【導(dǎo)讀】懸架系統(tǒng)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(tǒng)為前麥弗遜懸架后多連桿懸。架，該系統(tǒng)是目前國內(nèi)B級(jí)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(qiáng)的代表性。和調(diào)整以發(fā)現(xiàn)其對(duì)各種性能參數(shù)的影響。運(yùn)用ADAMS/CAR分別建立麥弗遜懸架與多連桿懸架模型，進(jìn)。行懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，得出懸架主要運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。對(duì)原有設(shè)計(jì)進(jìn)行修改與優(yōu)化，確定合理了的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。制懸架系統(tǒng)總裝工程圖與零件工程圖，完成懸架設(shè)計(jì)任務(wù)。師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別?；?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人。或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。

　　

【正文】 展和計(jì)算方法的成熟，多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)已由早期的多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)發(fā)展成為多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。 近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)、 隨機(jī)振動(dòng)理論、 試驗(yàn)方法以及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)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(shí)際使用情況。數(shù)字化虛擬樣機(jī)技術(shù)是縮短車輛研發(fā)周期、降低開發(fā)成 本、提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量的重要途徑，是汽車企業(yè)的一項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)。隨著虛擬產(chǎn)品開發(fā)、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的逐漸成熟 ,計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)得到大量應(yīng)用，從子系統(tǒng)設(shè)計(jì)到整車 20 系統(tǒng)的匹配都采用數(shù)字化虛擬樣機(jī)技術(shù)。 隨著多體動(dòng)力學(xué)軟件功能的擴(kuò)展，在汽車多體復(fù)雜動(dòng)力學(xué)模型環(huán)境下，對(duì)汽車各個(gè)子系統(tǒng)的性能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化將逐漸開始使用，從而使模型精度和優(yōu)化計(jì)算結(jié)果的精度大大提高 [14]。 這種應(yīng)用在于仿真軟件能夠使用計(jì)算機(jī)代碼和方程準(zhǔn)確的模擬真實(shí)的機(jī)械系統(tǒng)，避免了傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程中零部件和樣機(jī)的反復(fù)制造、試驗(yàn)等過程，同時(shí)硬件建設(shè)成本的降低 節(jié)省了大量的時(shí)間和財(cái)力，為產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場贏得了更多的機(jī)會(huì)。 懸架的仿真參數(shù)介紹 為了保持汽車直線行駛的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向的輕便性和減小輪胎與機(jī)件間的磨損，轉(zhuǎn)向輪、轉(zhuǎn)向節(jié)和車軸三者之間與車架必須保持一定的相對(duì)位置，這種具有一定相對(duì)位置的安裝稱為車輪定位。本設(shè)計(jì)主要涉及 車輪外傾角、主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷偏距、車輪前束角。 車輪外傾角 (Camber Angle)， 是指車輪旋轉(zhuǎn)平面與縱向垂直平面之間的夾角。外傾角不宜過大，否則會(huì)使輪胎產(chǎn)生偏磨損。 主銷內(nèi)傾角 (Kingpin Inclination Angle)， 是指主銷軸線和地面垂直線在橫向平面內(nèi)的夾角。主銷內(nèi)傾角越大，則汽車前部抬起就越高，前輪的自動(dòng)回正作用就越明顯，但轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤比較費(fèi)力，轉(zhuǎn)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(nèi)的夾角。主銷后傾角為正值時(shí)有抑制制動(dòng)時(shí)的點(diǎn)頭作用，但太大時(shí)會(huì)使車輪支撐處反力矩過大，易造成車輪擺振或轉(zhuǎn)向盤上力的變化。 主銷偏距 (Scrub Radius)， 是指主銷與地面的交點(diǎn)到輪胎接地中心的距離。地面對(duì)轉(zhuǎn)向的阻力力矩，與主銷偏距的大小成正比，主銷偏距越小， 轉(zhuǎn)向阻力矩也越小。所以，一般希望主銷偏距小一些，以減小轉(zhuǎn)向操縱力以及地面對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的沖擊。 車輪前束角 (Toe Angle)， 是指 汽車兩個(gè)前輪安裝后，在通過車輪軸線而與地面平行的平面內(nèi)，兩車輪前端略向內(nèi)收縮，這種現(xiàn)象稱為車輪前束。車輛行駛時(shí)，前束的變化過大，將會(huì)影響車輛的直線行駛穩(wěn)定性，同時(shí)增大輪胎與地面間的滾動(dòng)阻力，加劇輪胎的磨損，所以前束角的設(shè)計(jì)原則是在車輪跳動(dòng)時(shí)，變化量越小越好。 21 ADAMS/CAR 應(yīng)用介紹 ADAMS 簡介 ADAMS 軟件是 Mechanical Dynamics Inc 公司開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件，目前已經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。 ADAMS 一方面是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機(jī)分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開發(fā)工具平臺(tái) [15]。 ADAMS 軟件由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng)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(duì)一般的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而且可以采用專用模塊針對(duì)特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的 問題進(jìn)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(shù)化實(shí)體模型，并應(yīng)用了多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理進(jìn)行仿真計(jì)算。只要用戶輸入具體多體系統(tǒng)的模型參數(shù)， ADAMS 軟件就可以根據(jù)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理自動(dòng)建立動(dòng)力學(xué)方程，并用數(shù)值分析的方法求解這個(gè)動(dòng)力學(xué)方程。 ADAMS/CAR 模塊特點(diǎn) CAR 模塊是 ADAMS 軟件包中的一個(gè)專業(yè)化模塊，主要用于對(duì)轎車 (包括整車及各個(gè)總成 )的動(dòng)態(tài)仿真與分析。對(duì)于懸架系統(tǒng)來說， ADAMS/CAR在仿真結(jié)束后，可自動(dòng)計(jì)算出 38 種懸架特性，根據(jù)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(chǎn)品設(shè)計(jì)人員完全可以通過這些特性曲線來對(duì)懸架進(jìn)行綜合性能的評(píng)價(jià)和分析。 應(yīng)用 ADAMS/CAR 對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行建模原理相對(duì)比較簡單，模型原理與實(shí)際的系統(tǒng)相一致?？紤]到汽車基本上為一縱向?qū)ΨQ系統(tǒng)，軟件模塊已預(yù)先對(duì)建模過程進(jìn)行了處理，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員只需建立左邊或右邊的 1/2 懸架模型，另一半將會(huì)根據(jù)對(duì)稱性自動(dòng)生成，當(dāng)然設(shè)計(jì)人員也可建立非對(duì)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(chǔ)之上，而子總成又是建立在模版的基礎(chǔ)上，模版是 整個(gè)模型中最基本的模塊。然而模版又是整個(gè)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(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立 尺寸參數(shù)是指懸架系統(tǒng) 的空間 幾何定位參數(shù) ,即懸架 系統(tǒng) 各定位點(diǎn)的三維坐標(biāo) ， ADAMS/CAR 中懸架的幾何特性主要由設(shè)定硬點(diǎn)的坐標(biāo)決定 。 懸架運(yùn)動(dòng)定位參數(shù) 采用 ISO 坐標(biāo)制 ,以地面為 X Y 平面 ,汽車中心對(duì)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(cè)為 Y 軸正向 ,以車前進(jìn)方向的反方向?yàn)?X 軸正向 。 本設(shè)計(jì)前懸架 系統(tǒng)中各關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)由設(shè)計(jì)圖紙查得， 單位為公制長度單位， 硬點(diǎn)尺寸參數(shù)空間參數(shù)如表 41。 表 41 前懸架參數(shù) 懸架硬點(diǎn) X 方向坐標(biāo) Y 方向坐標(biāo) Z 方向坐標(biāo) 下控制臂前點(diǎn) 下控制臂外點(diǎn) 下控制臂后點(diǎn) 彈簧下支座 減 振 器安裝座 副車架前點(diǎn) 副車架后點(diǎn) 橫向穩(wěn)定桿內(nèi)點(diǎn) 橫向穩(wěn)定桿外點(diǎn) 減 振 器上安裝座 車輪中心 建立麥弗遜懸架過程中，對(duì)模型做如下假設(shè)：除了彈簧外，前懸架中其它零部件都認(rèn)為是剛體 ， 忽略各運(yùn)動(dòng)副內(nèi)的摩擦力 ， 輪胎簡化為剛性體 。 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)副，車輪、轉(zhuǎn)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(jì)算 與結(jié)果分析 建成懸架模型后，將懸架模型與測試平臺(tái)裝配 。 然后對(duì)懸架模型進(jìn)行上下跳動(dòng)量為 50—50mm 的左右輪平行跳動(dòng)工況仿真， 仿真步長為 50 步。仿真結(jié)束后， 然后進(jìn)入 ADAMS/Postprocessor 模塊，選擇車輪跳動(dòng)量為橫坐標(biāo)， 單位為毫米。 分別輸出 車輪外傾角、主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷偏距、車輪前束角的數(shù)據(jù)曲線 ， 如圖 42。 根據(jù)曲線分析各數(shù)值的極值與變化值。 由分析結(jié)果知，數(shù)據(jù)中車輪外傾角 變化值大于 5176。與主銷內(nèi)傾角 大于10176。主銷內(nèi)傾角可以使汽 車轉(zhuǎn)向回正、轉(zhuǎn)向操作輕便，在車輪跳動(dòng)時(shí)，主銷內(nèi)傾角變化較大，將會(huì)使轉(zhuǎn)向沉重，加速輪胎磨損。車輪外傾角變化造成車輪出現(xiàn)過大的不足轉(zhuǎn)向或過度轉(zhuǎn)向趨勢(shì)。 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(duì)操縱穩(wěn)定性不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。而且變化趨勢(shì)比較均勻，輪胎的磨損較為均勻， 符合設(shè)計(jì)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(duì)車輪外傾角與主銷內(nèi)傾角進(jìn)行優(yōu)化 。 24 圖 42 前懸架仿真結(jié)果 坐標(biāo)數(shù)據(jù)優(yōu)化 為解決以上問題，本論文是通過對(duì)懸架的部分硬點(diǎn)坐 標(biāo)進(jìn)行改變來達(dá)到優(yōu)化定位參數(shù)的目的。通過多次調(diào)整 尺寸參數(shù)，得到優(yōu)化坐標(biāo)如下表 42。 表 42 優(yōu)化后坐標(biāo) 懸架硬點(diǎn) X 方向坐標(biāo) Y 方向坐標(biāo) Z 方向坐標(biāo) 下控制臂前點(diǎn) 下控制臂外點(diǎn) 下控制臂后點(diǎn) 彈簧下支座 減 振 器安裝座 副車架前點(diǎn) 副車架后點(diǎn) 橫向穩(wěn)定桿內(nèi)點(diǎn) 橫向穩(wěn)定桿外點(diǎn) 減 振 器上安裝座 車輪中心 25 對(duì)優(yōu)化后模型進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)仿真，并在 ADAMS/Postprocessor 模塊 中繪制分析曲線。 優(yōu)化結(jié)果分析 對(duì)優(yōu)化后仿真結(jié)果進(jìn)行分析，并于初始數(shù)據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比， 車輪外傾角對(duì)比結(jié)果如圖 43，主銷內(nèi)傾角對(duì)比結(jié)果如圖 44。 圖 43 車輪外傾角對(duì)比 圖 44 主銷內(nèi)傾角對(duì)比 26 圖中 虛線為原數(shù)據(jù)，實(shí)線為優(yōu)化后數(shù)據(jù) 。 由分析結(jié)果知，車輪外傾角變化值降低為 176。， 主銷內(nèi)傾角 的變化值 降為 176。，最大值為 176。，各數(shù)值在優(yōu)化后 明顯減小，并 達(dá)到設(shè)計(jì)要求 。由此 得出本次 優(yōu)化數(shù)據(jù)可用 。 后懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立 由于 PQ46 平臺(tái)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(jié)果的前提下，本設(shè)計(jì)仿真過程中將后懸架簡化為雙橫臂懸架。 本文后 懸架運(yùn)動(dòng)參數(shù) 采用 ISO 坐標(biāo)制，選擇兩車輪接地中心連線的中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)， x 軸指向汽車前進(jìn)方向的左側(cè)， y 軸與重力方向相反， z 軸指向汽車的前進(jìn)方向。根據(jù)所確定的 后 懸架參數(shù) 硬點(diǎn)尺寸參數(shù) ，系統(tǒng) 空間參數(shù)如表43。 表 43 后懸架參數(shù) 懸架硬點(diǎn) X 方向坐標(biāo) Y 方向坐標(biāo) Z 方向坐標(biāo) 下控制臂前點(diǎn) 下控制臂外點(diǎn) 下控制臂后點(diǎn) 彈簧下支座 副車架前點(diǎn) 副車架后點(diǎn) 橫向穩(wěn)定桿內(nèi)點(diǎn) 橫向穩(wěn)定桿外點(diǎn) 減 振 器上安裝座 車輪中心 上橫臂前點(diǎn) 上橫臂外點(diǎn) 上橫臂后點(diǎn) 以后懸架初始數(shù)據(jù)建立雙橫臂懸架模型如圖 45。 27 圖 45 后 懸架建模 仿真計(jì)算與結(jié)果分析 建成懸架模型后，將懸架模型與測試平臺(tái)裝配 .然后對(duì)懸架模型進(jìn)行上下跳動(dòng)量為 50—50mm 的左右輪平行跳動(dòng)工況仿真， 仿真步長為 50 步。 圖 46 后 懸架仿真結(jié)果 進(jìn)入 ADAMS/Postprocessor 模塊，選擇車輪跳動(dòng)量為橫坐標(biāo)，分別輸 28 出 車輪外傾角、主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷偏距、車輪前束角的數(shù)據(jù)曲線，如圖 46。根據(jù)曲線分析各數(shù)值的極值與變化值。 由數(shù)據(jù)分析知，初始數(shù)據(jù)的注銷偏移距在 —36mm 之間，大于理想值。主銷偏距越大，轉(zhuǎn)向阻力矩也越大，所以一般希望主銷偏距小一些，以減少轉(zhuǎn)向操縱力以及地面對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的沖擊，較理想的主銷偏距值為 10— 30mm，應(yīng)減小主銷偏距值。 車輪外傾 角、主銷后傾角、主銷內(nèi)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(duì)操縱穩(wěn)定性不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。 因此在保證 車輪外傾角、主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、車輪前束角值符合要求的前提下， 主要針對(duì)注銷偏移距進(jìn)行優(yōu)化。 坐標(biāo)數(shù)據(jù)優(yōu)化 為解決以上問題，本論文是通過對(duì)懸架的部分硬點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行改變來達(dá)到優(yōu)化定位參數(shù)的目的。通過多次調(diào)整 系統(tǒng) 尺寸參數(shù)，得到優(yōu)化坐標(biāo)如下表44。 對(duì)優(yōu)化后模型進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)仿真，并在 ADAMS/Postprocessor 模塊中繪制分析曲線。 表 44 優(yōu)化后坐標(biāo) 懸架硬點(diǎn) X 方向坐標(biāo) Y 方向坐標(biāo) Z 方向坐標(biāo) 下控制臂前點(diǎn) 下控制臂外點(diǎn) 下控制臂后點(diǎn) 彈簧下支座 副車架前點(diǎn) 副車架后點(diǎn) 橫向穩(wěn)定桿內(nèi)點(diǎn) 橫向穩(wěn)定桿外點(diǎn) 減 振 器上安裝座 車輪中心 上橫臂前點(diǎn) 上橫臂外點(diǎn) 上橫臂后點(diǎn) 29 優(yōu)化結(jié)果分析 對(duì)優(yōu)化后仿真結(jié)果進(jìn)行分析，并于初始數(shù)據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證坐標(biāo)優(yōu)化后效果。 主銷偏距 對(duì)比結(jié)果如圖 47。 圖中虛線為原數(shù)據(jù)，實(shí)線為優(yōu)化后數(shù)據(jù)。 由分析結(jié)果知，優(yōu)化后注銷偏距的最大值小于 ,符合設(shè)計(jì)要求。 圖 47 主銷偏距 對(duì)比 本章小結(jié) 本章概述了 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 技術(shù)的發(fā)展 概況，并簡要介紹了 ADAMS/CAR的特點(diǎn)與應(yīng)用 。 本章 主要 介紹了 在設(shè)計(jì)中，運(yùn)用 ADAMS/CAR 對(duì)懸架進(jìn)行建模、仿真、分析等 ， 并在該軟件的幫助下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化。這一優(yōu)化過程保障了懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能合理性。 30 第 5 章 運(yùn)用 AutoCAD 的工程圖繪制 AutoCAD 簡介 AutoCAD 一款自動(dòng) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 軟件，可用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計(jì)文檔和基本 三維設(shè)計(jì) ，現(xiàn)已經(jīng)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(jìn)行各種操作。它的多文檔設(shè)計(jì)環(huán)境，讓非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員也能很快地學(xué)會(huì)使用。在不斷實(shí)踐的過程中更好地掌握它的各種應(yīng)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(yīng)性，它可以在各種操作系統(tǒng)支持的微型計(jì)算機(jī)和工作站上運(yùn)行 [16]。 AutoCAD 二維圖模塊提供了正交、對(duì)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