【正文】 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目 汽車懸架系統(tǒng)建模與優(yōu)化 學(xué) 院 工程技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 車輛工程 年 級 2011 學(xué) 號 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 成 績 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 3 國內(nèi)外有關(guān)汽車懸架的研究情況 4 國外研究情況 4 國內(nèi)研究情況 41 引言 52 雙橫臂式前獨立懸架模型的創(chuàng)建 6 創(chuàng)建新的模型 7 工作環(huán)境的設(shè)置 7 設(shè)計點（Point）的創(chuàng)建 7 主銷的創(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 車輪的創(chuàng)建 10 測試平臺的創(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 移動副的創(chuàng)建 15 點面約束副的創(chuàng)建 15 模型的保存 16 模型的驗證 163 前懸架模型的仿真分析 16 添加驅(qū)動 17 主銷內(nèi)傾角的測量 17 主銷后傾角的測量 19 前輪外傾角的測量 20 前輪前束角的測量 22 車輪接地點側(cè)向滑移量的測量 23 車輪跳動量的測量 25 前懸架特性曲線的創(chuàng)建 26 主銷內(nèi)傾角車輪跳動量相對變化曲線 26 主銷后傾角車輪跳動量相對變化曲線 28 前輪外傾角車輪跳動量相對變化曲線 29 前輪前束角車輪跳動量相對變化曲線 29 車輪接地點側(cè)向滑移量車輪跳動量相對變化曲線 30 保存測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)計變量的創(chuàng)建 32 設(shè)計點的參數(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)果畫出懸架的裝配圖 46致謝 48汽車懸架系統(tǒng)建模與優(yōu)化摘要：本設(shè)計以某轎車的雙橫臂式前獨立懸架為研究對象,以降低汽車輪胎的磨損量為研究目標(biāo),對前懸架模型的幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。利用 、模型參數(shù)化、仿真分析和優(yōu)化設(shè)計。通過優(yōu)化設(shè)計我們讓車輪接地點的側(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)研究的開發(fā)周期和成本，因此本次研究有一定的實際意義。關(guān)鍵詞：ADAMS/View；懸架系統(tǒng)；運動學(xué)仿真；優(yōu)化設(shè)計；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懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它把車架（或承載式車身）與車軸（或車輪）彈性地連接起來。它的主要作用是傳遞作用在車輪和車架（或承載式車身）之間的全部力與力矩，比如支撐力、制動力和驅(qū)動力等，并且緩和由于路面不平傳遞給車身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動，以保證汽車正常行駛時的平順性，保證車輪在路面不平和有載荷變化的狀況下有理想的運動特性，保證汽車的操縱穩(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立懸架與非獨立懸架,二者的簡化模型分別如下圖（a）、（b）所示: （a）獨立懸架 (b)非獨立懸架 （a） Independent Suspension (b)Nonindependent suspension圖 01 獨立懸架與非獨立懸架 Independent Suspension and Nonindependent suspension獨立懸架的優(yōu)點有：簧下質(zhì)量小（平順性好）；懸架占用的空間較??；彈性元件只在垂直方向上受力，所以可以使用剛度稍小的彈簧來降低車身振動的頻率，優(yōu)化汽車行駛的平順性；利用斷開式車軸，可以降低發(fā)動機(jī)的位置高度，改善汽車行駛的穩(wěn)定性；左右車輪互不影響各自運動，利于車身的傾斜和振動的減少。缺點是：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)量不大的商用車和普通的乘用車上。非獨立懸架（以縱置鋼板彈簧懸架為例）的主要優(yōu)點有：構(gòu)造簡單；制造容易；維修便捷；工作可靠性較高。缺點是：受整車布置的結(jié)構(gòu)限制，鋼板彈簧不能擁有足夠的長度（尤其是前懸架），以致彈簧鋼板剛度較大，汽車行駛平順性變差；簧下質(zhì)量大，乘坐舒適性較差；在不平路面上行駛時兩側(cè)車輪運動時相互影響，導(dǎo)致車橋（或車軸）和車身發(fā)生傾斜；前輪發(fā)生跳動時，懸架易與轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)之間發(fā)生運動干涉。此類懸架主要應(yīng)用于總質(zhì)量較大的商用車前、后懸架以及少量乘用車的后懸架上。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)梁隨動臂式和麥弗遜式懸架。 國內(nèi)外有關(guān)汽車懸架的研究情況 國外研究情況國外早在二十世紀(jì)六十年代就完成了 “線性二自由度”和“線性三自由度”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)闡述了對于1/4車輛的懸架模型做了自適應(yīng)控制的研究,同時優(yōu)化了阻尼與剛度[4]。1986年,R .，用ADAMS標(biāo)準(zhǔn)模塊和用戶自定義模塊(如車輪)，建立了福特公司的一種客貨兩用轎車模型。文章詳盡的論述了前后懸架運動學(xué)模型以及橡膠襯套的順從性與減振器的非線性，經(jīng)過驗證，此后的試驗結(jié)果與之前的仿真結(jié)果非常接近[5]。 國內(nèi)研究情況相比國外工程師對于懸架系統(tǒng)的研究而言,國內(nèi)的工程師應(yīng)用多體系統(tǒng)動力學(xué)進(jìn)行懸架系統(tǒng)的仿真分析與計算的起步相對較晚[6]。郭孔輝院士在1976 年發(fā)表“汽車振動與載貨的統(tǒng)計分析及懸掛系統(tǒng)參數(shù)選擇[7],對單輸入兩自由度汽車系統(tǒng)怎樣來選擇懸架的各類參數(shù)以實現(xiàn)對汽車的行駛平順性進(jìn)行研究與討論。清華大學(xué)和長春汽車研究所于1990 年合作制定GB/T49701996《汽車平順性隨機(jī)輸人行駛試驗方法》與QC/T4741999《客車平順性評價指標(biāo)及限值》[8]等。 在研究懸架系統(tǒng)的優(yōu)化與設(shè)計方面，工程師們們普遍利用軟件來實現(xiàn)。,同時也確立了進(jìn)行前輪9個定位參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)、優(yōu)化變量和約束條件,在這個基礎(chǔ)上進(jìn)行了仿真計算,最后得到了懸架各定位參數(shù)與車輪上下跳動的變化關(guān)系[9]。 為了提高FSAE賽車設(shè)計水平,秦玉英、孫明浩等人利用ADAMS /CAR建立賽車雙橫臂前懸架幾何模型,通過雙輪同向跳動進(jìn)行仿真試驗,對前懸架的前輪外傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角和前輪前束角等運動學(xué)參數(shù)進(jìn)行仿真分析。利用Adams/Insight模塊對懸架的運動學(xué)特性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,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,有助于提升整車操縱穩(wěn)定性。另外,對懸架在實際裝配中涉及的運動學(xué)的問題進(jìn)行詳細(xì)論述,為提高FSAE賽車的性能提供了一定的參考[10]。 河北工業(yè)大學(xué)的龐思紅針對某型號輕型商用車的雙橫臂獨立式前獨立懸架建立了它的運動分析的數(shù)學(xué)仿真模型,并采用ADAMS建立了雙橫臂獨立懸架的虛擬樣機(jī)模型,得到了較好的分析仿真結(jié)果[11]。國內(nèi)其他工程師們也對懸架系統(tǒng)對汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性以及轉(zhuǎn)向系和制動系的影響做了許多相關(guān)的研究[12]。1 引言隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展和居民生活水平的顯著提高,人們對汽車行駛安全性的關(guān)注程度越來越高。而汽車懸架系統(tǒng)直接影響到汽車行駛的平順性、人員乘坐舒適性和機(jī)構(gòu)操縱穩(wěn)定性，因此對于汽車懸架系統(tǒng)模型的優(yōu)化具有一定的實際意義。工程師們對汽車的自主創(chuàng)新主要在車身、底盤和發(fā)動機(jī)三大領(lǐng)域,而懸架系統(tǒng)又作為底盤系統(tǒng)的最重要組成部分[13]，對汽車的操縱穩(wěn)定性、行駛平順性和乘坐舒適程度等有著重要影響。因此近年來許多工程師來對汽車懸架系統(tǒng)做了不同方面的研究設(shè)計,主要集中在結(jié)構(gòu)上的設(shè)計與改進(jìn)、控制與振動分析研究和動力學(xué)仿真與優(yōu)化等?；谔摂M現(xiàn)實技術(shù)實現(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)運動模擬功能,通常應(yīng)用于車企的模擬碰撞試驗平臺[14]。EASYS軟件主要應(yīng)用于建立三維立體圖形,模擬和設(shè)計動態(tài)系統(tǒng)的功能比較強(qiáng)大,NISSAN和FORD等汽車公司是其主要的用戶。MATLAB軟件的優(yōu)點主要體現(xiàn)在運算快速準(zhǔn)確、圖形清晰度高、程序設(shè)計流程便捷等方面,在電氣和控制方面的應(yīng)用比較多。ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)軟件是針對汽車及懸架系統(tǒng)開發(fā)而設(shè)計的,是主要用于模擬機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析的軟件，它基于零件庫、約束庫和力庫,建立參數(shù)化的幾何模型,以多剛體系統(tǒng)動力學(xué)中拉格朗日方程為原理的求解器建立動力學(xué)方程,進(jìn)行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)的仿真,輸出幾何模型的各種參數(shù)曲線[15]。工程師不但可以運用該軟件對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、動力學(xué)和運動學(xué)分析,還可以利用ADAMS軟件作為開發(fā)平臺,利用開放的程序結(jié)構(gòu)和接口對其相關(guān)功能進(jìn)行二次開發(fā)。本設(shè)計即是利用ADAMS軟件建立雙橫臂式前獨立懸架的機(jī)械系統(tǒng)模型，然后對模型實現(xiàn)仿真分析，對比設(shè)計要求發(fā)現(xiàn)模型中存在的問題，確定優(yōu)化的參數(shù)和目標(biāo)函數(shù)，對模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。2 雙橫臂式前獨立懸架模型的創(chuàng)建ADAMS/View提供有零件庫，可以創(chuàng)建各種基本形狀的物體。對于復(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