【正文】 身是一個復(fù)雜的多體系統(tǒng)，由于它的作情況、使用環(huán)境的復(fù)雜多變，給汽車動力學(xué)研究帶來了很大困難。因此，在許多實(shí)際研究中，不得不把模型簡化，以便使用古典力學(xué)的方法人工求解，從而導(dǎo)致汽車的許多重要的動力學(xué)特性無法得到較精確的定量分析。研究的范圍從局部結(jié)構(gòu)到整車系統(tǒng)，涉及汽車系統(tǒng)動力學(xué)的方方面面。優(yōu)化設(shè)計(jì)始于二十世紀(jì)五十年代，普及應(yīng)用于七十年代，是最優(yōu)化數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 采用優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)可以最大限度地考慮從不同角度提出的設(shè)計(jì)要求，在各種約束條件下，尋找滿足預(yù)定要求的最優(yōu)汽車動力學(xué)性能。優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)在汽車工程領(lǐng)域的應(yīng)用最初就是從懸架系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)開始的。 近年來，隨著多體動力學(xué)軟件功能的擴(kuò)展，在汽車多體復(fù)雜系統(tǒng)動力學(xué)模型環(huán)境下，對汽車各子系統(tǒng)的性能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化將逐步開始運(yùn)用，從而可以使模型精度和優(yōu)化計(jì)算結(jié)果的精度大大提高，在三維汽車振動等效模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用汽車多體系統(tǒng)動力學(xué)模型可將更多的影響因素考慮進(jìn)來，如在模型中考慮懸架中采用的橡膠襯套，并計(jì)入懸架彈簧和減振器及輪胎的非線性特性，然后用非線性整車模型進(jìn)行優(yōu)化分析[7]。但對于控制對象一懸架特性參數(shù)的動態(tài)變化范圍研究也是相當(dāng)重要的，這對開發(fā)出高性能的主動或半主動懸架系統(tǒng)起到關(guān)鍵作用。懸架的幾何結(jié)構(gòu)決定著車輛的主銷定位角、轉(zhuǎn)向特性等性能。(1)設(shè)計(jì)前麥弗遜懸架后多連桿懸架系統(tǒng)的車輛模型，得到懸架設(shè)計(jì)參數(shù)。(3)利用ADAMS分別建立前后懸架運(yùn)動學(xué)模型，并進(jìn)行左右輪平行跳動工況仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行懸架優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到合理的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提高車輛的行駛性能。在工程圖繪制過程中，確定各零件配合、定位和公差，并選擇相應(yīng)的加工工藝，提出了合理的技術(shù)要求。這些振動與沖擊會嚴(yán)重影響車輛的平順性和操縱穩(wěn)定性等重要性能。汽車懸架系統(tǒng)基本上是由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三大部分組成。為此，汽車懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：(1) 保證汽車有良好的行駛平順性；(2) 具有合適的衰減振動能力；(3) 保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性；(4) 制動或加速時保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾；轉(zhuǎn)彎時車身側(cè)傾角要合適；(5) 有良好的隔聲能力；(6) 結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小；(7) 可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩，在滿足零部件質(zhì)量小的同時，還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命。由于懸架的參數(shù)影響到許多整車特性，并且涉及其他總成的布置，因而一般要與總布置共同協(xié)商確定。前后偏頻n1，n2表示各自的自由振動頻率，偏頻越小，則汽車的平順性越好一般對于鋼制彈簧的轎車，n1約為1～，～，非常接近人體步行時的自然頻率。懸架靜撓度fc指汽車在滿載靜止時懸架上的載荷FW與此時懸架剛度才c之比。則由公式計(jì)算知：前懸架靜撓度為250mm，后懸架靜撓度為270mm。對乘用車，fd取70～90mm，本設(shè)計(jì)取fd為80mm。 懸架剛度計(jì)算 已知整車裝備質(zhì)量：m=1565kg，滿載質(zhì)量為1780kg，取簧上質(zhì)量為1780kg，取簧下質(zhì)量為80kg，剛度計(jì)算公式為： (22)式中 cs—汽車前懸架剛度(N/mm)；ms—前懸架簧上質(zhì)量(kg)；n—前懸架偏頻(Hz)。 彈性元件的設(shè)計(jì)彈性元件一般由鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、氣體彈簧和橡膠彈簧這些部件中的一部分或者幾部分組成。這種沖擊力傳到車身和車架時，將可能引起汽車零部件的疲勞和損傷。查表選擇彈簧材料為60Si2MnA，彈簧鋼絲直徑的計(jì)算公式為： (23)式中 i——彈簧有效工作圈數(shù)，此處取8； G——彈簧材料的剪切彈性摸量， 104MPa； Dm——彈簧中徑，取110mm；Ci——汽車前懸架剛度(N/mm)。 減振器的設(shè)計(jì)汽車懸架系統(tǒng)中，一般都采用液力減振器。本設(shè)計(jì)中選擇雙筒式液力減振器。ψ值大，振動能迅速衰減，同時又能將較大的路面沖擊力傳到車身；ψ值小則反之。兩者之間保持ψY=(～)ψS的關(guān)系。相對無摩擦的彈性元件懸架，～；對有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，ψ值取的小些。本設(shè)計(jì)前懸架為麥弗遜懸架，其阻尼系數(shù)為： (26)式中 ψ——相對阻尼系數(shù)；ms——前懸架簧上質(zhì)量(kg)；a——懸架安裝角度；——汽車前懸架固有頻率(Hz)。由計(jì)算知，；。卸荷速度的計(jì)算公式為： (28)式中 A——車身振幅，取177。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得卸荷速度為：vx=cos10176。根據(jù)伸張行程最大卸荷力公式： F0 = δvx (29)可以計(jì)算最大卸荷力。代入數(shù)據(jù)可得最大卸荷力 F0 。減振器的工作缸直徑D有20mm、30mm、40mm、(45mm)、50mm、65mm 等幾種。 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的要求有：車輪跳動時，輪距變化不超過177。車輪跳動時，前輪定位角變化特性合理。并保證車輪與車身傾斜同向，以增加不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)[10]。應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，以可靠地承受及傳遞除垂直力以外的力和力矩。利用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)軟件，根據(jù)車輛總體參數(shù)、懸架布置形式及彈簧剛度，對導(dǎo)向機(jī)構(gòu)初始值進(jìn)行初選。圖21 麥弗遜懸架分析圖22 后懸架分析 本章小結(jié)本章講述了汽車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)基本要求，并以PQ46平臺為原型對懸架系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。懸架元件基本參數(shù)對汽車平順性與操縱穩(wěn)定性有重要的影響，是懸架性能優(yōu)劣的決定因素。CAD技術(shù)在企業(yè)中的成功應(yīng)用，不僅帶來了企業(yè)技術(shù)上的創(chuàng)新，同時帶動了企業(yè)經(jīng)營管理模式的變革。CATIA是法國達(dá)索公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。特別是CATIA中的針對汽車、摩托車業(yè)的專用模塊，使CATIA擁有了最寬廣的專業(yè)覆蓋面，從而幫助客戶達(dá)到縮短設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低費(fèi)用的目的。可以實(shí)現(xiàn)工程圖繪制、三維模型建立及曲面修復(fù)等功能。CATIA有限元模型生成器產(chǎn)品作為一個完整的工具，可為諸如機(jī)械和熱力學(xué)這樣的許多方面的分析準(zhǔn)備幾何模型[12]。本設(shè)計(jì)中運(yùn)用CATIA混合建模功能對前后懸架系統(tǒng)建立三維模型，之后借助CATIA/GSA模塊的創(chuàng)成式零件應(yīng)力分析功能，對主要受力元件進(jìn)行剛度與強(qiáng)度校核。進(jìn)入曲面設(shè)計(jì)模塊，繪制螺旋線作為掃描軌跡線。彈簧自由高度近似取174mm。選擇工具欄“掃掠成形實(shí)體”，“掃掠成形定義”對話框中設(shè)定掃掠成形實(shí)體參數(shù)，在“輪廓”文本框中選擇圓形草圖。建立如圖31的彈簧。彈簧自由高度近似取153mm。建立如圖32彈簧。在彈簧的兩端繪制出一個矩形，標(biāo)注矩形的一邊到彈簧端部的距離。 減振器的建模減振器組件包括：活塞桿、工作缸筒、活塞、伸張閥、儲油缸筒、壓縮閥、.補(bǔ)償閥、流通閥、導(dǎo)向座、.防塵罩、油封，減振器外筒上焊接安裝支座。活塞桿與活塞采用基礎(chǔ)零件建模模塊設(shè)計(jì)，應(yīng)用拉伸操作，選用鋼材料。油封與密封結(jié)構(gòu)件選擇的材料是丁腈橡膠，連接型式是粘接結(jié)構(gòu)。零件建模完成后，在ASS模塊中對各零件進(jìn)行組裝。以減振器中軸線為徑向基準(zhǔn)，對組建使用對中定義確定定位位置，以活塞上表面為軸向基準(zhǔn)，使用面間距離確定位位置。圖33前懸架減振器圖 34 后懸架減振器圖 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向節(jié)建模建立導(dǎo)向機(jī)構(gòu)時，采用基礎(chǔ)零件建模模塊設(shè)計(jì)。以平面為基礎(chǔ)，繪制輪過界面線，應(yīng)用輪廓掃略生成模型。 圖35前懸架轉(zhuǎn)向節(jié) 圖36前懸架下橫臂圖37后懸架連桿 圖38后懸架上橫臂 前后懸架裝配首先在裝配中引入轉(zhuǎn)向節(jié)，以轉(zhuǎn)向節(jié)為裝配基準(zhǔn)，并將轉(zhuǎn)向節(jié)錨定，之后通過轉(zhuǎn)向節(jié)鉸接處定位面定位各橫臂與連桿。各零部件位置選定后，在元件之間設(shè)置約束關(guān)系并使用Compass羅盤移動已加上了約束的元件，檢查元件是否會根據(jù)加上的約束作出預(yù)計(jì)的反應(yīng)。圖39前懸架系統(tǒng) 圖310后懸架系統(tǒng)以整車布置尺寸裝配前后懸架如圖311：圖311整車懸架系統(tǒng) 主要零件的CAE校核導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在懸架中負(fù)責(zé)車輪與車架或車身之間所有力和力矩可靠的傳遞，路面對車輪的垂直載荷依次通過轉(zhuǎn)向節(jié)、下球頭銷、下橫臂和減振機(jī)構(gòu)傳遞到車身和車架上。因此本設(shè)計(jì)主要對以上三種組件進(jìn)行剛度與強(qiáng)度校核。本文分析結(jié)果以應(yīng)力應(yīng)變云圖輸出，剛度與強(qiáng)度校核功能，對懸架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。選擇默認(rèn)網(wǎng)格劃分，設(shè)定材料為鋁，抗拉強(qiáng)度195MPa、%、硬度65HB。當(dāng)添加力安全系數(shù)選擇3時，鋁件有限元分析如圖311—314： 圖311連桿強(qiáng)度校核 圖312連桿剛度校核圖313橫臂強(qiáng)度校核圖 314橫臂剛度校核圖由分析結(jié)果知，各部件最大應(yīng)力為：后懸架前拉桿126MPa, 后懸架后拉桿75MPa,，全部小于材料的許用應(yīng)力195MPa，各零件強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。45鋼抗拉強(qiáng)度為600MPa,屈服強(qiáng)度為355MPa,伸長率為16%，斷面收縮率為40%，沖擊功為39J。圖315轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)度校核 圖316轉(zhuǎn)向節(jié)剛度校核由分析結(jié)果知，各部件最大應(yīng)力為：前懸架轉(zhuǎn)向節(jié)297MPa，后懸架轉(zhuǎn)向節(jié)143MPa。各部件最大位移為：，,各零件變形均在合理范圍內(nèi)。本章主要介紹了論文在設(shè)計(jì)過程中所建立的CATIA模型的各項(xiàng)細(xì)節(jié)，并分節(jié)介紹了懸架系統(tǒng)各個部分的建模過程。CATIA軟件的應(yīng)用，在簡化設(shè)計(jì)過程的同時，保障了零件設(shè)計(jì)質(zhì)量。如果車輪定位參數(shù)的變動過大的話，將會加劇輪胎和轉(zhuǎn)向機(jī)件的磨損并降低整車操縱穩(wěn)定性和其他相關(guān)性能，所以原則上，車輪定位參數(shù)的變化量不能太大。懸架分析的類型有：車