基于虛擬樣機(jī)技術(shù)懸架系統(tǒng)性能分析和優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、車輛懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，彈簧減振器等主要元件的力學(xué)特性及其匹配對車輛性能的影響至關(guān)重要，由于懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、載荷和工況的多變性，使得基于物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)方法難以適應(yīng)日益嚴(yán)格的懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。隨著CAD/CAM/CAE技術(shù)的逐步成熟，虛擬樣機(jī)、虛擬試驗(yàn)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于汽車產(chǎn)品開發(fā)之中。因此，本文結(jié)合上海汽車工業(yè)科技發(fā)展基金項(xiàng)目，針對轎車中廣泛采用的麥弗遜式懸架典型實(shí)例，進(jìn)行了“基于虛擬樣機(jī)技術(shù)懸架系統(tǒng)性能分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)”的研究。 以桑

2、塔納2000車型為例，充分考慮彈簧剛度特性、減振器阻尼特性、橡膠襯套和減振器緩沖塊等橡膠元件的非線性特性，在多體系統(tǒng)動力學(xué)軟件ADAMS建立麥弗遜式前懸架精細(xì)模型，并進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真，分析了不同工況下前輪定位參數(shù)的變化。仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比，驗(yàn)證了所建懸架系統(tǒng)模型的有效性。在此基礎(chǔ)上分析了麥弗遜式懸架的側(cè)載問題，提出懸架彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)。 在麥弗遜式前懸架系統(tǒng)精細(xì)建模的基礎(chǔ)上建立整車系統(tǒng)多體動力學(xué)模型，進(jìn)行正弦掃描和隨機(jī)

3、路譜輸入的整車平順性仿真，并對隨機(jī)路譜輸入下的車身加速度功率譜密度進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)而研究懸架系統(tǒng)中彈性/非線性元件特性(包括彈簧垂向剛度、減振器阻尼、襯套剛度等)對整車行駛平順性、懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)對前輪定位參數(shù)及操縱穩(wěn)定性的影響，以確定懸架系統(tǒng)各主要元件的設(shè)計(jì)要求。 針對麥弗遜式懸架系統(tǒng)中的螺旋彈簧元件，在不等曲率彎曲螺旋彈簧理論設(shè)計(jì)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合車輛系統(tǒng)動力學(xué)仿真和有限元分析，提出一種基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并進(jìn)行了實(shí)

4、例優(yōu)化和試驗(yàn)驗(yàn)證。該方法采用自頂向下的設(shè)計(jì)思路，從提高整車平順性和操縱穩(wěn)定性、延長減振器使用壽命、降低彈簧元件生產(chǎn)成本等性能要求出發(fā)，提出懸架系統(tǒng)的性能要求；根據(jù)懸架系統(tǒng)性能要求，對懸架系統(tǒng)主要元件如彈簧、減振器等提出元件設(shè)計(jì)的性能要求；針對其中的彈簧元件，以中心線不等曲率彎曲螺旋彈簧代替原有的普通螺旋彈簧，在元件特性研究的基礎(chǔ)上將傳統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化和有限元仿真結(jié)合起來進(jìn)行彈簧結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得了期望的彈簧中心線方程和主要結(jié)構(gòu)參數(shù)；彈簧

5、試制后進(jìn)行臺架試驗(yàn)，獲得的彈簧剛度特性引入到整車系統(tǒng)動力學(xué)模型中，仿真結(jié)果表明：減振器的側(cè)載顯著降低；彈簧試件裝車后進(jìn)行整車平順性試驗(yàn)并與原系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，檢驗(yàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果對整車行駛平順性的改善效果。 不等曲率彎曲的螺旋彈簧可以有效解決麥弗遜懸架的側(cè)載問題，然而，由于這種螺旋彈簧壓縮過程十分復(fù)雜，其變形機(jī)理和剛度特性需要進(jìn)行全面的研究。因此，本文在有限元分析軟件ANSYS基礎(chǔ)上二次開發(fā)了螺旋彈簧性能分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件包，