FSAE賽車(chē)雙橫臂式前懸架設(shè)計(jì)[含高清CAD圖紙和說(shuō)明書(shū)]

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輪定位參數(shù)變化均在可接受的限定范圍內(nèi)，保證 汽車(chē)具有良好的行駛穩(wěn)定性【11。目前雙橫臂獨(dú)立 懸架已廣泛應(yīng)用在轎車(chē)的前后懸架上，部分運(yùn)動(dòng) 型轎車(chē)及賽車(chē)的后輪也采用這一懸架結(jié)構(gòu)。 以虛擬設(shè)計(jì)思想、復(fù)雜運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)基本 理論方法以及拓?fù)浼夹g(shù)為基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)數(shù)字虛擬 環(huán)境下進(jìn)行的多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的仿真 分析，已經(jīng)得到許多分析軟件的強(qiáng)力支持。目前 在這一領(lǐng)域，使用最多的產(chǎn)品是美國(guó)MSC公司 在多體系統(tǒng)領(lǐng)域的標(biāo)志產(chǎn)品MSCADAMS21。該 軟件作為虛擬樣機(jī)技術(shù)平臺(tái)的杰出代表，已經(jīng)成 為縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低成本、提高質(zhì)量的有 效工具。文中借助ADAMSNiew模塊，建立了雙 22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 橫臂獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模型，使用 ADAMSInsight模塊進(jìn)行仿真及優(yōu)化，結(jié)果在一 定程度上提高了懸架性能。 1懸架仿真模型的建立 11物理模型的簡(jiǎn)化 在建立懸架模型前，必須先對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行 合理的簡(jiǎn)化。從汽車(chē)動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)所建 的模型做如下簡(jiǎn)化和假設(shè)：前懸架為一個(gè)多剛體 系統(tǒng)，系統(tǒng)每個(gè)剛體在各個(gè)方向的慣性力均為 零；由于某些鉸鏈在一些方向的力的約束真值比 較小，對(duì)整車(chē)動(dòng)力學(xué)的影響可以忽略不計(jì)，假設(shè) Z 圖1 左側(cè)雙橫臂獨(dú)立懸架空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖 笠I蔓室盜奎滏至QQ竺：叢Q：2 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 基于ADAMS的雙橫臂獨(dú)立懸架的優(yōu)化分析 其為零；減振器簡(jiǎn)化為線性彈簧，各運(yùn)動(dòng)副內(nèi)的 摩擦力忽略不計(jì)；輪胎簡(jiǎn)化為剛性體【3】?？紤]到 汽車(chē)基本上為縱向?qū)ΨQ(chēng)系統(tǒng)，故只需建立左邊或 右邊的12懸架模型即可。文中建立了左側(cè)的懸 架模型。簡(jiǎn)化后雙橫臂獨(dú)立懸架的左側(cè)結(jié)構(gòu)如圖 l所示。 12仿真模型的建立 仿真模型的建立，首先需要確定設(shè)計(jì)點(diǎn)的坐 標(biāo)。設(shè)計(jì)點(diǎn)是各零件之間連接處的關(guān)鍵幾何定位 點(diǎn)，確定設(shè)計(jì)點(diǎn)就是在系統(tǒng)坐標(biāo)系中給出零件之 間連接點(diǎn)的幾何位置。模型設(shè)計(jì)點(diǎn)的空間位置坐 標(biāo)和相互關(guān)系是建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的關(guān)鍵，從廠家 提供的零部件裝配圖上可以得到設(shè)計(jì)點(diǎn)的坐標(biāo) 值。該懸架左側(cè)設(shè)計(jì)點(diǎn)的坐標(biāo)值如表1所示。 表l懸架系統(tǒng)左側(cè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)的坐標(biāo)值 硬點(diǎn)名稱(chēng) X坐標(biāo) Y坐標(biāo) z坐標(biāo) 上橫臂外支點(diǎn)A。 600 3200 13O 上橫臂內(nèi)支點(diǎn)A2 3950 3950 430 下橫臂外支點(diǎn)B O O 0 下橫臂內(nèi)支點(diǎn)B： 4900 800 85O 轉(zhuǎn)向橫拉桿外支點(diǎn)C。 30O looO 1700 轉(zhuǎn)向橫于i)=桿內(nèi)支點(diǎn)C： 4350 180O 2500 轉(zhuǎn)向節(jié)內(nèi)支點(diǎn)D。 200 103O 50 轉(zhuǎn)向節(jié)外支點(diǎn)D2 2400 980 4O 基于上述懸架系統(tǒng)物理模型的簡(jiǎn)化，根據(jù)表 l提供的關(guān)鍵硬點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)值，在 ADAMSView模塊中建立雙橫臂獨(dú)立懸架左側(cè) 的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模型，如圖2所示。 圖2雙橫臂獨(dú)立懸架仿真模型 笠j匕寶蠱奎芝2鯉2：壘垃：至 模型中包括：上橫臂、下橫臂、主銷(xiāo)、拉臂、轉(zhuǎn) 向橫拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)、車(chē)輪、彈簧、測(cè)試平臺(tái)等9個(gè) 部件，主銷(xiāo)與拉臂之間、轉(zhuǎn)向節(jié)與主銷(xiāo)之間以及 車(chē)輪與轉(zhuǎn)向節(jié)之間的3個(gè)同定副，測(cè)試平臺(tái)與大 地之間的1個(gè)移動(dòng)副，上橫臂和主銷(xiāo)之間、下橫 臂和主銷(xiāo)之間、轉(zhuǎn)向拉桿和拉臂之間以及轉(zhuǎn)向拉 桿和大地之間的4個(gè)球副、上橫臂內(nèi)支點(diǎn)與大地 之間以及下橫臂內(nèi)支點(diǎn)和大地之間的2個(gè)旋轉(zhuǎn) 副、車(chē)輪與測(cè)試平臺(tái)之間的1個(gè)點(diǎn)面約束。最 后，在測(cè)試平臺(tái)與大地之間的移動(dòng)副上添加一個(gè) 直線驅(qū)動(dòng)。 2懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析 首先，建立懸架定位參數(shù)的函數(shù)，包括主銷(xiāo) 內(nèi)傾角、主銷(xiāo)后傾角、前輪外傾角、前輪前柬角隨 車(chē)輪跳動(dòng)的變化函數(shù)。此外，為測(cè)量輪距變化以 及車(chē)輪磨損量，建立車(chē)輪側(cè)向滑移量函數(shù)，通過(guò) 側(cè)移量的大小來(lái)反映車(chē)輪的磨損量。在本次仿真 中，將建立一個(gè)虛擬激振臺(tái)，設(shè)置上下激振位移 為50mm，激振函數(shù)為F=50xsin(360t)，以車(chē)輪上 下跳動(dòng)來(lái)計(jì)算懸架跳動(dòng)過(guò)程中主要性能參數(shù)的 變化規(guī)律。 2I車(chē)輪定位參數(shù) 懸架的性能反映當(dāng)車(chē)輪上下跳動(dòng)時(shí)車(chē)輪定 位參數(shù)的變化，在正常車(chē)輪跳動(dòng)范圍內(nèi)，讓車(chē)輪 定位參數(shù)變化量保持在合理的范圍內(nèi)，能保證汽 車(chē)具有良好的操作穩(wěn)定性和平順性。 主銷(xiāo)后傾角：主銷(xiāo)后傾角能形成回正的穩(wěn)定 力矩，使車(chē)輪回復(fù)到原來(lái)的中間位置，保證了汽 車(chē)穩(wěn)定的直線行駛【4】。后傾角在車(chē)輪上下運(yùn)動(dòng)過(guò) 程中不應(yīng)出現(xiàn)大的變化，以免在載荷變化時(shí)出現(xiàn) 回正力矩過(guò)大或過(guò)小的現(xiàn)象，使操縱性能變差。 另外，要求后傾角具有隨車(chē)輪上跳而增加的趨 勢(shì)，這樣可以抵消制動(dòng)點(diǎn)頭時(shí)后傾角減小的趨 勢(shì)?，F(xiàn)在一般采用的y不超過(guò)2030。 主銷(xiāo)內(nèi)傾角：主銷(xiāo)內(nèi)傾角也有使車(chē)輪自動(dòng)回 正的作用，主銷(xiāo)內(nèi)傾角還使得主銷(xiāo)軸線與路面交 點(diǎn)到車(chē)輪中心平面與地面交線的距離減小，從而 可以減少轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員加在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力，使轉(zhuǎn) 23 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 基于ADAMS的雙橫臂獨(dú)立懸架的優(yōu)化分析 向操縱輕便，同時(shí)也可減小從轉(zhuǎn)動(dòng)輪傳到轉(zhuǎn)向盤(pán) 上的沖擊力。但是主銷(xiāo)內(nèi)傾角不易過(guò)大，否則，在 轉(zhuǎn)向時(shí)，車(chē)輪繞主銷(xiāo)偏轉(zhuǎn)的過(guò)程中，輪胎與地面 間將產(chǎn)生較大的滑動(dòng)，加速了輪胎的磨損。實(shí)際 設(shè)計(jì)時(shí)，大致范圍為70 13051，希望取較小數(shù)值。 前輪外傾角：為了使輪胎磨損均勻和減輕輪 轂外軸承的負(fù)荷，安裝車(chē)輪時(shí)預(yù)先使車(chē)輪有一定 的外傾角，以防止車(chē)輪內(nèi)傾。同時(shí)，車(chē)輪有了外傾 角也可以與拱形路面相適應(yīng)。但是外傾角不易過(guò) 大，否則也會(huì)使輪胎產(chǎn)生偏磨損。一般希望車(chē)輪 上下跳動(dòng)50mrn的范圍內(nèi)，外傾角的變化在lot61 左右。 前束角：車(chē)輪前束角的作用主要是減少汽車(chē) 前進(jìn)中因前輪外傾和縱向阻力致使前輪前端向 外滾開(kāi)所造成的不良后果。對(duì)于汽車(chē)前輪，車(chē)輪 上跳時(shí)的前束角多設(shè)計(jì)成零至弱負(fù)前束的變化。 而在前輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)中，考慮到在制動(dòng)等非驅(qū)動(dòng) 工況下，負(fù)前束會(huì)導(dǎo)致行駛穩(wěn)定性惡化，一般也 取一定的正前柬。比前束角取值更重要的是在汽 車(chē)行駛過(guò)程中要保持前束角不變，這樣有利于減 少輪胎磨損和滾動(dòng)阻力，保持行駛穩(wěn)定性，圖3 為前輪定位參數(shù)隨車(chē)輪跳動(dòng)變化曲線圖。 。 姣 毯 艘 辭 控 圖3前輪定位參數(shù)隨車(chē)輪跳動(dòng)變化曲線圖 22輪距變化 在獨(dú)立懸架的設(shè)計(jì)中，對(duì)輪距變化的要求應(yīng) 盡量小，一是可以減少輪胎磨損，二是輪距變化 時(shí)，使輪胎產(chǎn)生側(cè)偏角，從而產(chǎn)生側(cè)向力輸入，使 操縱穩(wěn)定性發(fā)生變化，輪距變化小，車(chē)輛的操縱 穩(wěn)定性變化就小。一般要求車(chē)輪跳動(dòng)50mrn時(shí)， 輪距變化為10turn-+10mm。圖4中所示，車(chē)輪 跳動(dòng)時(shí)，在50rnm處，車(chē)輪側(cè)移量為8235mm； 24 董 嘲 簍 囂 溘 義 、 、 、 、 。、 、 、k 車(chē)輪跳動(dòng)量ram 圖4前輪側(cè)滑量隨車(chē)輪跳動(dòng)變化曲線圖 在+50mm處，車(chē)輪側(cè)移量為4948mm?？梢?jiàn)，該 懸架的輪距變化在合理范圍內(nèi)。 3懸架系統(tǒng)優(yōu)化分析 31設(shè)計(jì)變量 根據(jù)懸架的空間布置及約束情況，確定設(shè)計(jì) 變量為各關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)的坐標(biāo)值，即： T x：I飄2345678 【戈9，zlo，zll，戈12，戈13，戈14，石15 J A h4 iy4 k4知4母4，Bh，BIy，1 【曰k，曰h，B2y，曰2z，(X，(X，C五 J 32目標(biāo)函數(shù) 在整車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，車(chē)輪定位參數(shù)變動(dòng)過(guò) 大，會(huì)加劇輪胎以及轉(zhuǎn)向機(jī)件的磨損并降低整車(chē) 操縱性能和其他相關(guān)性能。原則上，車(chē)輪定位參 數(shù)的變化量不能太大，所以文中選擇車(chē)輪的4項(xiàng) 定位參數(shù)變化量最小為目標(biāo)函數(shù)。另外，如果單 純以車(chē)輪定位參數(shù)變化量最小為目標(biāo)函數(shù)，雖然 優(yōu)化結(jié)果達(dá)到理想的要求，但如果輪距變化過(guò)大 也不是我們所期望的，除了上述4個(gè)目標(biāo)函數(shù) 外，再把輪距變化作為目標(biāo)函數(shù)。所以文中雙橫 臂獨(dú)立懸架優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為 2uel一，足，尼，R，尼J， 式中， 只為主銷(xiāo)后傾角隨車(chē)輪跳動(dòng)的變化函數(shù)； F1=arctanl(A kBk)(A 1，一Bl，)J 疋為主銷(xiāo)內(nèi)傾角隨車(chē)輪跳動(dòng)的變化函數(shù)； F2-arctan(A hB1。)(A l廣B1，)j 乃為前輪外傾角隨車(chē)輪跳動(dòng)的變化函數(shù)； 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 基于ADAMS的雙橫臂獨(dú)立懸架的優(yōu)化分析 F3=arctan l(Dly-D2r)(Dh-D厶)j 日為前束角隨車(chē)輪跳動(dòng)的變化函數(shù)； F4=arctanl(DkD五)(DhD知)j F，為車(chē)輪側(cè)滑量的變化函數(shù)，反映輪距變化。 該目標(biāo)函數(shù)要求懸架的4個(gè)定位參數(shù)和輪 距隨車(chē)輪跳動(dòng)的變化量盡可能小。 33約束條件 根據(jù)懸架的空間布置及約束情況，確定約束 條件為各關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)的坐標(biāo)值在有限的空間內(nèi) 變化，并設(shè)定每個(gè)值的變化范圍在一55mm之 間，即： A1。咄AlxA1。m，Aly曲A1yAlyH，Ak劬 AkAk nH A2。曲A2。A2。，。，A可曲A巧A巧。，A2：嘶 A2：A2：m BhnmBhBhI，Bly rninBlvBly。，B1：min B1：Bhm B2。曲B2。B2x，BEy曲B2yB母m，B2：m B2。B2x C2x岫C2，C2，C2y曲C2yC2ym，C2：曲 C2；C2。 34優(yōu)化仿真 利用ADAMSInsight模塊，可以設(shè)計(jì)復(fù)雜的 試驗(yàn)方案，用來(lái)測(cè)定機(jī)械系統(tǒng)的性能，可以進(jìn)行 單目標(biāo)或多目標(biāo)優(yōu)化。在該模塊，文中對(duì)雙橫臂 模型的上橫臂外支點(diǎn)A。、內(nèi)支點(diǎn)A2、下橫臂的外 支點(diǎn)B。、內(nèi)支點(diǎn)B：以及轉(zhuǎn)向橫拉桿的內(nèi)支點(diǎn)C： 等五個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的15個(gè)坐標(biāo)值進(jìn)行分析，根據(jù)約 束條件設(shè)定的范圍，選取4項(xiàng)前輪定位參數(shù)和輪 距變化為優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)行64次迭代計(jì)算，通過(guò)試 驗(yàn)篩選，找出一個(gè)最優(yōu)的試驗(yàn)結(jié)果。 35優(yōu)化結(jié)果分析 在ADAMSPostProcessor模塊中分析可知： (1)在車(chē)輪上下跳動(dòng)50mm的范圍內(nèi)，主銷(xiāo)內(nèi) 傾角的變化均值有所減小，這將減小轉(zhuǎn)向時(shí)車(chē)輪 與地面的滑動(dòng)，減緩輪胎磨損；優(yōu)化后的主銷(xiāo)后傾 角的范圍比優(yōu)化前的數(shù)值稍大，這是由于Insight 為了兼顧其他幾項(xiàng)定位參數(shù)而放棄主銷(xiāo)后傾角部 分利益的緣故，但是優(yōu)化后的結(jié)果依然符合設(shè)計(jì) 要求；前輪外傾角優(yōu)化后的范圍比優(yōu)化前的變化 幅度減小了20，變化范圍小于1。，滿足設(shè)計(jì)要 求；前輪前束角的變化范圍有所減小，這將對(duì)車(chē) 輛直線行駛的穩(wěn)定性有一定的提高。優(yōu)化結(jié)果如 圖5圖9所示。優(yōu)化前后數(shù)據(jù)對(duì)比如表2。 (2)在車(chē)輪跳動(dòng)一50mm處，側(cè)滑量由原來(lái)的 8235mm變?yōu)?634mm；在車(chē)輪跳動(dòng)50mm處， 側(cè)滑量由原來(lái)的4948mm變?yōu)橐?366mm，車(chē)輪 的側(cè)移量由原來(lái)的13183mm減小到12000mm， 所以優(yōu)化后輪胎的磨損有一定程度的改善。 表2優(yōu)化前后數(shù)據(jù)對(duì)比 優(yōu)化前 優(yōu)化后 前輪定位參數(shù) 變化范圍 變化量 變化范圍 變化量 主銷(xiāo)后傾角 2-3172325 0008 254255 0009 主銷(xiāo)內(nèi)傾角 10441 129 0856 9951108 1126 前輪外傾角 O2841338 1054 0434127 0842 前束角 008-0283 0365 0073o26 0334 O 疆 娶 霍 窿 州 。 援 娶 u娶 器 士H 車(chē)輪跳動(dòng)量mm 圖5優(yōu)化前后主銷(xiāo)內(nèi)傾角對(duì)比圖 一 ， 一 院J 化 后 拳 化 釃 車(chē)輪跳動(dòng)掇mm 圖6優(yōu)化前后主銷(xiāo)后傾角對(duì)比圖 25 萬(wàn)方數(shù)據(jù) g 鑫 謄 鑫 圖7優(yōu)化前后前輪外傾角對(duì)比圖 圖8優(yōu)化前后前輪前束角對(duì)比圖 圖9優(yōu)化前后前輪側(cè)滑量對(duì)比圖 結(jié) 論 芎又獻(xiàn) 1陳家瑞汽車(chē)構(gòu)造M北京：人民交通出版種1 Q。d。 鼢2要登加惝基礎(chǔ)與工程范例教程M北京：；國(guó)鐵道出版社，20079 圭+3j喻凡，林逸汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20057 一 曼竺商雙橫臂獨(dú)立懸架的前輪主銷(xiāo)內(nèi)傾角算法研究J3汽車(chē)工程，2005(27)：431-433 ?！?，亡古f；攔第基于ADAMsCAR的雙橫臂獨(dú)立懸架建模與 仿真J吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)(34)：554558 一” 樅!?竺，鐘紹華基于蚴的雙橫臂獨(dú)立懸架 的優(yōu)化設(shè)計(jì)fJ專(zhuān)用汽車(chē)，2008，10 一。5 收稿日期：200蠢五麗 。蹬長(zhǎng)溜辯澀 萬(wàn)方數(shù)據(jù) 基于ADAMS的雙橫臂獨(dú)立懸架的優(yōu)化分析 作者： 朱曉霞， 鐘紹華 作者單位： 武漢理工大學(xué)汽車(chē)工程學(xué)院,湖北,武漢,430070 刊名： 北京汽車(chē) 英文刊名： BEIJING AUTOMOTIVE ENGINEERING 年，卷(期)： 2009，(2) 被引用次數(shù)： 1次 參考文獻(xiàn)(6條) 1.陳家瑞 汽車(chē)構(gòu)造 1994 2.石博強(qiáng) ADAMS基礎(chǔ)與工程范例教程 2007 3.喻凡.林逸 汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 2005 4.魏道高 雙橫臂獨(dú)立懸架的前輪主銷(xiāo)內(nèi)傾角算法研究期刊論文-汽車(chē)工程 2005(27) 5.宋傳學(xué) 基于ADAMS/CAR的雙橫臂獨(dú)立懸架建模與仿真期刊論文-吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版) 6.明巧紅.鐘紹華 基于ADAMS/CAR的雙橫臂獨(dú)立懸架的優(yōu)化設(shè)計(jì)期刊論文-專(zhuān)用汽車(chē) 2008 相似文獻(xiàn)(1條) 1.期刊論文 龍建云.夏長(zhǎng)高.LONG Jian-yun.XIA Chang-gao 汽車(chē)零部件疲勞壽命虛擬試驗(yàn)研究 -拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn) 輸車(chē)2010,37(2) 以某車(chē)雙橫臂獨(dú)立懸架的下控制臂為研究對(duì)象,基于有限元模態(tài)分析、多體動(dòng)力學(xué)和疲勞分析等相關(guān)理論,綜合運(yùn)用MSC.Nastran,MSC.Adams及 MSC.Patran(Fatigue)軟件對(duì)其進(jìn)行疲勞壽命集成化虛擬試驗(yàn)仿真研究,在較短的時(shí)間內(nèi)預(yù)知該零部件的疲勞壽命和危險(xiǎn)部位等信息.研究表明,該方法可 以作為汽車(chē)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的有效手段. 本文鏈接： 授權(quán)使用：黑龍江工程學(xué)院(hljgcxy)，授權(quán)號(hào)：a3d0c41e-3043-4159-9139-9e9a01316e2a 下載時(shí)間：2011年3月2日