【正文】 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 汽車(chē)懸架系統(tǒng)建模與優(yōu)化 學(xué) 院 工程技術(shù)學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 車(chē)輛工程 年 級(jí) 2011 學(xué) 號(hào) 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 成 績(jī) 2015年 5 月 31 日49 / 53目錄摘 要 3Abstract..........................................................................................................................................50 文獻(xiàn)綜述 5 前言 3 懸架組成元件和分類(lèi) 3 國(guó)內(nèi)外有關(guān)汽車(chē)懸架的研究情況 4 國(guó)外研究情況 4 國(guó)內(nèi)研究情況 41 引言 52 雙橫臂式前獨(dú)立懸架模型的創(chuàng)建 6 創(chuàng)建新的模型 7 工作環(huán)境的設(shè)置 7 設(shè)計(jì)點(diǎn)（Point）的創(chuàng)建 7 主銷(xiāo)的創(chuàng)建 8 上橫臂的創(chuàng)建 9 下橫臂的創(chuàng)建 9 拉臂的創(chuàng)建 10 轉(zhuǎn)向拉桿的創(chuàng)建 10 轉(zhuǎn)向節(jié)的創(chuàng)建 10 車(chē)輪的創(chuàng)建 10 測(cè)試平臺(tái)的創(chuàng)建 11 彈簧的創(chuàng)建 12 球副的創(chuàng)建 13 固定副的創(chuàng)建 13 旋轉(zhuǎn)副的創(chuàng)建和修改 14 移動(dòng)副的創(chuàng)建 15 點(diǎn)面約束副的創(chuàng)建 15 模型的保存 16 模型的驗(yàn)證 163 前懸架模型的仿真分析 16 添加驅(qū)動(dòng) 17 主銷(xiāo)內(nèi)傾角的測(cè)量 17 主銷(xiāo)后傾角的測(cè)量 19 前輪外傾角的測(cè)量 20 前輪前束角的測(cè)量 22 車(chē)輪接地點(diǎn)側(cè)向滑移量的測(cè)量 23 車(chē)輪跳動(dòng)量的測(cè)量 25 前懸架特性曲線(xiàn)的創(chuàng)建 26 主銷(xiāo)內(nèi)傾角車(chē)輪跳動(dòng)量相對(duì)變化曲線(xiàn) 26 主銷(xiāo)后傾角車(chē)輪跳動(dòng)量相對(duì)變化曲線(xiàn) 28 前輪外傾角車(chē)輪跳動(dòng)量相對(duì)變化曲線(xiàn) 29 前輪前束角車(chē)輪跳動(dòng)量相對(duì)變化曲線(xiàn) 29 車(chē)輪接地點(diǎn)側(cè)向滑移量車(chē)輪跳動(dòng)量相對(duì)變化曲線(xiàn) 30 保存測(cè)試成功的前懸架模型 314 前懸架模型的細(xì)化（將前懸架模型參數(shù)化） 31 設(shè)計(jì)變量的創(chuàng)建 32 設(shè)計(jì)點(diǎn)的參數(shù)化 35 物體的參數(shù)化 385 前懸架模型的優(yōu)化 40 定義目標(biāo)函數(shù) 40 參數(shù)的優(yōu)化 416 結(jié)論 467　根據(jù)已有參數(shù)結(jié)合優(yōu)化結(jié)果畫(huà)出懸架的裝配圖 46致謝 48汽車(chē)懸架系統(tǒng)建模與優(yōu)化摘要：本設(shè)計(jì)以某轎車(chē)的雙橫臂式前獨(dú)立懸架為研究對(duì)象,以降低汽車(chē)輪胎的磨損量為研究目標(biāo),對(duì)前懸架模型的幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用 、模型參數(shù)化、仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)我們讓車(chē)輪接地點(diǎn)的側(cè)向滑移量降低到最小，從而降低了輪胎的磨損量，提高了車(chē)輛的行駛穩(wěn)定性和安全性。利用ADAMS軟件建立虛擬樣機(jī)模型可以降低懸架系統(tǒng)研究的開(kāi)發(fā)周期和成本，因此本次研究有一定的實(shí)際意義。關(guān)鍵詞：ADAMS/View；懸架系統(tǒng)；運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真；優(yōu)化設(shè)計(jì)；虛擬樣機(jī)Modeling and Optimization of Vehicle SuspensionAbstract: This design is based on one study about a certain type of car39。s wishbone type independent suspension, reducing the amount of wear of automobile tires is selected as our goal for the study, after that, we optimize the design ofgeometric parameters of thefront suspensionmodel. I build a Geometric model which is based on MSC. ADAMS/View for the wishbone type independent suspension, parameter the model, make simulation analysis of it and then optimize the design. We reduce the lateral displacement of the wheels to a minimum by optimizing the design, thereby reducing the amount of wear of the tire and improving driving stability and safety of the car. We can use ADAMS to reduce the time and cost of the study by creating a virtual prototype of the suspension system, therefore this study has some practical significance.Key Words: ADAMS/View。 Suspension System。 Kinematics Simulation。 Optimal design。 Virtual Prototyping0 文獻(xiàn)綜述 前言 懸架組成元件和分類(lèi)懸架是現(xiàn)代汽車(chē)上的重要總成之一，它把車(chē)架（或承載式車(chē)身）與車(chē)軸（或車(chē)輪）彈性地連接起來(lái)。它的主要作用是傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架（或承載式車(chē)身）之間的全部力與力矩，比如支撐力、制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力等，并且緩和由于路面不平傳遞給車(chē)身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動(dòng)，以保證汽車(chē)正常行駛時(shí)的平順性，保證車(chē)輪在路面不平和有載荷變化的狀況下有理想的運(yùn)動(dòng)特性，保證汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性以及擁有高速行駛的能力[1]。雖然現(xiàn)代汽車(chē)懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式各不相同,但是基本都是由三大組件：彈性元件、減振元件和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分構(gòu)成,這三個(gè)部分依次起到緩沖、減振和導(dǎo)向的作用,共同承擔(dān)傳遞力的任務(wù)[2]。按照結(jié)構(gòu)形式可將懸架分為獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架,二者的簡(jiǎn)化模型分別如下圖（a）、（b）所示: （a）獨(dú)立懸架 (b)非獨(dú)立懸架 （a） Independent Suspension (b)Nonindependent suspension圖 01 獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架 Independent Suspension and Nonindependent suspension獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)有：簧下質(zhì)量?。ㄆ巾樞院茫?；懸架占用的空間較?。粡椥栽辉诖怪狈较蛏鲜芰?，所以可以使用剛度稍小的彈簧來(lái)降低車(chē)身振動(dòng)的頻率，優(yōu)化汽車(chē)行駛的平順性；利用斷開(kāi)式車(chē)軸，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的位置高度，改善汽車(chē)行駛的穩(wěn)定性；左右車(chē)輪互不影響各自運(yùn)動(dòng)，利于車(chē)身的傾斜和振動(dòng)的減少。缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜；成本較高和維修困難。主要應(yīng)用于部分總質(zhì)量不大的商用車(chē)和普通的乘用車(chē)上。非獨(dú)立懸架（以縱置鋼板彈簧懸架為例）的主要優(yōu)點(diǎn)有：構(gòu)造簡(jiǎn)單；制造容易；維修便捷；工作可靠性較高。缺點(diǎn)是：受整車(chē)布置的結(jié)構(gòu)限制，鋼板彈簧不能擁有足夠的長(zhǎng)度（尤其是前懸架），以致彈簧鋼板剛度較大，汽車(chē)行駛平順性變差；簧下質(zhì)量大，乘坐舒適性較差；在不平路面上行駛時(shí)兩側(cè)車(chē)輪運(yùn)動(dòng)時(shí)相互影響，導(dǎo)致車(chē)橋（或車(chē)軸）和車(chē)身發(fā)生傾斜；前輪發(fā)生跳動(dòng)時(shí)，懸架易與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。此類(lèi)懸架主要應(yīng)用于總質(zhì)量較大的商用車(chē)前、后懸架以及少量乘用車(chē)的后懸架上。根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式可以分為：雙橫臂式、單橫臂式、單斜臂式、單縱臂式、扭轉(zhuǎn)梁隨動(dòng)臂式和麥弗遜式懸架。 國(guó)內(nèi)外有關(guān)汽車(chē)懸架的研究情況 國(guó)外研究情況國(guó)外早在二十世紀(jì)六十年代就完成了 “線(xiàn)性二自由度”和“線(xiàn)性三自由度”的懸架系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立[3]。Sachs在他于l980年發(fā)表的文章中詳細(xì)闡述了對(duì)于1/4車(chē)輛的懸架模型做了自適應(yīng)控制的研究,同時(shí)優(yōu)化了阻尼與剛度[4]。1986年,R .，用ADAMS標(biāo)準(zhǔn)模塊和用戶(hù)自定義模塊(如車(chē)輪)，建立了福特公司的一種客貨兩用轎車(chē)模型。文章詳盡的論述了前后懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)模型以及橡膠襯套的順從性與減振器的非線(xiàn)性，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，此后的試驗(yàn)結(jié)果與之前的仿真結(jié)果非常接近[5]。 國(guó)內(nèi)研究情況相比國(guó)外工程師對(duì)于懸架系統(tǒng)的研究而言,國(guó)內(nèi)的工程師應(yīng)用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行懸架系統(tǒng)的仿真分析與計(jì)算的起步相對(duì)較晚[6]。郭孔輝院士在1976 年發(fā)表“汽車(chē)振動(dòng)與載貨的統(tǒng)計(jì)分析及懸掛系統(tǒng)參數(shù)選擇[7],對(duì)單輸入兩自由度汽車(chē)系統(tǒng)怎樣來(lái)選擇懸架的各類(lèi)參數(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)的行駛平順性進(jìn)行研究與討論。清華大學(xué)和長(zhǎng)春汽車(chē)研究所于1990 年合作制定GB/T49701996《汽車(chē)平順性隨機(jī)輸人行駛試驗(yàn)方法》與QC/T4741999《客車(chē)平順性評(píng)價(jià)指標(biāo)及限值》[8]等。 在研究懸架系統(tǒng)的優(yōu)化與設(shè)計(jì)方面，工程師們們普遍利用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。,同時(shí)也確立了進(jìn)行前輪9個(gè)定位參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)、優(yōu)化變量和約束條件,在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行了仿真計(jì)算,最后得到了懸架各定位參數(shù)與車(chē)輪上下跳動(dòng)的變化關(guān)系[9]。 為了提高FSAE賽車(chē)設(shè)計(jì)水平,秦玉英、孫明浩等人利用ADAMS /CAR建立賽車(chē)雙橫臂前懸架幾何模型,通過(guò)雙輪同向跳動(dòng)進(jìn)行仿真試驗(yàn),對(duì)前懸架的前輪外傾角、主銷(xiāo)內(nèi)傾角、主銷(xiāo)后傾角和前輪前束角等運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行仿真分析。利用Adams/Insight模塊對(duì)懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),結(jié)果表明：優(yōu)化后前懸架的整體性能得到較大程度提高,有助于提升整車(chē)操縱穩(wěn)定性。另外,對(duì)懸架在實(shí)際裝配中涉及的運(yùn)動(dòng)學(xué)的問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)論述,為提高FSAE賽車(chē)的性能提供了一定的參考[10]。 河北工業(yè)大學(xué)的龐思紅針對(duì)某型號(hào)輕型商用車(chē)的雙橫臂獨(dú)立式前獨(dú)立懸架建立了它的運(yùn)動(dòng)分析的數(shù)學(xué)仿真模型,并采用ADAMS建立了雙橫臂獨(dú)立懸架的虛擬樣機(jī)模型,得到了較好的分析仿真結(jié)果[11]。國(guó)內(nèi)其他工程師們也對(duì)懸架系統(tǒng)對(duì)汽車(chē)行駛平順性、操縱穩(wěn)定性以及轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系的影響做了許多相關(guān)的研究[12]。1 引言隨著汽車(chē)工業(yè)的蓬勃發(fā)展和居民生活水平的顯著提高,人們對(duì)汽車(chē)行駛安全性的關(guān)注程度越來(lái)越高。而汽車(chē)懸架系統(tǒng)直接影響到汽車(chē)行駛的平順性、人員乘坐舒適性和機(jī)構(gòu)操縱穩(wěn)定性，因此對(duì)于汽車(chē)懸架系統(tǒng)模型的優(yōu)化具有一定的實(shí)際意義。工程師們對(duì)汽車(chē)的自主創(chuàng)新主要在車(chē)身、底盤(pán)和發(fā)動(dòng)機(jī)三大領(lǐng)域,而懸架系統(tǒng)又作為底盤(pán)系統(tǒng)的最重要組成部分[13]，對(duì)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性、行駛平順性和乘坐舒適程度等有著重要影響。因此近年來(lái)許多工程師來(lái)對(duì)汽車(chē)懸架系統(tǒng)做了不同方面的研究設(shè)計(jì),主要集中在結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)與改進(jìn)、控制與振動(dòng)分析研究和動(dòng)力學(xué)仿真與優(yōu)化等?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)仿真的軟件有很多,但主要有PAMCRASCH、EASYS、MATLAB和ADAMS軟件四種。其中PAMCRASCH軟件擁有強(qiáng)大的有限元前后處理程序、算法優(yōu)良的解題器以及強(qiáng)大的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模擬功能,通常應(yīng)用于車(chē)企的模擬碰撞試驗(yàn)平臺(tái)[14]。EASYS軟件主要應(yīng)用于建立三維立體圖形,模擬和設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的功能比較強(qiáng)大,NISSAN和FORD等汽車(chē)公司是其主要的用戶(hù)。MATLAB軟件的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在運(yùn)算快速準(zhǔn)確、圖形清晰度高、程序設(shè)計(jì)流程便捷等方面,在電氣和控制方面的應(yīng)用比較多。ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)軟件是針對(duì)汽車(chē)及懸架系統(tǒng)開(kāi)發(fā)而設(shè)計(jì)的,是主要用于模擬機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析的軟件，它基于零件庫(kù)、約束庫(kù)和力庫(kù),建立參數(shù)化的幾何模型,以多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中拉格朗日方程為原理的求解器建立動(dòng)力學(xué)方程,進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的仿真,輸出幾何模型的各種參數(shù)曲線(xiàn)[15]。工程師不但可以運(yùn)用該軟件對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,還可以利用ADAMS軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái),利用開(kāi)放的程序結(jié)構(gòu)和接口對(duì)其相關(guān)功能進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。本設(shè)計(jì)即是利用ADAMS軟件建立雙橫臂式前獨(dú)立懸架的機(jī)械系統(tǒng)模型，然后對(duì)模型實(shí)現(xiàn)仿真分析，對(duì)比設(shè)計(jì)要求發(fā)現(xiàn)模型中存在的問(wèn)題，確定優(yōu)化的參數(shù)和目標(biāo)函數(shù)，對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。2 雙橫臂式前獨(dú)立懸架模型的創(chuàng)建ADAMS/View提供有零件庫(kù)，可以創(chuàng)建各種基本形狀的物體。對(duì)于復(fù)雜形狀的物體一種方法是使用ADAMS/Exchange模塊從其他CAD軟件（如PROE）中輸入零件模型，另一種方法是