【導讀】懸架系統是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱。平順性有重要的影響。本文所研究車型的懸架系統為前麥弗遜懸架后多連桿懸。架，該系統是目前國內B級車普遍采用的布置形式。的平順性與操縱性，又較好的控制了成本，具有較強的代表性。和調整以發(fā)現其對各種性能參數的影響。運用ADAMS/CAR分別建立麥弗遜懸架與多連桿懸架模型，進。行懸架的運動學仿真，得出懸架主要運動數據。對原有設計進行修改與優(yōu)化，確定合理了的設計數據。制懸架系統總裝工程圖與零件工程圖，完成懸架設計任務。師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別?；驅W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人?；蚣w，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。

　　

【正文】 展和計算方法的成熟，多體系統動力學已由早期的多剛體系統動力學發(fā)展成為多柔體系統動力學。 近年來計算機技術、 隨機振動理論、 試驗方法以及系統動力學研究的發(fā)展，使得汽車平順性的仿真分析更為全面、更接近實際使用情況。數字化虛擬樣機技術是縮短車輛研發(fā)周期、降低開發(fā)成 本、提高產品設計和制造質量的重要途徑，是汽車企業(yè)的一項關鍵核心技術。隨著虛擬產品開發(fā)、虛擬設計技術的逐漸成熟 ,計算機仿真技術得到大量應用，從子系統設計到整車 20 系統的匹配都采用數字化虛擬樣機技術。 隨著多體動力學軟件功能的擴展，在汽車多體復雜動力學模型環(huán)境下，對汽車各個子系統的性能參數進行優(yōu)化將逐漸開始使用，從而使模型精度和優(yōu)化計算結果的精度大大提高 [14]。 這種應用在于仿真軟件能夠使用計算機代碼和方程準確的模擬真實的機械系統，避免了傳統的產品開發(fā)過程中零部件和樣機的反復制造、試驗等過程，同時硬件建設成本的降低 節(jié)省了大量的時間和財力，為產品迅速占領市場贏得了更多的機會。 懸架的仿真參數介紹 為了保持汽車直線行駛的穩(wěn)定性、轉向的輕便性和減小輪胎與機件間的磨損，轉向輪、轉向節(jié)和車軸三者之間與車架必須保持一定的相對位置，這種具有一定相對位置的安裝稱為車輪定位。本設計主要涉及 車輪外傾角、主銷后傾角、主銷內傾角、主銷偏距、車輪前束角。 車輪外傾角 (Camber Angle)， 是指車輪旋轉平面與縱向垂直平面之間的夾角。外傾角不宜過大，否則會使輪胎產生偏磨損。 主銷內傾角 (Kingpin Inclination Angle)， 是指主銷軸線和地面垂直線在橫向平面內的夾角。主銷內傾角越大，則汽車前部抬起就越高，前輪的自動回正作用就越明顯，但轉向時轉動轉向盤比較費力，轉向輪的輪胎磨損增加。 主銷后傾角 (Caster Angle)， 是指主銷軸線和地面垂直線在縱向平面內的夾角。主銷后傾角為正值時有抑制制動時的點頭作用，但太大時會使車輪支撐處反力矩過大，易造成車輪擺振或轉向盤上力的變化。 主銷偏距 (Scrub Radius)， 是指主銷與地面的交點到輪胎接地中心的距離。地面對轉向的阻力力矩，與主銷偏距的大小成正比，主銷偏距越小， 轉向阻力矩也越小。所以，一般希望主銷偏距小一些，以減小轉向操縱力以及地面對轉向系統的沖擊。 車輪前束角 (Toe Angle)， 是指 汽車兩個前輪安裝后，在通過車輪軸線而與地面平行的平面內，兩車輪前端略向內收縮，這種現象稱為車輪前束。車輛行駛時，前束的變化過大，將會影響車輛的直線行駛穩(wěn)定性，同時增大輪胎與地面間的滾動阻力，加劇輪胎的磨損，所以前束角的設計原則是在車輪跳動時，變化量越小越好。 21 ADAMS/CAR 應用介紹 ADAMS 簡介 ADAMS 軟件是 Mechanical Dynamics Inc 公司開發(fā)的虛擬樣機分析軟件，目前已經被全世界各行各業(yè)的數百家主要制造商采用。 ADAMS 一方面是虛擬樣機分析的應用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析。另一方面，又是虛擬樣機分析開發(fā)工具，其開放性的程序結構和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發(fā)工具平臺 [15]。 ADAMS 軟件由基本模塊、擴展模塊、接口模塊、專業(yè)領域模塊及工具箱 5 類模塊組成。用戶不僅可以采用通用模塊對一般的機械系統進行仿真，而且可以采用專用模塊針對特定工業(yè)應用領域的 問題進行快速有效的建模與仿真分析。 ADAMS 軟件可以方便地建立參數化實體模型，并應用了多體系統動力學原理進行仿真計算。只要用戶輸入具體多體系統的模型參數， ADAMS 軟件就可以根據多體系統動力學原理自動建立動力學方程，并用數值分析的方法求解這個動力學方程。 ADAMS/CAR 模塊特點 CAR 模塊是 ADAMS 軟件包中的一個專業(yè)化模塊，主要用于對轎車 (包括整車及各個總成 )的動態(tài)仿真與分析。對于懸架系統來說， ADAMS/CAR在仿真結束后，可自動計算出 38 種懸架特性，根據這些常規(guī)的懸架特性，用戶又可定 義出更多的懸架特性，產品設計人員完全可以通過這些特性曲線來對懸架進行綜合性能的評價和分析。 應用 ADAMS/CAR 對懸架系統進行建模原理相對比較簡單，模型原理與實際的系統相一致?？紤]到汽車基本上為一縱向對稱系統，軟件模塊已預先對建模過程進行了處理，產品設計人員只需建立左邊或右邊的 1/2 懸架模型，另一半將會根據對稱性自動生成，當然設計人員也可建立非對稱的分析模型。在建立分析總成的模型過程中， ADAMS/CAR 的建模順序是自下而上的，所有的分析模型都是建立在子總成基礎之上，而子總成又是建立在模版的基礎上，模版是 整個模型中最基本的模塊。然而模版又是整個建模過程 22 中最重要的部分，分析總成的絕大部分建模工作都是在模版階段完成的。 前懸架的運動學仿真 運動學模型建立 尺寸參數是指懸架系統 的空間 幾何定位參數 ,即懸架 系統 各定位點的三維坐標 ， ADAMS/CAR 中懸架的幾何特性主要由設定硬點的坐標決定 。 懸架運動定位參數 采用 ISO 坐標制 ,以地面為 X Y 平面 ,汽車中心對稱面為 XZ平面 ,通過前輪輪心連線 , 垂直另外兩平面的面為 Y Z 平面 ,取豎直向上為 Z軸正向 , 車身右側為 Y 軸正向 ,以車前進方向的反方向為 X 軸正向 。 本設計前懸架 系統中各關鍵點的坐標由設計圖紙查得， 單位為公制長度單位， 硬點尺寸參數空間參數如表 41。 表 41 前懸架參數 懸架硬點 X 方向坐標 Y 方向坐標 Z 方向坐標 下控制臂前點 下控制臂外點 下控制臂后點 彈簧下支座 減 振 器安裝座 副車架前點 副車架后點 橫向穩(wěn)定桿內點 橫向穩(wěn)定桿外點 減 振 器上安裝座 車輪中心 建立麥弗遜懸架過程中，對模型做如下假設：除了彈簧外，前懸架中其它零部件都認為是剛體 ， 忽略各運動副內的摩擦力 ， 輪胎簡化為剛性體 。 轉向拉桿與車架之間的連接簡化為球副，下橫臂與車架之間的 均 連接采用旋轉副，車輪、轉向節(jié)與拉臂之間的連接均采用固定副，其它地方連接均采用球絞副 ， 生成模型如 圖 41。 23 圖 41 前懸架建模 仿真 計算 與結果分析 建成懸架模型后，將懸架模型與測試平臺裝配 。 然后對懸架模型進行上下跳動量為 50—50mm 的左右輪平行跳動工況仿真， 仿真步長為 50 步。仿真結束后， 然后進入 ADAMS/Postprocessor 模塊，選擇車輪跳動量為橫坐標， 單位為毫米。 分別輸出 車輪外傾角、主銷后傾角、主銷內傾角、主銷偏距、車輪前束角的數據曲線 ， 如圖 42。 根據曲線分析各數值的極值與變化值。 由分析結果知，數據中車輪外傾角 變化值大于 5176。與主銷內傾角 大于10176。主銷內傾角可以使汽 車轉向回正、轉向操作輕便，在車輪跳動時，主銷內傾角變化較大，將會使轉向沉重，加速輪胎磨損。車輪外傾角變化造成車輪出現過大的不足轉向或過度轉向趨勢。 主銷后傾角、主銷偏距、車輪前束角值 雖然也隨車輪上跳而增大，但是變化范圍小，對操縱穩(wěn)定性不會產生太大的影響。而且變化趨勢比較均勻，輪胎的磨損較為均勻， 符合設計要求 。因此在保證 銷后傾角、主銷偏距、車輪前束角值符合要求的前提下， 主要針對車輪外傾角與主銷內傾角進行優(yōu)化 。 24 圖 42 前懸架仿真結果 坐標數據優(yōu)化 為解決以上問題，本論文是通過對懸架的部分硬點坐 標進行改變來達到優(yōu)化定位參數的目的。通過多次調整 尺寸參數，得到優(yōu)化坐標如下表 42。 表 42 優(yōu)化后坐標 懸架硬點 X 方向坐標 Y 方向坐標 Z 方向坐標 下控制臂前點 下控制臂外點 下控制臂后點 彈簧下支座 減 振 器安裝座 副車架前點 副車架后點 橫向穩(wěn)定桿內點 橫向穩(wěn)定桿外點 減 振 器上安裝座 車輪中心 25 對優(yōu)化后模型進行相應參數仿真，并在 ADAMS/Postprocessor 模塊 中繪制分析曲線。 優(yōu)化結果分析 對優(yōu)化后仿真結果進行分析，并于初始數據仿真結果進行對比， 車輪外傾角對比結果如圖 43，主銷內傾角對比結果如圖 44。 圖 43 車輪外傾角對比 圖 44 主銷內傾角對比 26 圖中 虛線為原數據，實線為優(yōu)化后數據 。 由分析結果知，車輪外傾角變化值降低為 176。， 主銷內傾角 的變化值 降為 176。，最大值為 176。，各數值在優(yōu)化后 明顯減小，并 達到設計要求 。由此 得出本次 優(yōu)化數據可用 。 后懸架的運動學仿真 運動學模型建立 由于 PQ46 平臺車型的后多連桿懸架由雙橫臂懸架演變而來， 所以在不影響分析結果的前提下，本設計仿真過程中將后懸架簡化為雙橫臂懸架。 本文后 懸架運動參數 采用 ISO 坐標制，選擇兩車輪接地中心連線的中點為坐標原點， x 軸指向汽車前進方向的左側， y 軸與重力方向相反， z 軸指向汽車的前進方向。根據所確定的 后 懸架參數 硬點尺寸參數 ，系統 空間參數如表43。 表 43 后懸架參數 懸架硬點 X 方向坐標 Y 方向坐標 Z 方向坐標 下控制臂前點 下控制臂外點 下控制臂后點 彈簧下支座 副車架前點 副車架后點 橫向穩(wěn)定桿內點 橫向穩(wěn)定桿外點 減 振 器上安裝座 車輪中心 上橫臂前點 上橫臂外點 上橫臂后點 以后懸架初始數據建立雙橫臂懸架模型如圖 45。 27 圖 45 后 懸架建模 仿真計算與結果分析 建成懸架模型后，將懸架模型與測試平臺裝配 .然后對懸架模型進行上下跳動量為 50—50mm 的左右輪平行跳動工況仿真， 仿真步長為 50 步。 圖 46 后 懸架仿真結果 進入 ADAMS/Postprocessor 模塊，選擇車輪跳動量為橫坐標，分別輸 28 出 車輪外傾角、主銷后傾角、主銷內傾角、主銷偏距、車輪前束角的數據曲線，如圖 46。根據曲線分析各數值的極值與變化值。 由數據分析知，初始數據的注銷偏移距在 —36mm 之間，大于理想值。主銷偏距越大，轉向阻力矩也越大，所以一般希望主銷偏距小一些，以減少轉向操縱力以及地面對轉向系統的沖擊，較理想的主銷偏距值為 10— 30mm，應減小主銷偏距值。 車輪外傾 角、主銷后傾角、主銷內傾角、車輪前束角雖然也隨車輪上跳而增大，但是變化范圍小，對操縱穩(wěn)定性不會產生太大的影響。 因此在保證 車輪外傾角、主銷后傾角、主銷內傾角、車輪前束角值符合要求的前提下， 主要針對注銷偏移距進行優(yōu)化。 坐標數據優(yōu)化 為解決以上問題，本論文是通過對懸架的部分硬點坐標進行改變來達到優(yōu)化定位參數的目的。通過多次調整 系統 尺寸參數，得到優(yōu)化坐標如下表44。 對優(yōu)化后模型進行相應參數仿真，并在 ADAMS/Postprocessor 模塊中繪制分析曲線。 表 44 優(yōu)化后坐標 懸架硬點 X 方向坐標 Y 方向坐標 Z 方向坐標 下控制臂前點 下控制臂外點 下控制臂后點 彈簧下支座 副車架前點 副車架后點 橫向穩(wěn)定桿內點 橫向穩(wěn)定桿外點 減 振 器上安裝座 車輪中心 上橫臂前點 上橫臂外點 上橫臂后點 29 優(yōu)化結果分析 對優(yōu)化后仿真結果進行分析，并于初始數據仿真結果進行對比，驗證坐標優(yōu)化后效果。 主銷偏距 對比結果如圖 47。 圖中虛線為原數據，實線為優(yōu)化后數據。 由分析結果知，優(yōu)化后注銷偏距的最大值小于 ,符合設計要求。 圖 47 主銷偏距 對比 本章小結 本章概述了 運動學仿真 技術的發(fā)展 概況，并簡要介紹了 ADAMS/CAR的特點與應用 。 本章 主要 介紹了 在設計中，運用 ADAMS/CAR 對懸架進行建模、仿真、分析等 ， 并在該軟件的幫助下實現數據優(yōu)化。這一優(yōu)化過程保障了懸架的運動學性能合理性。 30 第 5 章 運用 AutoCAD 的工程圖繪制 AutoCAD 簡介 AutoCAD 一款自動 計算機輔助設計 軟件，可用于二維繪圖、詳細繪制、設計文檔和基本 三維設計 ，現已經成為國際上廣為流行的繪圖工具。AutoCAD 具有良好的用戶界面，通過交互菜單或命令行方式便可以進行各種操作。它的多文檔設計環(huán)境，讓非計算機專業(yè)人員也能很快地學會使用。在不斷實踐的過程中更好地掌握它的各種應用和開發(fā)技巧，從而不斷提高工作效率。 AutoCAD 具有廣泛的適應性，它可以在各種操作系統支持的微型計算機和工作站上運行 [16]。 AutoCAD 二維圖模塊提供了正交、對象捕捉、極軸追蹤、捕 捉追蹤等繪圖輔助工具。正交功能使用戶可