【正文】 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)。大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開發(fā)費用和成本，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]。 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 。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和反映剛體方位的歐拉角為廣義坐標編制的計算程序。 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。 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 點為拉臂球頭中心， F 為車輪的中心， Q 點為主銷的中心線與車輪軸線的在后視圖上的交點， O 點為 MN 連線的中點， G 為車輪的著地點， G＇ 為主銷中心線與地面的交點。 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。 在此選取60Si2Mn為懸架彈簧材料 。為了獲得良好的平順性，非簧載質(zhì)量應(yīng)該盡量小。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]。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]。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。阻尼力會將車身的機械能轉(zhuǎn)化為熱能， 并被油液和殼體所吸收。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 ） 有確定的相對運動規(guī)律。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。 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、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。 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） 。上世紀 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，這是基于計算機輔助設(shè)計 （ CAD） 、計算機仿真分析、計算機輔助制造 （ CAM） 及虛擬制造、計算機輔助實驗及虛擬實驗等先進技術(shù)的全新的汽車設(shè)計開發(fā)技術(shù)體系和流程。 本課題研究的目的和意義就在于對 麥弗遜式懸 架進行虛擬設(shè)計及基于 ADAMS 的優(yōu)化分析，在試制前的階段進行設(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。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 ， 因此是目前發(fā)展的主要方向。進入 20 世紀 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)和同濟大學(xué)等少數(shù)幾個單位對主動懸架展開研究 [4]。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。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。導(dǎo)向裝置可控制車輪相對車身按設(shè)定的軌跡進行運動，并在車輪與車架之間傳遞力和力矩 [7]。該懸架還具有較為合 理的運動特性，能夠保證整車性能要求。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。 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。 （ 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。由于采用橡膠緩沖塊等故可防止過載，靜載荷時把應(yīng)力控制在 600 Mpa 以下為好。 為了能以最少產(chǎn)品型號滿足各類汽車的需要，我國己制訂了汽車筒式減振器標準，由專業(yè)廠進行系列化生產(chǎn)。 a r c t a nDBDBXXYY? ?? ? （ ） 主銷后傾角 ? 為主銷中心線 BD 與 XY平面的夾角。 ２、 接頭 根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，接頭有軸銷式接頭和球銷式接頭兩種。該模型可以是在ADAMS 軟件中直接建造的簡化幾 何模型，也可以是從其他 CAD 軟件中轉(zhuǎn)過來的造型逼真的幾何模型；然后，在幾何模型上施加力和力矩及運動激勵；最后執(zhí)行一組與實際狀況十分接近的運動仿真測試，得到實際機械系統(tǒng)工作過程的運動仿真。利用它與 ANSYS、 MSC/NASTRAN 、 ABAQUS、 IDEAS 等軟件的接口，可以方便地考慮零部件的彈性特性，建立多體動力學(xué)模型，以提高系統(tǒng)的仿真精 度。 在 ADAMS/View 菜單欄中，選擇設(shè)置 （ Setting） 菜單中的 （ Gravity） 命令，將重力方向設(shè)置為沿 Y 軸負方向，大小為 （ 如圖 所示 ） 。 在 本模型中，由于主要研究的車輪跳動過程中懸架導(dǎo)向機構(gòu)的合理性， 研究其中出現(xiàn)的控制參數(shù)，并且考慮初始值的選取，設(shè)計 13 個設(shè)計變量 ： O 點的 X 坐標、 O 點的 Y坐標、 D 點的 Y坐標、下擺臂的長度、下擺臂的水平夾角、下擺臂橫向平面傾角、DE 和 YZ 平面的夾角、 S 點的 X 坐標、 S 點的 Y 坐標、 S 點的 Z 坐標、轉(zhuǎn)向拉桿的長度、 轉(zhuǎn)向拉桿的水平夾角、轉(zhuǎn)向拉桿橫向平面傾角，這 13 個變量都會設(shè)置各自的變化范圍，在后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計中需要進行調(diào)整 ； 另外創(chuàng)建 8 個設(shè)計變量作為初始值 ： 主銷本科生畢業(yè)設(shè)計 31 內(nèi)傾角、主銷后傾角、前輪外傾角、前輪前束角、前輪輪距、車輪半徑、車輪寬度、彈簧剛度，其中的 4 個定位角可以在優(yōu)化設(shè)計中作適度的調(diào)整。 本科生畢業(yè)設(shè)計 29 圖 懸架模型圖 創(chuàng)建測試平臺 點擊 ADAMS/View 中零件庫的點 （ Point） ，選擇 “Add to Ground”和 “Don’t Attach”，在 （ ， 40， ） 處建一個點，并以該點為對角點建立一個立方體 ,構(gòu)成 測試平臺。 ADAMS 軟件的優(yōu)點 ADAMS 軟件一方面是機械系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件的應(yīng)用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬樣機進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)進行分析。 ADAMS 軟件包括 3 個最基本的解題程序模塊： ADAMS/View（ 基本環(huán)境 ） 、ADAMS/Slover（ 求解器 ） 和 ADAMS/Postprocessor（ 后處理 ） 。 本科生畢業(yè)設(shè)計 24 第 4 章 基于 ADAMS/View 麥弗遜懸架建模 機械也稱機械系統(tǒng)，它是由可以相對運動的剛體通過運動副或約束聯(lián)接形成的多剛體系統(tǒng)。 B 點的坐標可以通過BO 的空間位置來控制， BO 的空間位置由 BO 的長度 BOl 、下擺臂的水平夾角 ? （ 與本科生畢業(yè)設(shè)計 21 XZ 平面的夾角 ） 和下擺臂橫向平面的夾角 ? （ 與 XY平面的夾角 ） 來確定。打開卸荷閥瞬時的減振器活塞速度稱為卸荷速度 v 。 彈簧的自由高度可由彈簧壓并高度和最大行程決定，即 maxfsHH???。而實際上是先決定許用應(yīng)力，在許用應(yīng)力的范圍內(nèi)尋求 d、 D值。當(dāng)汽車在 不平的路面上行駛時或當(dāng)車輪受到?jīng)_擊負荷時，為了衰減車身的自由振動和抑制車身、車輪的共振，以減小車身的垂直加速度和車輪的振幅，懸架系統(tǒng)應(yīng)具有合適的阻尼。如圖 所示，表示汽車前懸架機構(gòu)圖。因此，這種結(jié)構(gòu)形式較其余懸架在一定的程度上減少了滑動摩擦。 麥弗遜式懸架是一種單橫臂式獨立懸架，它將減振器作為懸架桿系的一部分加以利用，并將兼作轉(zhuǎn)向主銷用的滑柱和擺臂組裝在一起，主要用于中型以下的轎車上，也用于運動型汽車的后軸，此時稱為查普曼 （ Chapman） 式懸架。 本設(shè)計 也 采用雙筒式雙向 作用 減振器。這三部分分別起緩沖，減振和力的傳遞作用。懸架由彈性元件，導(dǎo)向裝置與減振器等三種元件和機構(gòu)組 成 [5]。它是在被動懸架的基礎(chǔ)上 ， 增加可調(diào)節(jié)剛度和阻尼的控制裝置 ， 使汽車懸架在任何路面上保持最佳的運行狀態(tài)。為了克服這種缺陷 ， 采用了非線性剛度彈簧和車身高度調(diào)節(jié)的方法 ， 該方法雖然有一定成效 ， 但無法根除被動懸架的弊端。本科生畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 課題的研究目的和意義 汽車懸架系統(tǒng)對整車行駛動力學(xué) （ 如操縱穩(wěn)定性、行駛平順性等 ） 有舉足輕重的影響，是汽車總布置設(shè)計、運動校核的重要內(nèi)容之一，由于汽車懸架系統(tǒng)是比較復(fù)雜的空間機構(gòu)，這些就給運動學(xué)、動力學(xué)分析帶來較大困難。 被動懸架的模型如圖 （ a） 所示，被動懸架的參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗或優(yōu)化設(shè)計的方法確定 , 在行駛過程中路況保持不變，很難適應(yīng)各種復(fù)雜路況 ， 減振的效果較差。主動懸架的概念是 1954年美國通用汽車公司在懸架設(shè)計中率先提出的 ， 主動懸架的模型如圖 （ c） 所示。 本科生畢業(yè)設(shè)計 6 第 2 章 麥弗遜懸架 的 概述 懸架 的 作用 和組成分類 汽車懸架是汽車重要的組成部分，它是連接車輪與車架的彈性傳力裝置，不僅承受作用在車輪和車體之間的力，還可以吸收與緩和汽車在不平的路面上行駛時，所產(chǎn)生的振動和沖擊，從而提高乘坐的舒適性，延長機件的壽命。 導(dǎo)向機構(gòu)在輕型汽車中，也是連接車架 （ 或車身 ） 與車橋 （ 或車輪 ） 的結(jié)構(gòu)，除了傳遞作用力外，還能夠使車架 （ 或車身 ） 隨車輪按照一定的軌跡運動。多數(shù)為壓縮和伸張行程都起作用的雙作 用減 振 器。在全球范圍內(nèi) ，前懸架導(dǎo)向機構(gòu)的機構(gòu)型式比較單一，發(fā)展趨勢較為明朗，都是麥弗遜式 （ 滑柱連桿式 ） 占主導(dǎo)地位，這種結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于從微型轎車到高級轎車的所 有轎車中，且不分驅(qū)動橋或非驅(qū)動軸均適 用 [7]。車輪所受的側(cè)向力通過轉(zhuǎn)向節(jié)大部分由橫擺臂承受，其余部分由減振器承受。高副所連接的兩個構(gòu)件成點接觸或線接觸，在接觸區(qū)域副元素的幾何輪廓是重合的。對于選定的懸架剛度，只有恰當(dāng)?shù)倪x擇阻尼力才 能充分發(fā)揮懸架的緩沖減振作用。計算起來很麻煩，而且當(dāng)計算結(jié)果應(yīng)力過大時還要改變 d、 D值，反復(fù)多次才能算好。 動撓度 m a x 205 135 70dcff?? ? ? ? ?mm，在允許范圍內(nèi)。 2 2 0 . 3 1 1 9 9 0 1 6 7 1 2 9 7 . 6ssr C m?? ? ? ? ? ?KN/ms1 為滿足減 振 器阻尼特性，伸張行程 相對 阻尼系數(shù)與壓縮行程 相對 阻尼系數(shù)之間的關(guān)系 應(yīng)滿足 式 （ ） 和 （ ） 的要求 ? ?12sy? ? ??? （ ） ???