)計(jì)方法合理,可為車輛懸架系統(tǒng)的理論計(jì)算和輕量化設(shè)計(jì)提供參考。

在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的基礎(chǔ)上,導(dǎo)出了精確分析懸架受力、剛度和阻尼特性的基本公式,給出了按選定的偏頻和相對(duì)阻尼比確定扭桿剛度和減震器阻尼參數(shù)的設(shè)計(jì)步驟.以此為理論基礎(chǔ),開(kāi)發(fā)出了簡(jiǎn)明實(shí)用的雙橫臂扭桿懸架系統(tǒng)剛度和阻尼參數(shù)非線性分析與設(shè)計(jì)軟件.