前輪定位參數(shù)研究及優(yōu)化設計【優(yōu)秀畢業(yè)課程設計】

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I摘 要轉(zhuǎn) 向 輪 定 位 參 數(shù) 主 要 有 ： 主 銷 后 傾 角 ， 主 銷 內(nèi) 傾 角 ， 前 輪 外 傾 角 和 前 輪 前 束 。 這 四 個參數(shù)的設定是否合適， 直接決定著汽車直線行駛時操縱穩(wěn)定性 、 轉(zhuǎn)向操縱輕便性和轉(zhuǎn) 向輪回正性能的好壞。本 文 為 提 高 該 車 的 操 縱 穩(wěn) 定 性 ， 利 用 動 力 學 仿 真 軟 件 ADAMS/CAR 軟 件 建 立 了 簡 化的虛擬樣機模型， 進行雙向輪跳仿真實驗， 分析評價該車的前輪定位參數(shù)。 最后利用 ADAMS/INSIGHT 模 塊 優(yōu) 化 其 前 輪 定 位 參 數(shù) ， 從 而 改 善 其 因 為 定 位 參 數(shù) 不 合 理 而 導 致 的輪胎磨損。論文首先講述了汽車前輪定位參數(shù)的重要意義， 并按照標準評價了各參數(shù)的合理與 否，接著列出了前束和外傾角的數(shù)學關系。因整車分析建模工作量巨大， 合理的簡化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架模型尤為重要， 前懸架單 側車輪跳動仿真能夠代表整車的操縱穩(wěn)定性。關鍵詞 前輪定位參數(shù) 虛擬樣機 ADAMS/CAR 雙向車輪跳動仿真IIAbstractThe accuracy of alignment parameters, will directly affect the stability of the car while it running along a straight line, steering lightly and wheels’ turning back and so on.To improve the handling stability ,setting up a virtual prototype model is becoming a popularly way with a simulation software called ADAMS / CAR . The two-way wheel jump simulation experiment is carried out to analyze and evaluate the front wheel alignment parameters of the vehicle. The ADAMS / INSIGHT module is used to optimize front wheel alignment parameters.Finally,we can use the analysis above to improving its handling stability.Firstly, the article describes the importance of the front wheel alignment parameters, then gives the optimal design method of the four front wheel positioning parameters, and demonstrates the quantitative relationship between the kingpin dumping and the retrogression moment on the steering wheel.It is necessary to simplify the vehicle structure and suspension model because of the huge workload of vehicle analysis and modeling. The simulation of unilateral wheel beating on the front suspension can represent the performance of the car.Key words The front wheel alignment parameters ADAMS / CAR virtual prototype model The two-way wheel jump simulation目 錄摘 要 IAbstract II第 1 章 緒論 11.1 課題背景 11.2 操縱穩(wěn)定性的概念 11.3 前輪定位參數(shù) 11.3.1 前輪外傾角與前輪前束值 11.3.2 主銷后傾角 21.3.3 主銷內(nèi)傾角 21.3.4 前輪定位參數(shù)的研究 21.4 本課題研究的主要內(nèi)容 21.4.1 前輪定位參數(shù)與操縱執(zhí)行駕駛員指令的準確性的關系 21.4.2 前輪定位參數(shù)的影響因素 21.4.3 麥 弗 遜 懸 架 模 型 的 建 立 與 仿 真 ··························· 錯誤！未定義書簽。1.5 本課題研究意義 2第 2 章 前輪定位參數(shù)與汽車操縱穩(wěn)定性 42.1 主銷后傾角的影響 42.2 主銷內(nèi)傾角的影響 42.3 前輪外傾角的影響 42.4 前輪前束值的影響 5第 3 章 影響前輪定位參數(shù)的因素 63.1 懸架與前輪定位參數(shù) 63.1.1 懸架概述 63.1.2 幾種常見懸架與前輪定位 63.2 驅(qū)動類型與前輪定位 73.3 轉(zhuǎn)向機構與前輪定位 73.3.1 轉(zhuǎn)向器的性能與前輪定位 7第 4 章 汽車前輪定位角的設計要求 94.1 引言 94.2 前輪定位角的變化 94.2.1 前輪外傾角 94.2.2 前輪前束 9北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文4.2.3 主銷后傾角 94.2.4 基于車輪最小側滑量的前輪定位參數(shù)優(yōu)化理論 104.2.5 基于輪胎磨損的前輪前束與前輪外傾角的優(yōu)化理論 10第 5 章 懸架模型的建立與仿真 115.1 ADAMS/CAR 建模 115.2 前輪定位參數(shù)的運動學仿真 125.2.1 仿真結果 135.2.2 結果分析 155.3 前輪定位參數(shù)的優(yōu)化 155.3.1 擬合結果 155.3.2 網(wǎng)頁格式查看靈敏度 165.3.3 最大因子選擇 175.3.4 優(yōu)化結果分析 17第六章 結論 186.1 論文的主要工作 196.2 前輪定位參數(shù)的研究與展望 192. 1 外傾角與前束值 192. 2 主銷后傾角 19致 謝 20參考文獻 21北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文第 1 章 緒論1.1 課題背景人們對汽車的追求不再滿足于單純的速度和性價比， 而開始關注更好的汽車的操縱 穩(wěn)定性和行駛時的安全性。 合理的的前輪定位參數(shù)可以使車輛更平穩(wěn)的直線行駛和不費 力的轉(zhuǎn)向， 并降低車輛在行駛過程中各部分零件的磨損。 轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)的改進可以 直接滿足人們新的需求想要準確細致的分析車輛的運動學參數(shù)， 就不得不綜合各部分機件的運動， 創(chuàng)建符 合實際的模型。 將汽車各種子系統(tǒng)加以簡化， 抽取本質(zhì)因素 ， 輔以計算機， 建立合適的 虛擬樣機，汽車動態(tài)特性的研究得以發(fā)展。美國的 MSC 公司的 ADAMS/CAR 軟件是目前應用最廣泛的機械系統(tǒng)動力學仿真分析 軟 件 ， 可 以 實 現(xiàn) 對 前 輪 定 位 參 數(shù) 的 優(yōu) 化 設 計 和 操 縱 執(zhí) 行 駕 駛 員 指 令 的 準 確 性 的 研 究 。1.2 操縱穩(wěn)定性的概念車輛駕駛的執(zhí)行駕駛員指令的準確性能， 即汽車能夠按照駕駛員在清醒狀態(tài)時給予 轉(zhuǎn)向車輪的指令行駛； 即使車輛受到外界不穩(wěn)定因素影響， 依然能不過分受干擾并穩(wěn)定 行駛的性能。1.3 前輪定位參數(shù)汽車轉(zhuǎn)向輪的定位主要參數(shù)主要保證前輪在底盤上位置的精確確定、 車輛行駛的執(zhí) 行駕駛員指令的準確性、 執(zhí)行駕駛員指令的靈敏程度及轉(zhuǎn)向后的自動回正 ， 且前束和外 傾角應符合列出的數(shù)學公式。1.3.1 前 輪 外 傾 角 與 前 輪 前 束 值關于前輪定位參數(shù)的研究起源于原始的馬車。 為了提升馬車的承載能力和減少車輪 橫向滑脫的趨勢， 外傾角取值較大， 這樣做能夠增大車廂底部面積， 使馬車行駛時不至 于將泥水飛濺到乘客身上。19 世紀末， 在英國人鄧祿普發(fā)明了充氣輪胎以后， 因早期的車輪外傾角過大導致的 輪胎磨損嚴重， 使減小車輪外傾角提上了日程 。 為了消除因左右車輪制動力不平衡造成 的 制 動 轉(zhuǎn) 向 ， 并 減 小 輪 胎 側 移 量 ， 將 前 輪 外 傾 角 減 少 了 3°左 右 。 伴 隨 著 前 輪 外 傾 ， 輪 胎與地面接觸出現(xiàn)了相對滑動。 這不光使輪胎磨損境況更嚴峻 ， 隨之附帶的地面摩擦力 更是使輪胎向一側扭轉(zhuǎn)。 前輪前束應運而生 。 前輪前束可以在輪胎扭轉(zhuǎn)之前使輪胎預備， 進一步減少輪胎的磨損。前輪前束與前輪外傾角必須有呈下式中的比例：T ??ldγ 2r其中， T 為前輪前束值； d D 是前輪輪緣的直徑； l 為前輪接地印記長度 ； 伽馬是前1北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文0輪的彎度；r 為輪胎的滾動半徑。1.3.2 主 銷 后 傾 角德國查特林從優(yōu)先考慮前輪轉(zhuǎn)向后自動回正角度， 得出主銷后傾角最好為 15°， 這 個角度的主銷后傾角可以盡可能的保證前輪回正速度。 此外， 較大的后傾角也帶來了比 較差的駕駛體驗，轉(zhuǎn)向輪甚至出現(xiàn)左右搖擺。終于到 1950 年，低壓輪胎的廣泛使用大 大改善了車輪的回正能力， 主銷后傾角的值普遍減小。 研究發(fā)現(xiàn)前輪前束的改變可以減 少前輪擺振及異常磨損。1.3.3 主 銷 內(nèi) 傾 角為了保證車輛低速時轉(zhuǎn)向回正性、 執(zhí)行駕駛員指令的靈敏程度及行駛執(zhí)行駕駛員指 令的準確性，車輛的主銷內(nèi)傾角取值較大。1.3.4 前 輪 定 位 參 數(shù) 的 研 究前文提到， 因為主銷內(nèi)傾角會導致較大的擺振峰值， 所以現(xiàn)代汽車在設計時普遍趨 向于減小主銷內(nèi)傾角，這還會消除部分回正力矩，使轉(zhuǎn)向更輕便。前輪外傾角減小。為保證車輛高速轉(zhuǎn)向時的車身的穩(wěn)定能力和延長輪胎使用壽命， 現(xiàn)代汽車設計時采用的前輪外傾角趨于負值，即前輪內(nèi)傾。主 銷 內(nèi) 傾 角 增 大 ， 增 大 了 穩(wěn) 定 力 矩 ， 提 高 了 轎 車 行 駛 的 安 全 性 ， 可 以 改 善 汽 車 在 面 對突發(fā)狀況的適應能力。前束通過上述公式計算得出， 負的前束和內(nèi)傾才能與公式相符合， 減小車輪的側滑， 降低輪胎磨損。1.4 本課題研究的主要內(nèi)容本 文 利 用 ADAMS/CAR 軟 件 建 立 麥 弗 遜 懸 架 系 統(tǒng) 的 模 型 ， 研 究 該 懸 架 的 前 輪 定 位 參數(shù)，并優(yōu)化懸架的硬點坐標；研究包括以下的內(nèi)容：1.4.1 前 輪 定 位 參 數(shù) 與 操 縱 穩(wěn) 定 性 的 關 系研究各前輪定位參數(shù)分別是如何影響車輛行駛時的抗干擾能力、 轉(zhuǎn)向施加指令后的 靈敏度及前輪的自動回正。1.4.2 前 輪 定 位 參 數(shù) 的 影 響 因 素研究前懸架子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向機構的上主銷內(nèi)傾角的影響,主銷后傾角、 前輪前束和車輪 外傾角和四輪之間的關系進行了分析。1.5 本課題研究意義前輪定位的主要參數(shù)主要保證前輪在底盤上空間位置的精確確定、 車輛行駛的執(zhí)行北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文1駕駛員指令的準確性、 執(zhí)行駕駛員指令的靈敏程度及轉(zhuǎn)向后的自動回正。 為防止輪胎磨 損，前輪前束和外傾角應按相應公式計算得出。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文2第 2 章 前輪定位參數(shù)與汽車操縱穩(wěn)定性前輪定位能夠確保車輛能夠按照駕駛員的指令直線行駛， 這就需要前輪和主銷能夠 具 有 確 定 的 空 間 結 構 。 主 銷 后 傾 角 、 主 銷 內(nèi) 傾 角 、 前 輪 外 傾 角 、 前 輪 前 束 。 這 四 個 參 數(shù) 設計是否合理將很大程度的決定了汽車能正確執(zhí)行駕駛員指令的能力和輪胎的磨損。 2.1 主銷后傾角的影響圖 2-1 主銷后傾角2.2 主銷內(nèi)傾角的影響圖 2-1 顯 示 了 主 銷 后 傾 角 ,與 路 面 的 接 觸 點 主 銷 軸 和 前 輪 中 心 線 與 道 路 表 面 相 交 ,如 圖 中 的 位 置 。 車 輛 直 線 行 駛 ， 車 輪 因 外 界 因 素 影 響 轉(zhuǎn) 動 時 ， 產(chǎn) 生 與 偏 轉(zhuǎn) 方 向 相 反 的 離 心 力 的 反 作 用 力 ， 使 轉(zhuǎn) 向 輪 回 正 ， 保 證 了 車 輛 能 都 抵 抗 外 界 干 擾 而 正 確 執(zhí) 行 駕 駛 員 指 令 的 能 力 。 主 銷 后 傾 角變化的影響： 1） 后傾角較大時， 轉(zhuǎn)向需要駕駛員施加 更 大 的 操 縱 力 后 傾 角 較 小 時 ， 不 能 保 證 操 縱 執(zhí) 行 駕 駛 員 指令的準確性， 甚至發(fā)生擺振 ； 3） 車輪向后傾角較小的 一側跑偏。主銷內(nèi)傾角與主銷后傾角協(xié)同作用輔助車 輪 回 正 。 因 為 存 在 主 銷 內(nèi) 傾 角 ， 車 輪 繞 主 銷 旋 轉(zhuǎn) 時 ， 地 面 對 車 輪 產(chǎn) 生 向 上 的 力 。 內(nèi) 傾 角 使 γ 和 β 路 面 交 線 距 離 Dy 減 小 ， 使 轉(zhuǎn) 向 靈 敏 度 變 高 。 當 主 銷 內(nèi) 傾 角 變 化 時 ， 有 ： 1） 內(nèi) 傾 角 過 大 ， 轉(zhuǎn) 向 所 需 駕 駛 員 操 縱 力 變 大 ， 輪 胎 磨 損 嚴 重 ;2)傾 角 太 小 ,轉(zhuǎn) 向 力 過 大 ,行 駛 抗 干 擾 能 力 變 差 異 (3) 車 輪 朝 著 測 試 的 較 小 方 向 運 行 。 圖 2-2 主銷內(nèi)傾角2.3 前輪外傾角的影響前輪外傾角可以避免因為前軸受力變形而使車輪內(nèi)傾導致的輪胎磨損。 外傾角也可 以在一定程度上使轉(zhuǎn)向更輕便。 外傾角還降低了零件的負荷 ， 保證了行駛安全性。 外傾 角變化時有以下影響： 1） 外傾角過大， 車輪外側受力較大 ， 磨損嚴重； 2） 外傾角過小， 車輪內(nèi)側受力變大，磨損嚴重，轉(zhuǎn)向費力。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文32.4 前輪前束值的影響因為前輪外傾角的值不為零， 且轉(zhuǎn)向橫拉桿限制了輪胎外側滑動趨勢， 導致了輪胎 磨損嚴重，行駛阻力增加。如果：1）前輪前束過大，加劇磨損輪胎，喪失執(zhí)行駕駛員 指令的準確性；2）前輪前束過小，邊滾邊滑，同樣失去執(zhí)行駕駛員指令的準確性。前 輪前束變動， 將喪失一定程度的操縱執(zhí)行駕駛員指令的準確性能 ； 反之， 使車輛轉(zhuǎn)向接 近于不足轉(zhuǎn)向，將提高車輛執(zhí)行駕駛員指令的準確性。綜上所述， 前輪定位的四個參數(shù)設計是否合理， 將很大程度上影響車輛直線行駛時 對駕駛員指令執(zhí)行準確程度的能力、 轉(zhuǎn)向時駕駛員指令執(zhí)行的靈敏度 、 車輪快速回正的 能 力 、 輪 胎 的 正 常 磨 損 ， 合 理 設 計 四 個 參 數(shù) 將 對 整 車 的 動 力 性 、 安 全 性 等 有 重 要 意 義 。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文4第 3 章 影響前輪定位參數(shù)的因素想要研究及優(yōu)化車輛的前輪定位參數(shù)， 勢必要仔細斟酌輪胎、 懸架等其他因素的影 響 。輪 胎 跳 動 時 的 運 動 軌 跡 和 車 輪 定 位 參 數(shù) 的 確 定 由 懸 架 本 身 的 導 向 機 構 決 定 。 此 外 ， 行駛過程中的車輪角還會受到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和輪胎側向特性的影響。3.1 懸架與前輪定位參數(shù)3.1.1 懸 架 概 述懸架是現(xiàn)代車輛上的關鍵部件， 還是車架和車軸的橋梁。 它能夠轉(zhuǎn)移車輪和車架上 承載的負載； 保證汽車的操縱執(zhí)行駕駛員指令的準確性 ， 允許汽車獲得更高的運行速度。懸架的布置方案和結構參數(shù)必須合理， 當車輪在輪跳試驗臺上時， 使主銷定位角在 很小范圍內(nèi)變動、 導向機構的運動特性要與實際輪跳匹配 ， 消除轉(zhuǎn)向輪的擺振現(xiàn)象； 車 輛應呈現(xiàn)略微的不足轉(zhuǎn)向特性。3.1.2 幾 種 常 見 懸 架 與 前 輪 定 位麥 弗 遜 式 懸 掛 。 其 主 要 結 構 是 懸 架 彈 簧 與 減 震 器 的 結 合 ,采 用 減 震 器 消 除 螺 旋 彈 簧 超時時的載荷位置發(fā)生的左右晃動現(xiàn)象， 約束彈簧使其只能上下收縮或拉伸 ， 減震器的 性 能 參 數(shù) 的 動 態(tài) 變 化 泳 衣 調(diào) 控 懸 架 的 舒適度。麥弗遜式懸掛因為其構造簡單， 重量 得以大大降低， 反饋靈敏度很高。它的特 殊 的 下 搖 臂 和 支 柱 的 空 間 布 置 使 得 車 輛 可以自適應改變車輪外傾角， 讓其能在過 彎時對路面的變化相互適應， 讓輪胎更大 程度上接觸地面， 但是因為構造原因， 對 兩側變化因素抵抗能力差， 有比較明顯的 急剎車現(xiàn)象，懸掛剛度較弱， 執(zhí)行駕駛員 指令的準確性差，轉(zhuǎn)彎時車輛晃動較大。 圖 3-1 麥弗遜懸架雙 叉 臂 式 懸掛 。 它通常由兩個 叉 臂構成 ， 這樣的構造讓 車 輪在運行時能本實用新型 可自 動 適 應 外 傾 角 ,也 可 減 少 因 車 輪 打 滑 而 造 成 的 輪 胎 磨 損 ,使 輪 胎 更 好 地 貼 合 路 面 ,具 有良好的地面附著力。 此外,還有一對雙橫臂懸架,這是類似的雙橫臂懸架,但結構簡單的 雙 叉 臂 ,也 可 以 稱 為 前 者 的 刪 節(jié) 版 。 雙 橫 臂 式 懸 掛 正 常 也 是 縱 向 不 等 長 搖 臂 的 構 造 ， 加 強了橫向的剛度。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文5多 連 桿 懸 掛 。 它能獲得最優(yōu)的主 銷 后傾角參數(shù) ， 很大程度上消除路 面 賦予車輪的無 用功， 提高了非勻速行駛時的乘客感官 ， 也可以確保在直線行駛的執(zhí)行駕駛員指令的準確性， 因為由彈簧變形引起的車輪左右偏 移量很小，更容易獲得直線行駛的趨勢。 在 車 輛 運 行 工 況 改 變 時 ， 懸 掛 的 結 構 會使后側車輪出現(xiàn)較大的前束值， 提高了 車輛性能， 降低出現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向的概率。 多 連 桿 懸 掛 的 外 傾 角 和 前 束 值 能 適 應 路 面 起伏而自動改變。 只要對連接處動點的限制優(yōu)化就能使得懸掛在螺旋彈簧壓縮時圖 3-2 多連桿懸架 能自動適應車輪定位參數(shù)，可以多方面 針對特定車型做出優(yōu)化以最大程度的提高輪胎抓地力進一步提高整車的駕駛適應度。3.2 驅(qū)動類型與前輪定位前輪外傾角： 麥弗遜懸架和基于它改進的燭式懸架等前驅(qū)懸架與后驅(qū)懸架的工作特 性不同。 前者的懸架系統(tǒng)在上升行程中， 車輪上部有向外側傾的趨勢 。 因此， 多數(shù)麥弗 遜懸架的前輪外傾角為負值，最大為 0°。主 銷 內(nèi) 傾 角 ： 傳 統(tǒng) 的 后 驅(qū) 汽 車 都 采 用 正 偏 距 ， 內(nèi) 傾 角 的 范 圍 是 6~8°， 正 向 偏 距 40~60mm。現(xiàn)代汽車趨向于將主銷偏移距設計成負值， 這樣不僅可以使車輛正常停泊， 也一定 程度上平衡了兩側制動力，提高了操縱執(zhí)行駕駛員指令的準確性與行駛安全性。3.3 轉(zhuǎn)向機構與前輪定位前輪定位參數(shù)還影響著汽車的執(zhí)行駕駛員指令的靈敏程度和自動回正能力， 而車輛 的 執(zhí) 行 駕 駛 員 指 令 的 靈 敏 程 度 和 自 動 回 正 能 力 還 與 車 輛 的 轉(zhuǎn) 向 機 構 的 轉(zhuǎn) 向 器 的 性 能 參 數(shù)有很大關系。3.3.1 轉(zhuǎn) 向 器 的 性 能 與 前 輪 定 位1、 轉(zhuǎn) 向 器 的 正 效 率 是 轉(zhuǎn) 向 搖 臂 輸 出 功 率 與 轉(zhuǎn) 向 軸 輸 入 功 率 之 比 :η ???? P 1 ??P 2P 1在模型中,P1 是轉(zhuǎn)向軸輸入功率,P2 是轉(zhuǎn)向齒輪的摩擦損失功率。 轉(zhuǎn)向器的逆效率是轉(zhuǎn)向軸的輸出功率與輸入功率與轉(zhuǎn)向搖臂軸比:η - ? P 3 ??P 2P 3因此，正效率的值越大與其相適應的所設計的主銷內(nèi)傾角就應越大。轉(zhuǎn)向器性能、北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文6結構參數(shù)、工藝水平綜合決定了轉(zhuǎn)向器的正效率值。 表征轉(zhuǎn)向器能夠可逆能力的參數(shù)是轉(zhuǎn)向器的逆效率， 逆效率值變大， 則車輪回正時從 轉(zhuǎn) 向 器 傳 遞 的 有 用 功 率 就 愈 大 ， 轉(zhuǎn) 向 回 正 阻 力 矩 越 小 。 所 以 轉(zhuǎn) 向 器 的 逆 效 率 值 變 大 ， 所設計的主銷內(nèi)傾角應適度減小。 2 、 轉(zhuǎn) 向 輪 角 增 量 與 側 轉(zhuǎn) 向 節(jié) 角 相 應 增 量 的 比 值 稱為 轉(zhuǎn) 向 角 傳 動 比 。 角 驅(qū) 動 器 可 以 說 , 以確定各種車輛轉(zhuǎn)向參數(shù)。 增大角傳動比， 意味著增大轉(zhuǎn)向盤的力傳動比， 減小轉(zhuǎn)向時 轉(zhuǎn)向輪上的力， 所以轉(zhuǎn)向器的角傳動比不僅直接影響轉(zhuǎn)向靈敏性和執(zhí)行駕駛員指令的準 確性， 對車輛的執(zhí)行駕駛員指令的靈敏程度也有影響。 轉(zhuǎn)向器的角傳動比增大意味著轉(zhuǎn) 向 盤 轉(zhuǎn) 動 同 一 角 度 ， 所 對 應 的 轉(zhuǎn) 向 輪 卻 轉(zhuǎn) 過 更小 的 角 度 ， 轉(zhuǎn) 動 同 一 角 度 所 需 時 間 延 長 ， 轉(zhuǎn) 向 輪 角 增 量 與 側 轉(zhuǎn) 向 節(jié) 角 相 應 增 量 的 比 值稱 為 轉(zhuǎn) 向 角 傳 動 比 。 角 驅(qū) 動 器 可 以 說 ,以 確 定各種車輛轉(zhuǎn)向指令的時間和轉(zhuǎn)向靈敏度。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文7sin第 4 章 汽車前輪定位角的設計要求4.1 引言麥弗遜前懸架的導向機構負荷著大部分的力和力矩， 它也決定了車輪的側滑和車輪 空間位置的變化所造成的懸架跳轉(zhuǎn)時,車輛正在運行的變化。所以,對懸架導向機構的設 計有重要的意義。4.2 前輪定位角的變化靜態(tài)時， 汽車前輪定位角的值對保證操縱執(zhí)行駕駛員指令的準確性有突出貢獻。 因 此， 在設計前輪定位參數(shù)時 ， 必須使前輪定位角的變化趨于改善車輛執(zhí)行駕駛員指令的 準 確 性 方 向 ， 才 能 確 保 車 輛 設 計 需 要 的 負 載 能 力 和 高 速 行 駛 時 駕 駛 員 和 乘 客 的 安 全 性 能。4.2.1 前 輪 外 傾 角外傾角: 輪胎運行時車輪外傾角的變化對車輛的穩(wěn)態(tài)響應特性有很大的影響 。 因此, 在運行時,要盡量減少車輪相對于車體的外傾角的變化。為了防止過多的轉(zhuǎn)向不足,或過 度的輪胎轉(zhuǎn)動,車輪滿負荷下。40mm 范圍內(nèi)跳動時 ,前輪的外傾角在正負 1 度的變化。4.2.2 前 輪 前 束前束角: 優(yōu) 化 時 希 望 進 行 平 行 輪 跳 實 驗 時 前 束 角 變 化 很 小 甚 至 是 不 變 。 理 想 的 前 束 值變化規(guī)律為: 前輪向上跳動時, 前束值為負前束 值 (0.5 / 50mm)。 在同一個車輪上,如果 能選擇適當?shù)膹澏群徒嵌?可以使外傾角和外傾角引起的外傾角或部分偏移,減少輪胎側 偏,減少磨損的目的。關系應該得到滿足:δ ??4D * r （ 2lsinγ lsinγ ）2r式中: D 輪胎測量直徑;R 輪胎滾動半徑;L 輪胎接地印跡長度; γ-外傾角。因此,可以 利用上文中提到的公式計算出前輪前束,使之匹配合理。4.2.3 主 銷 后 傾 角主銷后傾角: 轉(zhuǎn) 向 時 前 輪 外 傾 角 的 變 化 規(guī) 律 受 到 主 銷 后 傾 角 的 很 大 影 響 。 若 主 銷 后 傾角大于應有的設計范圍, 外側轉(zhuǎn)向輪呈現(xiàn)內(nèi)傾角趨勢 。 若轉(zhuǎn)向輪主銷后傾角超出合理 范圍, 需 要 額 外 增 加 用 以 轉(zhuǎn) 動 前 輪 所 需 要 的 橫 向 力 , 達 到 補 償 外 傾 推 力 的 目 的 , 這 不 僅 會減弱,而且會增加水平方向上的最大加速度。通常主銷后傾角在 2~3°之 間 選 取 。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文04.2.4 基 于 車 輪 最 小 側 滑 量 的 前 輪 定 位 參 數(shù) 優(yōu) 化 理 論我們總是希望輪距的側滑量越小越好， 由于左右輪胎間距不穩(wěn)定,會加劇輪胎的磨損 程 度 ,車 輪 側 滑 量 越 大 ， 其 產(chǎn) 生 的 側 向 力 就 越 大 ， 這 會 降 低 汽 車 執(zhí) 行 駕 駛 員 指 令 的 準 確 性。通常必須在規(guī)定的軌道之間變化 10mm 的正、負,相應的車輪上下移動 50mm。主 銷 后 傾 角 越 大 , 行 駛 時 越 趨 于 保 證 車 輛 行 駛 時 執(zhí) 行 駕 駛 員 指 令 的 準 確 性 ,但 主 銷 后傾角過大可能會降低車內(nèi)人員的主觀感受，甚至在低速時,會導致前輪發(fā)生擺振,因此 主銷后傾角應該在 3°~6°之間變動。在進行平行跳動實驗時 ,如果外傾角過大,則會使 車輪出現(xiàn)偏一側磨損的現(xiàn)象, 故車輪外傾角應限制在 0.5°~2°的范圍內(nèi)。 對于前束角, 用上述公式約束前束角的取值范圍。4.2.5 基 于 輪 胎 磨 損 的 前 輪 前 束 與 前 輪 外 傾 角 的 優(yōu) 化 理 論汽車的現(xiàn)代化帶來了前輪外傾與前輪前束， 伴隨著的是汽車輪胎的附加磨損， 這兩 個參數(shù)對輪胎的磨損具有重要意義。1、車輪外傾與輪胎的磨損 當車輪向外傾斜時， 車輪隨著車輛繼續(xù)行駛想要向外運動， 但是因為受到車橋的控制， 車輪只能按著既定軌跡運動。 車輪想要向外運動的內(nèi)能產(chǎn)生的側向力， 即外傾側向 力。 在外傾側向力作用下， 輪胎受到側向的應力而變形 ， 導致輪胎在與地面切合的平面 內(nèi)側向偏移和滑動，輪胎使用壽命降低。2、前束與輪胎的磨損 具有前束角的車輪在路面直線行駛時， 車輪有向內(nèi)滾動的趨勢， 車橋從而給其一向外的力， 那么在車輪接地處輪胎將會受到一向內(nèi)的路面?zhèn)认蚍醋饔昧Γ?我們稱之為前束 側向力。 在前束側向力作用下， 輪胎也將產(chǎn)生側向變形， 其變形方向與外傾側向變形方 向相反。 同車輪在外傾側向力作用下產(chǎn)生側偏， 導致輪胎在接地處滑移一樣， 前束側向 力也將使輪胎在接地處產(chǎn)生側偏并導致側向滑移，從而加劇輪胎磨損。3、車輪外傾角與前束角的合理匹配理論 作用在輪胎上的外傾側向力與前束側向力是輪胎產(chǎn)生偏磨損的主要因素， 而這兩個力方向相反， 因此， 我們可以認為當外傾產(chǎn)生的側向力和前束產(chǎn)生的側向力相互抵消時， 外傾與前束的匹配即達到最佳。前束角的角度值可以通過兩側向力相互抵銷的原則：Kα*α ?Kβ *β .式中：β為前輪前束角，α為車輪外傾角。因為存在前束附加的滾動阻力的側向分力，β應適當取較大值。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文1第 5 章 懸架模型的建立與仿真懸架在現(xiàn)代車輛上扮演著重要角色， 它是車架與車軸的彈性連接件。 它可以傳遞車 身上承載的力、 是調(diào)節(jié)車輛運行過程中的車身位置等有關裝置的總稱。 當輪胎與車體存 在 相 對 運 動 時 ,懸 架 的 導 向 機 構 牽 引 和 決 定 了 車 輪 的 動 態(tài) 特 性 及 車 輪 定 位 參 數(shù) 的 變 化 , 所以以分析導向機構為首要目標對優(yōu)化轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)并非無的放矢 。 本文選擇的懸架 為麥弗遜式懸架。 為減少工作量且能保證試驗的準確性 ,必須將懸架取其精華， 可以將 轉(zhuǎn)向節(jié)和轉(zhuǎn)向拉臂融合為一個部件等。5.1 ADAMS/CAR 建模在 ADAMS/Car 里創(chuàng)建模型拓撲結構的三步曲是： 1） 創(chuàng) 建 硬 點 （ hard point） 。 創(chuàng) 建 硬 點 的 步 驟 是 adjust，hardpoint，table ，輸入硬點坐標的 x、 y、 z 的 值 。 硬 點 坐 標 值 來源于實車的測量，或者二維圖的數(shù)據(jù) 2）創(chuàng)建部件。在創(chuàng)建好硬點后就可以基于硬 點 創(chuàng) 建 部 件 。 部 件 添 加 完 成 并 不 可 見 ， 需 要 添 加 幾 何 體 才 能 讓 其 具 體 可 見 。 在ADAMS/Car 里 part 的 類 型 有 四 種 ： 剛體（rigid part） 柔 性 體 （ flexible part） 假 體（Mount Part） 3）創(chuàng)建部件間的連接（運動副）。圖 5-1 優(yōu)化前懸架硬點坐標北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文2圖 5-2 所建立的懸架和轉(zhuǎn)向系模型圖 5-3 仿真參數(shù)的設定北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文35.2 前輪定位參數(shù)的運動學仿真懸架系統(tǒng)是決定汽車動態(tài)特性的關鍵子系統(tǒng)， 懸架在跳動實驗中前輪定位參數(shù)將呈 現(xiàn)動態(tài)變化。 本實驗采用在激振臺上對麥弗遜懸架進行單側車輪 垂直跳動 50mm 的運動 學仿真，分析前輪定位參數(shù)、車輪側滑量等隨車輪上下跳動的變化曲線。5.2.1 仿 真 結 果得出了前輪定位參數(shù)與輪胎跳躍 50mm 的車輪側偏曲線：圖 5-4 主銷后傾角與車輪跳動變化曲線圖 5-5 主銷內(nèi)傾角于車輪跳動變化曲線北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文4圖 5-6 前輪外傾角與車輪跳動變化曲線圖 5-7 前輪前束與車輪跳動變化曲線圖 5-8 輪側滑量與車輪跳動變化曲線北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文55.2.2 結 果 分 析上文已經(jīng)提到在汽車正常運行時， 定位參數(shù)符合的范圍， 這里對比標準對虛擬樣機 的仿真得出的曲線進行評價。1、主銷后傾角從圖 5-2 得 知 ， 進 行 平 行 輪 跳 仿 真 試 驗 的 實 驗 范 圍 為 50mm 時 ， 懸 架 的 主 銷 后 傾 角 從 6.9°變化到 9.3°，增長不大，滿足設計要求。2、主銷內(nèi)傾角從圖 5-3 得 知 ， 進 行 平 行 輪 跳 仿 真 試 驗 的 實 驗 范 圍 為 50mm 時 ， 懸 架 的 主 銷 內(nèi) 傾 角 從 8°變化到 10.2°，增長不大，滿足設計要求。3、車輪外傾角 前 輪 外 傾 角 在 車 輪 上 跳 過 程 中 慢 慢 減 小 ,這 種 變 化 趨 勢 能 有 效 增 大由 于 車 身 側 傾 導致的不利影響。 此外,車輪在跳動過程中前輪外傾角變化的趨勢 （斜率） 減小,說明輪胎 與 地 面 形 成 的 角 度 變 化 趨 于 穩(wěn) 定 ,這 利 于 減 少 轉(zhuǎn) 向 輪 擺 振 ,降 低 輪 胎 磨 損 。 可 以 知 道 ,隨 著車輪跳動,主銷內(nèi)傾角對前輪外傾角的變化影響最大,其值應選擇較大些，主銷后傾角 也應取較大的值。4、前輪前束 前束值應符合前文提到的公式。5.3 前輪定位參數(shù)的優(yōu)化選取麥弗遜懸架下擺臂外點、前點、后點，減震器上點，轉(zhuǎn)向橫拉桿內(nèi)點、外點， 每個點三個方向共 18 個設計變量進行試驗，得出各個設計變量對目標前束、外傾的影 響程度，確定其中較大的設計變量。Lca_outer、lca_front 、lca_rear，top_mount，tierod_inner，tierod_outer6 個 點 的 三 個 方 向 硬 點 值 作 為 變 量 。 選 取 相 關 硬 點 添 加 到 Factor/inclusion 目 錄 下 ， 變 動 范 圍 為（- 10mm， +10mm） 。 將 Responses/Candidates 中選 擇前束、 外傾 ， 將其 添加到 Responses/ inclusion 目錄下，進行設置。5.3.1 擬 合 結 果實驗共需 16324 步運算， 我們?nèi)?1000 步作為實驗擬合， 擬合程度的各項評價指標。R2（ 多 重 相 關 系 數(shù) 的 平 方 ） 以 及 Radj2（ 多 重 樣 本 相 關 修 正 系 數(shù) ） 可 以 用 來 評 價 擬 合 的 狀 況 ， R2 的變化范圍為 0~1， 在 這 個 范 圍 內(nèi) ， 其 值 越 大 表 明 擬 合 情 況 越 好 ， Radj2 一 般 來 說 ， 其 值 的 大 小 一 般 不 會 超 過 R2， Radj2 值越接近 1 意 味 著 擬 合 結 果 越 理 想 ， P 的 大 小 代 表 著 擬 合 多 項 式 中 有 沒 有 有 用 項 ， 其 值 越 小 證 明 其 擬 合 式 中 有 用 項 就 越 多 ， R/V 代 表 著 優(yōu) 化 結 算 結 果 和 原 始 數(shù) 值 間 的 關 聯(lián) ， 其 值 仍 然 是 越 大 越 好 ， 當 其 值 超 過 10北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文6時 意 味 著 擬 合 函 數(shù) 預 測 結 果 相 對 比 較 理 想 ， 比 較 小 的 時 候 意 味 著 計 算 結 果 不 是 那 么 可 靠。5.3.2 網(wǎng) 頁 格 式 查 看 靈 敏 度圖 5-9 前輪外傾的擬合結果得到格式為 html 的文件，瀏覽器打開，分析各硬點坐標對研究參數(shù)的靈敏度圖 5-10 前輪外傾的靈敏度分析圖 5-11 前束的靈敏度分析“Effect”和“Effect%”的正負取值，正值表示其響應與因子成正比，負值為成反 比，其絕對值越大，對響應影響越大。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文75.3.3 最 大 因 子 選 擇最終選 取下控制臂外 支 點 lca_outer_Z 方向， 轉(zhuǎn)向橫 拉桿外支 點 tierod_outer_Z 方向， 內(nèi) 支 點 tierod_inner_z 方 向 。 將 目 標 函 數(shù) 調(diào) 整 為 理 想 值 ， 將 其 他 影 響 因 子 固 定 ， 只 對 靈 敏度分析得出的影響因子進行優(yōu)化分析，得到新的硬點。5.3.4 優(yōu) 化 結 果 分 析圖 5-12 優(yōu)化后的懸架硬點坐標值圖 5-13 優(yōu)化前后前輪外傾對比圖北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文8圖 5-14 優(yōu)化前后前輪前束對比圖圖 5-15 車輪側滑量優(yōu)化前后對比圖由上方三張圖得知，通過改變 lca_outer_z、 tierod_inner_z、 tierod_outer_z 三個坐標 點 的 值 ， 前 輪 外 傾 變 化 很 小 ， 但 前 輪 前 束 的 值 由 0.78~-1.0 變 為 -0.25~-0.1， 相 應 的 車 輪 側滑量的最大值由 5.65 變?yōu)?4.5，最小值由負值變?yōu)? 0，可以得到本次優(yōu)化成功的改善 了之前惡劣的前輪磨損狀況的結論。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文9第六章 結論本文通過仿真軟件建立需要的虛擬樣機， 對該虛擬樣機進行實驗， 對比標準評價仿 真 得 出 的 曲 線 ， 并 運 用 ADAMS/INSIGHT 進 行 優(yōu) 化 ， 確 定 了 該 懸 架 的 最 優(yōu) 前 輪 定 位 參 數(shù)。6.1 論文的主要工作1、 研 究 了 以 車 輪 側 滑 量 為 指 標 的 前 束 和 前 輪 外 傾 的 設 計 理 論 ， 并 以 最 小 側 滑 量 為 前提修改懸架硬點參數(shù)，解決了因為前輪外傾和前輪前束的不合理導致的車輪磨損。2、 本 文 簡 化 建 立 了 需 要 的 虛 擬 樣 機 ， 并 進 行 了 平 行 輪 跳 試 驗 ， 通 過 對 比 試 驗 得 出 的 前 輪 定 位 參 數(shù) 變 化 曲 線 和 標 準 變 化 范 圍 ， 找 出 了 原 模 型 的 前 輪 定 位 參 數(shù) 的 不 合 理 之 處 ， 然 后 利 用 ADAMS/INSIGHT 研 究 各 硬 點 坐 標 對 前 輪 定 位 參 數(shù) 的 靈 敏 度 ， 對 前 懸 架 模型的導向機構的硬點坐標進行調(diào)整，使其前輪定位參數(shù)變化趨于合理。6.2 前輪定位參數(shù)的研究與展望6.2. 1 外 傾 角 與 前 束 值先確定外傾角才能確定前束值， 在汽車的運行過程中,由于車輛的受力、 速度、 轉(zhuǎn)向、 車輪跳動等情況,前輪的彎度會發(fā)生變化。 前輪外傾角與前輪前束必須合理匹配, 才會確 保車輛直線行駛時的執(zhí)行駕駛員指令的準確性, 降低輪胎打滑和磨損 。 因此,提出了前向 梁值跟蹤車輛行駛過程中前輪的彎度變化,以及相應的變化的自適應變化的想法,具體實 施措施還有待進一步的討論與發(fā)展。6.2. 2 主 銷 后 傾 角低 扁 平 率 子 午 線 輪 胎 的 廣 泛 使 用 , 轎 車 的 主 銷 后 傾 角 趨 向 于 減 小 , 有 的 主 銷 后 傾 角 甚至出現(xiàn)了負值。但任然存在某些高級橋車, 因為其液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)勢 , 轉(zhuǎn)向助 力 效 果 出 群 , 可 以 補 償 因 為 轉(zhuǎn) 向 輪 主 銷 后 傾 變 大 帶 來 的 轉(zhuǎn) 向 阻 力 矩 隨 之 增 大 的 缺 陷 ， 所以其主銷后傾角還存在增大的趨勢， 以確保汽車高速時回正性能和高速時直線行駛的 執(zhí) 行 駕 駛 員 指 令 的 準 確 性 , 這 表 明 增 大 主 銷 后 傾 角 對 某 些 特 定 車 輛 的 特 殊 工 況 很 有 必 要。 所以 , 某些車輛的特殊條件是必要的。 因此,對汽車能否根據(jù)不同工況的要求進行自 動調(diào)節(jié),提高高速行駛的穩(wěn)定性,仍需進一步研究。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文0致 謝本 次 畢 業(yè) 設 計 歷 時 三 個 月 ， 經(jīng) 歷 了 諸 多 艱 難 ， 首 先 是 ADAMS 軟 件 的 使 用 問 題 ， ADAMS/CAR 與 ADAMS/VIEW 的 使 用 大 相 迥 異 ， 雖 然 上 學 期 學 了 一 學 期 的 view 但是 對本課題幫助不大。 本次畢業(yè)設計的順利完成， 離不開趙老師的悉心指導， 老師提供了 ADAMS/car 的 教 程 讓 我 不 至 于 無 所 適 從 。 也 感 謝 北 華 航 天 工 業(yè) 學 院 的 豐 富 藏 書 量 ， 學 校還與百度學術達成合作， 免費為應屆生提供了大量的參考資料 。 在論文完成后， 還要 感謝牛同學幫我更 改論文格式 ， 編輯頁碼和頁眉。 牛同學 Office 軟件的熟練使用 ， 使本 文原本樸實無華且枯燥的論文瞬間看起來顯得很有學術感 。 大學四年， 這算是最后的答 卷了，對父母，對自己。也要對父母 20 來年的辛勤養(yǎng)育說聲謝謝，你們辛苦了。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文1參考文獻［1］ 李軍，邢俊文，等．ADAMS 實 例 教 程 [M]． 北 京 理 工 大 學 出 版 社 ， 2002.［2］ 趙 棣 華 .汽 車 前 輪 定 位 對 運 行 的 影 響 .汽 車 運 輸 ， 1990， 4： 11-13.［3］ 董國恩， 張蕾.基于 ADAMS 的車輪定位參數(shù)優(yōu)化設計.中國農(nóng)機化， 2006， 5： 106-108.［4］ 季喜軍， 耿振江.現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)的變化.山西交通科技， 2001， 1： 46-47.［5］ 陳茂松， 李仁平， 等.淺析前輪定位參數(shù)變化對汽車轉(zhuǎn)向操縱性的影響.城市 車輛，2000，4：17-18.［ 6］ 丁 亞 康 、 翟 潤 國 ， 等 .基 于 ADAMS/INSIGHT 的 汽 車 懸 架 定 位 參 數(shù) 優(yōu) 化 設 計 . 汽車技術，2011，5：33-36.［7］ 魏 道 高 .汽 車 前 輪 定 位 參 數(shù) 研 究 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