【正文】 。根據(jù)上面計(jì)算的的硬點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)創(chuàng)建部件的幾何模型，同時(shí)需要確定部件的質(zhì)量和質(zhì)心位置以及其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。圖31 模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 硬點(diǎn)坐標(biāo)的量取對(duì)于本節(jié)雙擺臂獨(dú)立前懸架系統(tǒng)，硬點(diǎn)的確立主要考慮兩個(gè)方面：1) 為模型對(duì)象方向和位置定位；2) 根據(jù)硬點(diǎn)創(chuàng)建幾何實(shí)體。根據(jù)建立好的子系統(tǒng)模型，在標(biāo)準(zhǔn)界面模式中可將若干個(gè)子系統(tǒng)組裝系統(tǒng)總成或整車模型，這樣就完成了整個(gè)ADAMS/Car模塊下的建模過(guò)程。小到一個(gè)零件的幾何尺寸、質(zhì)量參數(shù)的等，大到對(duì)整車的軸荷分配、制動(dòng)力分配等等。確定系統(tǒng)中各個(gè)零部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，從而添加與之相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)副即約束。5) 創(chuàng)建零件的幾何體(geometry)。在硬點(diǎn)創(chuàng)建完之后，根據(jù)硬點(diǎn)可以對(duì)零件進(jìn)行創(chuàng)建，并且輸入零件的主要參數(shù)，包括質(zhì)量、質(zhì)心位置等等。將部件定義為“general part”(整合零件)。模板模式為設(shè)計(jì)人員提供了設(shè)計(jì)空間，可以自行建立所需要的系統(tǒng)模型。能夠?qū)壹芟到y(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)甚至整車進(jìn)行仿真分析，輸出相關(guān)性能曲線與相關(guān)性能參數(shù)，能夠有效地降低產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高工作效率。另外對(duì)懸架系統(tǒng)部分零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，包括立柱、橫臂、吊耳等部件的設(shè)計(jì)，對(duì)結(jié)構(gòu)輕量化與強(qiáng)度進(jìn)行綜合分析，以達(dá)到制作過(guò)程的方便性，裝配零部件的可靠性，以及在此之上的緊湊性。整體式吊耳定位方便、強(qiáng)度大，但是質(zhì)量較大。在橫臂張角的設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到，橫臂對(duì)制動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)力的承受能力，另外還有考慮輪輞的空間，不影響轉(zhuǎn)向。對(duì)于橫臂鉸點(diǎn)處的設(shè)計(jì)是采用的桿端軸承與向心軸承。在軸向設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮了軸承中心平面與主銷的距離，距離越小軸承的受力越好，但是距離越小意味著主銷越深入輪輞內(nèi)部，這就增加了車輪跳動(dòng)時(shí)或前輪轉(zhuǎn)向時(shí)，橫臂與輪輞干涉的危險(xiǎn)。其原因也很簡(jiǎn)單，賽車的加速性能是其主要的性能之一，此時(shí)后懸架會(huì)承受很大的推動(dòng)力的作用，再對(duì)橫臂進(jìn)行的受力分析可以知道，橫臂前端的桿與縱向方向夾角越小，越有利于將其所受到的彎曲受力改變成為壓彎受力，也就是受力狀態(tài)會(huì)更好。這兩個(gè)設(shè)計(jì)因素確實(shí)和賽車空間設(shè)計(jì)布置相互影響相互制約，此外軸距、傳動(dòng)軸角度等諸多問(wèn)題同樣影響著懸架設(shè)計(jì)者的思維(賽車重量分配比又制約著軸距的確定，發(fā)動(dòng)機(jī)位置制約又制約著傳動(dòng)軸的角度)[9]。還有一種可能出現(xiàn)的現(xiàn)象稱之為泡沫化現(xiàn)象，這是一種不利的狀態(tài)，它很有可能會(huì)造成減振器的工作空程，進(jìn)而造成阻尼力間歇性的失效，這種現(xiàn)象通常出現(xiàn)在連續(xù)且高速的狀況下。由資料得到的是結(jié)果是大家把減振器的相對(duì)阻尼系數(shù)31 定在0～1之間的。在減振器卸荷閥打開(kāi)前，阻力與減振器的振動(dòng)速度的關(guān)系為 (233)式中 ——減振器阻尼系數(shù)； ——卸荷速度，～，取。另外，還有一些關(guān)于設(shè)計(jì)減振器時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求：在減振器的使用期間必須要保證汽車行駛平順性和穩(wěn)定性。首先，減振器的工作速度必須在合適的范圍內(nèi)，在此基礎(chǔ)上再確保油液的壓力適當(dāng)。 圓柱形螺旋彈簧的計(jì)算最小工作載荷=0N，最大工作載荷=1567N，工作行程h=30mm，彈簧外徑不小于46mm。一般采用的是彈簧和減震器一體式的結(jié)構(gòu)。3) 穩(wěn)定桿通常用于前軸以提高前懸架的側(cè)傾剛度。2) 有車輛側(cè)傾引起的側(cè)向簧載轉(zhuǎn)移，其影響與側(cè)傾的動(dòng)力學(xué)相關(guān)，并進(jìn)而引發(fā)轉(zhuǎn)向狀態(tài)變化的滯后。 19前彈簧提供的側(cè)傾角剛度：后彈簧提供的側(cè)傾角剛度: 式中 ——前彈簧側(cè)傾角剛度(Nm/ 176。就這樣建立了側(cè)傾力矩與側(cè)偏剛度的聯(lián)系，而側(cè)傾角剛度的大小又影響著側(cè)傾力矩的分配。如果發(fā)生在后輪胎，后部將向外滑，車輛具有過(guò)多轉(zhuǎn)向特性。當(dāng)汽車急轉(zhuǎn)向時(shí)，左右車輪的載荷會(huì)發(fā)生變化，內(nèi)側(cè)車輪的載荷減小，外側(cè)車輪的載荷變大?？梢酝ㄟ^(guò)CATIA草圖設(shè)計(jì)傳遞比的大小，并且模擬其隨車輪跳動(dòng)的變化趨勢(shì)。得：， 在彈簧剛度的選取上，在減震器行程滿足的基礎(chǔ)上盡量選擇彈簧剛度較小的型號(hào)。另外，簧載質(zhì)量變化范圍大的，偏頻變化范圍也越大。圖212 懸架幾何草圖 15 懸架剛度的計(jì)算 偏頻的選取偏頻是指車身的固有頻率，是影響汽車行駛穩(wěn)定性與平順性的重要指標(biāo)之一，偏頻由簧載質(zhì)量和懸架剛度決定。15 圖211 輪輞模型在繪制懸架的正視幾何時(shí)，首先根據(jù)輪輞空間的大小，做出上下橫臂鉸點(diǎn)之間的距離。前懸磨胎半徑初定為，后懸的定為。主銷偏距可通過(guò)延長(zhǎng)主銷軸線交于地面求得。與抗制動(dòng)前俯角不同的是，只有當(dāng)汽車為單橋驅(qū)動(dòng)時(shí)，該性能才起作用。 抗制動(dòng)前俯角 制動(dòng)抗點(diǎn)頭是指制動(dòng)時(shí)懸架抵抗因縱向載荷轉(zhuǎn)移引起前懸架彈簧壓縮變形的能力。最終確定的側(cè)傾中心高度：前懸架30mm，后懸架60mm。側(cè)傾中心越高圍繞側(cè)傾中心的側(cè)傾力矩就越小。很顯然瞬時(shí)中心距離地面的高度，與輪胎的距離，在車輪的內(nèi)側(cè)還是外側(cè)決定著側(cè)傾中心的位置。如果你在側(cè)視圖里作投影，得到的瞬時(shí)中心，將影響著車輪的運(yùn)動(dòng)路徑，抗俯仰特性，主銷后傾角的變化率。我們做出經(jīng)過(guò)車輪中心的鉛垂面，一個(gè)平行于汽車的中心線，另一個(gè)垂直于汽車中心線。圖29 瞬時(shí)中心瞬時(shí)中心來(lái)源于在二維平面內(nèi)的動(dòng)態(tài)的學(xué)習(xí)。“瞬時(shí)”的意思是桿的連接在那一確切的位置。拉桿式雙橫臂獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)：減震器與搖臂機(jī)構(gòu)下置，能夠降低賽車的重心，提高行駛穩(wěn)定性；充分利用車架的內(nèi)部空間，有利于車身的流線設(shè)計(jì)。FSC賽事對(duì)賽車懸架提出的具體規(guī)則為：賽車必須配備一個(gè)具有減震器的可完全操控的懸架系統(tǒng)，前后車輪的有效行程至少為 (2英寸)，(1英寸)的上跳行程與 (1英寸)的回彈行程；有固定的駕駛員座位；技術(shù)檢查時(shí)，所有懸架安裝點(diǎn)必須可見(jiàn)，直接能看到或者打開(kāi)蓋子能看到。對(duì)于對(duì)操控性要求更高的賽車比賽中，不等長(zhǎng)雙橫臂獨(dú)立懸架被廣泛應(yīng)用于前后懸架中。圖24 燭式懸架圖25 麥弗遜式懸架其中，雙橫臂懸架按照橫臂的長(zhǎng)度等長(zhǎng)與否又分為等長(zhǎng)雙橫臂獨(dú)立懸架和不等長(zhǎng)雙橫臂獨(dú)立懸架。2) 獨(dú)立懸架擁有更小的非簧載質(zhì)量，可以在汽車行駛過(guò)程中減弱來(lái)自地面的沖擊，提高汽車平均行駛速度。非獨(dú)立懸架是由一根整體式車橋?qū)蓚?cè)車輪相連，車輪與車橋共同通過(guò)彈性原件與車架相連。9) 在計(jì)算完成后便進(jìn)行懸架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是懸架幾何的確定（正視、側(cè)視）懸架幾何確定后，接下來(lái)設(shè)計(jì)傳遞比，搖臂，推桿與減震器的布置，以及橫向穩(wěn)定桿的布置。驗(yàn)證在此偏頻下其他性能參數(shù)是否滿足要求，如不滿足，做稍微修改，反復(fù)驗(yàn)證。初設(shè)偏頻值，推算出懸架剛度，側(cè)傾角剛度，側(cè)傾率等。如下:1) 確定了解整車主要框架參數(shù)，包括輪距，軸距，質(zhì)量等。 本章小結(jié)本章首先闡述了介紹了大學(xué)生方程式大賽的歷史以及闡述了其重要意義，簡(jiǎn)要介紹了懸架系統(tǒng)的分類和組成，并簡(jiǎn)單陳述了國(guó)內(nèi)外懸架系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀。廣汽本田汽車有限公司的鄒海峰工程師利用Adams/car軟件對(duì)即將開(kāi)發(fā)的車型的懸架進(jìn)行分析，對(duì)懸架和整車的主要性能事先預(yù)測(cè)，為懸架的優(yōu)化提供了可靠的數(shù)據(jù)，縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高了汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。運(yùn)用Adams軟件進(jìn)行建模，研究不同的系統(tǒng)環(huán)境對(duì)主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、側(cè)傾中心高度等等參數(shù)的影響，對(duì)所設(shè)計(jì)的懸架進(jìn)行了優(yōu)化[4]。30多年來(lái)，F(xiàn)SAE已發(fā)展成為每年有15個(gè)國(guó)家舉辦的20場(chǎng)賽事。賽車更為看重的是操控穩(wěn)定性，這對(duì)懸架調(diào)校要求的更多，也更為復(fù)雜一些，賽車懸架一般剛度比較高，且前后懸架一般都會(huì)附加橫向穩(wěn)定桿，使其調(diào)校范圍更大一些。另外麥弗遜懸架的優(yōu)點(diǎn)是占用的布置空間較小，便于其他零件的布置，所以麥弗遜被廣泛應(yīng)用于轎車的前懸當(dāng)中。車輪沿主銷移動(dòng)的懸架包括燭式懸架與麥弗遜式懸架。而不等長(zhǎng)雙橫臂可以使車輪與主銷的變化范圍都不太大，因此在轎車上應(yīng)用較多。獨(dú)立懸架系統(tǒng)主要包括橫臂式獨(dú)立懸架、縱臂式獨(dú)立懸架、車輪沿主銷移動(dòng)的懸架、單斜臂式獨(dú)立懸架。鋼板彈簧在貨車上應(yīng)用較為廣泛，鋼板彈簧通常通過(guò)鉸鏈與吊耳縱向布置地固定在車架上，這樣可以使得彈簧在變形時(shí)兩包耳中間之間的距離可以發(fā)生改變，這也是貨車中采用較多的一種連接形式。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式各有不同，主要是把縱向反力、側(cè)向反力以及這些力所造成的力矩傳遞到車架上，所以起到一個(gè)傳力的作用，另外導(dǎo)向機(jī)構(gòu)還控制車輪在跳動(dòng)時(shí)隨車架的擺動(dòng)軌跡，所以導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在傳力的同時(shí)還有著導(dǎo)向的作用。轎車一般多用的是螺旋彈簧，鋼板彈簧與空氣彈簧多用于貨車或客車，扭桿彈簧多應(yīng)用與輕型客車或貨車[1]。 懸架系統(tǒng)概述汽車懸架系統(tǒng)是車輪與車架之間的一切連接裝置的總成。在比賽過(guò)程要比多項(xiàng)靜態(tài)項(xiàng)目與動(dòng)態(tài)項(xiàng)目，難免會(huì)遇到突發(fā)狀況，這就要考驗(yàn)一個(gè)車隊(duì)怎樣去合作，共同應(yīng)對(duì)難關(guān)。只有當(dāng)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)有了一定的積累，對(duì)整車系統(tǒng)有了一定的把握才能夠獨(dú)立的去完成對(duì)某一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括這個(gè)系統(tǒng)的零部件；在賽車零件的加工階段又使學(xué)生對(duì)加工工藝有了更深的了解。 大學(xué)生方程式賽車的研究意義當(dāng)前，中國(guó)的汽車工業(yè)已經(jīng)蓬勃發(fā)展，但是還不是真正的汽車技術(shù)強(qiáng)國(guó)。動(dòng)態(tài)賽包括耐久賽、直線加速、高速避障等，同學(xué)們制作的賽車的性能通過(guò)這樣的動(dòng)態(tài)賽才能展現(xiàn)出來(lái)。我國(guó)首次于2010年進(jìn)行FSC比賽，這項(xiàng)賽事在中國(guó)大學(xué)生中廣受歡迎，取得了較大的成功。同時(shí)，賽事也要求參加比賽的大學(xué)生對(duì)整輛賽車的設(shè)計(jì)于制作要在一年之內(nèi)完成，并且要嚴(yán)格滿足大賽的規(guī)則，還要具有一定的操控性能。在技術(shù)答辯與成本答辯當(dāng)中，不僅僅要考驗(yàn)隊(duì)員對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握，對(duì)整輛賽車的了解，還要求隊(duì)員要有足夠優(yōu)異的表達(dá)能力，從而使技術(shù)裁判對(duì)賽車有了感官的認(rèn)知。在制作賽車的過(guò)程當(dāng)中，學(xué)生可以將書本上學(xué)到的知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，綜合提高自己的專業(yè)知識(shí)。在整車的設(shè)計(jì)階段，培養(yǎng)了學(xué)生的設(shè)計(jì)能力提高了他們的專業(yè)素養(yǎng)。在參賽階段培養(yǎng)的是大學(xué)生的臨場(chǎng)應(yīng)變能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。另外在這個(gè)過(guò)程中還會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，零件原材料的購(gòu)買、加工工廠的尋找，正是不斷的客服這些困難，才鍛煉了自己的心智，為以后步入社會(huì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。彈性元件包括螺旋彈簧、鋼板彈簧、空氣彈簧和扭桿彈簧。當(dāng)彈性元件不斷的受到?jīng)_擊時(shí)，便會(huì)持續(xù)地發(fā)生振動(dòng)而這種振動(dòng)也會(huì)使乘坐人員與駕駛?cè)藛T感到不適，減振器的便會(huì)使這種振動(dòng)迅速減弱，消除振動(dòng)的快慢還與阻尼力有關(guān)，阻尼力越大振動(dòng)消除的就越快，但是阻尼力也不能過(guò)大，太大的話沖擊載荷便會(huì)加大，會(huì)有可能造成某些零件的損壞。獨(dú)立懸架非獨(dú)立懸架非獨(dú)立懸架按結(jié)構(gòu)可分縱置鋼板彈簧非獨(dú)立懸架、螺旋彈簧非獨(dú)立懸架、空氣彈簧非獨(dú)立懸架、油氣彈簧非獨(dú)立懸架等?？諝鈴椈赏ǔ?yīng)用于客車上，并且隨壓縮行程的不同，可以實(shí)現(xiàn)變剛度的調(diào)節(jié)，另外空氣彈簧也可以實(shí)現(xiàn)車身高度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，很大程度上提高了行駛的平順性。等長(zhǎng)雙橫臂懸架使得在車輪在跳動(dòng)過(guò)程中，主銷的參數(shù)大致不會(huì)發(fā)生變化，但是輪距的變化較大，造成輪胎滑移[2]。雙縱臂式懸架包括兩個(gè)等長(zhǎng)的縱臂，所以可以用于轉(zhuǎn)向輪。麥弗遜懸架的主銷為擺臂與輪轂的鉸接點(diǎn)與車架與減震器鉸接點(diǎn)之間的連線，因此當(dāng)車輪跳動(dòng)時(shí)，主銷參數(shù)會(huì)有一定的改變，這種變化范圍也比較小。而同一類型的懸架也可以通過(guò)選取不同磅數(shù)的彈簧來(lái)調(diào)整懸架的剛度，這也是懸架調(diào)校的一部分。大學(xué)生方程式汽車大賽(FSAE)首屆比賽于1979年在美國(guó)休斯頓進(jìn)行。前后懸架均采用了拉桿不等長(zhǎng)雙橫臂式懸架。合肥工業(yè)大學(xué)的阮五洲利用Adams軟件創(chuàng)建了雙橫臂獨(dú)立懸架的模型，詳細(xì)地分析了懸架的性能曲線，并且利用遺傳算法對(duì)懸架進(jìn)行優(yōu)化。在ADAMS/Insight模塊下對(duì)懸架進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真結(jié)果和試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)懸架進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。5 第2章 懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第2章 懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì) 賽車懸架設(shè)計(jì)思路根據(jù)賽事的規(guī)則與要求，首先擬定YX5賽車懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。4) 估計(jì)簧上質(zhì)量與簧下質(zhì)量四個(gè)車輪載荷。6) 計(jì)算極限工況下橫向與縱向的載荷轉(zhuǎn)移量，與懸架的行程（有橫向穩(wěn)定桿）。懸架的設(shè)計(jì)計(jì)算就是一個(gè)反復(fù)迭代與校核的過(guò)程，使主要性能參數(shù)都在設(shè)置范圍內(nèi)。 懸架系統(tǒng)方案的選定1汽車懸架的結(jié)構(gòu)類型主要分為兩類：獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架。獨(dú)立懸架具有以下優(yōu)點(diǎn)：1) 在彈簧一定的變形范圍內(nèi)，兩側(cè)車輪能夠獨(dú)立跳動(dòng)而不會(huì)互相影響，可以減弱汽車在行駛過(guò)程中的震動(dòng)，提高行駛的穩(wěn)定性。 圖21 雙橫臂懸架圖22 單縱臂式懸架2) 車輪在汽車的縱向平面內(nèi)上下擺動(dòng)的懸架是縱臂式獨(dú)立懸架，分別有單縱臂式與雙縱臂式圖23 雙縱臂式獨(dú)立懸架3) 車輪沿主銷移動(dòng)的懸架，包括：麥弗遜式懸架和燭式懸架。因此不等長(zhǎng)雙橫臂獨(dú)立懸架在轎車前輪上廣泛應(yīng)用。但是賽車設(shè)計(jì)時(shí)，賽事規(guī)則(包括對(duì)車輛和賽事的規(guī)則要求)是設(shè)計(jì)者首先必須考慮的。缺點(diǎn)：減震器與搖臂機(jī)構(gòu)頂置，提高了賽車的重心，不利于操縱穩(wěn)定11 性；推桿的布置不利于賽車車身的流線設(shè)計(jì)。 懸架幾何參數(shù)圖28 懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)圖 瞬時(shí)中心的定義關(guān)于瞬時(shí)中心的定義將按順序來(lái)說(shuō)明。隨著桿的連接時(shí)移動(dòng)的，瞬時(shí)中心也是動(dòng)的，所以合適的幾何設(shè)計(jì)不僅建立在所有的瞬時(shí)中心隨離地間隙的變化出現(xiàn)在它們期望的位置，也要隨懸架的行程的變化，控制瞬 11時(shí)中心位置的變化與變化的快慢。這樣我們討論前視圖和側(cè)視圖。如果在前視圖里做投影，得到的瞬時(shí)中心影響著外傾角的變化率、側(cè)傾中心的某些信息、磨胎運(yùn)動(dòng)和一些決定著轉(zhuǎn)向特性的某些數(shù)據(jù)。這也并不一定是在汽車的中心線，尤其是對(duì)于非對(duì)稱的懸架幾何結(jié)構(gòu)，或者是汽車在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候。如果適當(dāng)?shù)牧εc力矩(有關(guān)側(cè)傾中心的)被顯示出來(lái)，作用于CG的水平力可以轉(zhuǎn)移到側(cè)傾