【正文】 的 。 （ 2） 彈簧鋼度公式 （ 或撓度公式 ） 438Gdk nD? （ ） 348nD PGd?? （ ） 式中 ： k—— 彈簧鋼度 ， N/mm； n—— 彈簧工作 圈數(shù) ； ?—— 彈簧撓度 ， mm。故目前多數(shù)汽車的懸架系統(tǒng)中盡量減少干摩擦而裝液力減振器，促使振動迅速衰減以提高汽車行駛平順性。 0 12 ssgCf G?? （ ） 式中 ： g —— 重力加速度， g=9810mm/s2； sC —— 懸架鋼度， N/mm； sG —— 懸架簧載重力， N。 本章小 結(jié) 本章介紹了汽車懸架的重要作用 和組成 元件以及懸架的 分類 ， 介紹了麥弗遜式懸架的特點(diǎn) 及 設(shè)計要求 ， 并對麥弗遜式懸架的結(jié)構(gòu)加以分析 。一個構(gòu)件可以本科生畢業(yè)設(shè)計 11 是一個零件，也可以是由幾個甚至很多零件組成。主銷的軸線通過上下鉸鏈中心。該懸架還具有較為合 理的運(yùn)動特性，能夠保證整車性能要求。麥弗遜式懸架將所有承擔(dān)彈性 元 件功能和車輪導(dǎo)向功能的零件組合在一個結(jié)構(gòu)單 元 內(nèi)，這些零件包括 ： 支撐螺旋彈簧下端的托盤、輔助彈簧和壓縮行程限位塊、與連桿連接 的擺軸式橫向穩(wěn)定桿和車輪轉(zhuǎn)向節(jié)。導(dǎo)向裝置可控制車輪相對車身按設(shè)定的軌跡進(jìn)行運(yùn)動，并在車輪與車架之間傳遞力和力矩 [7]。它可將車輪與車身相對運(yùn)動的機(jī)械能部分地轉(zhuǎn)變?yōu)橛鸵夯蚰Σ帘砻娴?熱能并散發(fā)出去，從而迅速衰減振動。由于沒有減 振 和傳力的功能，還必本科生畢業(yè)設(shè)計 8 須設(shè)有專門的減 振 器和導(dǎo)向裝置。減振器在車架 （ 或車身 ） 與車橋 （ 或車輪 ） 之間作彈性聯(lián)系，起到承受沖擊的作用。麥弗遜式是絞結(jié)式滑柱與下橫臂組成的懸架形式，減振器可兼做轉(zhuǎn)向主銷，轉(zhuǎn)向節(jié)可以繞著它轉(zhuǎn)動。這種懸掛結(jié)構(gòu)簡單，傳力可靠，但是兩輪受沖擊 振 動時互相影響。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90年代 ， 僅應(yīng)用于排氣量大的豪華汽車 ， 未見國內(nèi)汽車產(chǎn)品采用此技 術(shù)的報道 ， 只有北京理工大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)等少數(shù)幾個單位對主動懸架展開研究 [4]。 20世紀(jì) 80年代 ， 世界各大著名的汽 車公司和生產(chǎn)廠家競相研制開發(fā)這種懸架，豐田、洛特斯、沃爾沃、奔馳等在汽車上進(jìn)行了較為成功的試驗。這種方法成本較高 ， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過改變減振液的粘性來改變阻尼系數(shù) ， 具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、無噪音和沖擊等特點(diǎn) ， 因此是目前發(fā)展的主要方向。被動懸架是傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu) ， 剛度和阻尼都是不可調(diào)的 ， 依照隨機(jī)振動理論 ， 它只能保證在特定的路況下達(dá)到較好效果，但它的理論成熟、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠 ， 成本相對低廉且不需額外能量 ， 因而應(yīng)用最為廣泛，在我國現(xiàn)階段 ， 仍然有較高的研究價值。 本課題研究的目的和意義就在于對 麥弗遜式懸 架進(jìn)行虛擬設(shè)計及基于 ADAMS 的優(yōu)化分析，在試制前的階段進(jìn)行設(shè)計和試驗仿真，并且提出優(yōu)化設(shè)計的意見，在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計缺陷，完善設(shè)計方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計質(zhì)量和效率。過去多用簡化條件下的圖解法和分析計算法對汽車懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)性能進(jìn)行分析計算，用多自由度的質(zhì)量 — 阻尼剛體數(shù)學(xué)模型對汽車行駛狀況進(jìn)行仿真。上世紀(jì) 90 年代中期以來，數(shù)字化設(shè)計與虛擬開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用在世界范圍內(nèi)得到大力推廣，這是基于計算機(jī)輔助設(shè)計 （ CAD） 、計算機(jī)仿真分析、計算機(jī)輔助制造 （ CAM） 及虛擬制造、計算機(jī)輔助實驗及虛擬實驗等先進(jìn)技術(shù)的全新的汽車設(shè)計開發(fā)技術(shù)體系和流程。在 1776 年 ， 馬車用的葉片彈簧取 得了專利 , 并且一直使用到 20 世紀(jì) 30 年代葉片彈簧才逐漸被螺旋彈簧代替 [2]。 半主動懸架的研究工作開始于 1973年 ， 由 和 . Karnopp 首先提出，模型如 （ b） 。 目前 ,模糊控制在這方面應(yīng)用較多 [3]。 主動懸架研究也集中在可靠性和執(zhí)行器兩個方面 由于主 動懸架采用了大量的傳感器、單片機(jī)、輸出輸入電路和各種接口 ， 元器件的增加降低了懸架的可靠性 ， 所以加大元件的集成程度 ,是一個不可逾越的階段。 具體內(nèi)容包括： （ 1） 分析麥弗遜式懸架的結(jié)構(gòu)和懸架設(shè)計要求，對減振器、彈簧 的基本參數(shù) 進(jìn)行計算， 利 用空 間機(jī)構(gòu)知識進(jìn)行分析 。采用此種懸掛的轎車、客車以及載人車輛，可明顯提高乘坐的舒適性，并且在高速行駛時提高汽車的行駛穩(wěn)定性。所以，目前轎車使用最多的獨(dú)立懸架是麥弗遜式懸架 [6]。傳力裝置是指車架的上下擺臂等叉形剛架、轉(zhuǎn)向節(jié)等元件，用來傳遞縱向力，側(cè)向力及力矩，并保證車輪相對于車架 （ 或車身 ） 有確定的相對運(yùn)動規(guī)律。 減 振 器 多采用筒式減 振 器，利用油液在小孔內(nèi)的節(jié)流作用來消耗振動能量。阻尼力會將車身的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能， 并被油液和殼體所吸收。 本科生畢業(yè)設(shè)計 9 根據(jù)對日本在 1987 年 到 20xx 年之間生產(chǎn)的轎車的統(tǒng)計，轎車中前懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)型式都是以麥弗遜 式為主，雙橫臂式獨(dú)立懸架次之。同時， 由 于路面沖擊分散得很廣以及能夠把懸架裝在車輪附近，所以懸架彈簧剛度小而有利于車體構(gòu)造，占用空間小。如圖 是某微型汽車的麥弗遜式前懸架機(jī)構(gòu)。然而如果適當(dāng)調(diào)整桿系的結(jié)構(gòu)的布置，可以使車輪的這些定位參數(shù)變化極小 [9]。運(yùn)動副是構(gòu)件的一種活動連接，它即限制所連接的兩個構(gòu)件的相對運(yùn)動（即提供一定的約束），又保留了構(gòu)件間的一定相對運(yùn)動，所保留的獨(dú)立相對運(yùn)動數(shù)目為運(yùn)動副的自由度。大量的研究及實踐結(jié)果表明，對平順性影響最為顯著的懸架特性參數(shù)分別是：懸架的彈性特性、阻尼特性以及非簧載質(zhì)量 [11]。 當(dāng) 0 ? 時 6( ) 5cf ??mm 為了 避免 汽車行駛過程中頻繁撞擊 車架， 應(yīng)當(dāng)有足夠的動撓度， 一般 乘用 車的動撓度范圍為 （ 70~90mm） 。為了獲得良好的平順性，非簧載質(zhì)量應(yīng)該盡量小。 本科生畢業(yè)設(shè)計 15 （ 4） 阻尼公式（臨界阻尼系數(shù)公式） gPkmkC c r /22 ?? （ ） 式中： Ccr 臨界阻尼系數(shù) ,是決定減 振 器阻尼力的基礎(chǔ)。 在此選取60Si2Mn為懸架彈簧材料 。 由 d=8mm 可算出鋼絲截面積 223 .1 4 8 5 0 .2 444Ad?? ? ? ? mm2 由 式 （ ） 解得 5 8 0 5 0 .2 4 1 7 .81637AS P? ??? ? ? 將 S 帶入式 （ ） 得 0 . 2 5 [ ( 1 7 . 8 0 . 7 3 ) ( 1 7 . 8 8 . 1 9 ) 1 7 . 8 1 . 2 7 ] 7 . 5C ? ? ? ? ? ? ? 由式 C=D/d 得 7 .5 6 6 0D C d? ? ? ? ?mm 把 C、 d 帶入式 （ ） 得 0 338 8 3 0 0 0 1 8 9 .6 38 8 7 .5dGk C ?? ? ??N/mm 根據(jù) 式 （ ） 求得彈簧鋼度和靜撓度 2 20( 2 ) ( 2 3 . 1 4 1 . 3 5 ) 1 6 3 7 309810fPk g? ? ? ?? ? ?N/mm 220 9810 135( 2 ) ( 2 3 . 1 4 1 . 3 5 )g f? ?? ? ???mm 根據(jù)式 （ ） 求得 彈簧的有效圈數(shù) 本科生畢業(yè)設(shè)計 17 0 3 630kn k? ? ? 壓并高度 )( ????? dnH s mm。 減振 器 的 計算 （ 1） 相對阻尼系數(shù) 在選擇時應(yīng)考慮到 ? 的取值較大，能使系統(tǒng)振動迅速衰減，但會使較大的不平路面的沖擊力傳到車身 ； ? 選得過小，振動衰減過慢，不利于行駛平順性。 （ 3） 減振器阻尼系數(shù) 2 ssr C m?? （ ） 式中： sC —— 懸架剛度 ， N/m； sm —— 簧載質(zhì)量 ， kg。 如 圖 為麥弗遜式左 1/2 懸架的結(jié)構(gòu)示意圖 ,其中 BD 為主銷中心線， MN 為下擺臂旋轉(zhuǎn)軸線，本科生畢業(yè)設(shè)計 20 DE 為減振器中心線， P 點(diǎn)為拉臂球頭中心， F 為車輪的中心， Q 點(diǎn)為主銷的中心線與車輪軸線的在后視圖上的交點(diǎn)， O 點(diǎn)為 MN 連線的中點(diǎn)， G 為車輪的著地點(diǎn)， G＇ 為主銷中心線與地面的交點(diǎn)。 arctan EFZZXX? ?? ? （ ） B、 O、 D 點(diǎn)的坐標(biāo) O、 D、 S 點(diǎn)坐標(biāo)在懸架運(yùn)動中保持相對不變，可由總布置要求來確定其取值范圍。 在平衡位置時，設(shè)計減振器中心 線 DE 平行于 XY平面， DE 與 YZ 平面的夾角為 ? ，則有 ： [ ] [ , , ] [ ( ) s i n , , ]TTE E E D D E E DE X Y Z X Y Y Y Z?? ? ? ? （ ） 其中 EY 為未知量。 ３、 轉(zhuǎn)向拉桿 雖然轉(zhuǎn)向拉桿 不參與前輪定位參數(shù)的形成，但是在車輪跳動過程中也影響到了前輪定位參數(shù)的變化，轉(zhuǎn)向拉桿的 具體參數(shù) 需配合轉(zhuǎn)向系進(jìn)行選取，在此根據(jù)經(jīng)驗選取轉(zhuǎn)向拉桿直徑為 10mm。它是有美國學(xué)者蔡斯等人利用多剛體動力學(xué)理論，選取系統(tǒng)內(nèi)每個剛體質(zhì)心在慣性參考系中的三個直角坐標(biāo)和反映剛體方位的歐拉角為廣義坐標(biāo)編制的計算程序。 ADAMS 仿真可用于估計機(jī)械系統(tǒng)性能、運(yùn)動范圍、碰撞 檢測、峰值載荷以及計算有限元的載荷輸入。 ADAMS/Slover 有各種建立模型和求解選項，以便于精確有效地解決各種工程問題 。 ADAMS/Driver（ 駕駛員模塊 ） 是在德國的 IPGDriver 基礎(chǔ)上，經(jīng)過二次開發(fā)而形成的成熟產(chǎn)品，可以確定汽車駕駛員的行為特征，確定各種操作工況 （ 例如：穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)彎制動、 ISO 變線試驗、側(cè)向風(fēng)試驗等 ） ，同時確定轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角或傳矩、加速踏板位置、作用在制動踏板上的力、離合器位置、變速器檔位等，提高車輛仿真動力學(xué)特性， 并具有記憶功能。大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用和成本，明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的系統(tǒng)及性能獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設(shè)計產(chǎn)品 [14]。這 八 個設(shè)計點(diǎn)是各個運(yùn)動副相連接的位置。 設(shè)計變量的選取 設(shè)計變量是能影響優(yōu)化質(zhì)量和結(jié)果的可變參數(shù)。 表 設(shè)計變量列表 變量名稱 變量意義 標(biāo)準(zhǔn)值 下幅 上幅 單位 X_O O 點(diǎn)的 X 坐標(biāo) 125 10 10 length Y_O O 點(diǎn)的 Y 坐標(biāo) 210 10 10 length Y_D D 點(diǎn)的 Y 坐標(biāo) 620 15 15 length Dis_OB 下擺臂的長度 240 10 10 length Ang1_OB 下擺臂的水平夾角 3 3 angle Ang2_OB 下擺臂橫向平面夾角 3 3 angle Ang_DE DE 和 YZ 平面的夾角 3 3 3 angle X_S S 點(diǎn)的 X 坐標(biāo) 155 10 10 length Y_S S 點(diǎn)的 Y 坐標(biāo) 270 10 10 length Z_S S 點(diǎn)的 Z 坐標(biāo) 65 10 10 length Dis_PS 轉(zhuǎn)向拉桿的長度 170 10 10 length Ang1_PS 轉(zhuǎn)向拉桿的水平夾角 9 3 3 angle Ang2_PS 轉(zhuǎn)向拉桿的橫向平面傾角 2 5 angle Ang_kin 主銷內(nèi)傾角 9 3 1 angle Ang_cas 主銷后傾角 3 2 angle Ang_cam 前輪外傾角 1 angle Ang_toe 前輪前束角 angle t read 前輪輪距 900 0 0 length r_wheel 車輪半徑 0 0 length w_wheel 車輪寬度 200 0 0 length 本科生畢業(yè)設(shè)計 32