麥弗遜懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析畢業(yè)論文

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容及要求：</p><p><b>　　總論部分 ：</b></p><p>　　文獻(xiàn)檢索與綜述，涉及麥弗遜懸架的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢方面汽車麥弗遜懸架零件設(shè)計(jì)汽車麥弗遜懸架三維建模和工程圖繪制Adams運(yùn)動(dòng)學(xué)分析</p><p>

2、<b>　　專題部分：</b></p><p>　　麥弗遜懸架的部件設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　麥弗遜懸架的三維建模</p><p>　　麥弗遜懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析</p><p>　　麥弗遜懸架的理論分析</p><p><b>　　二、圖紙內(nèi)容</b></p&

3、gt;<p><b>　　總裝配圖1張</b></p><p>　　指導(dǎo)教師簽字： </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　懸架系統(tǒng)作為汽車底盤的核心總成，很大程度上決定著汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。麥弗遜懸架系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、節(jié)省空間的有點(diǎn)，

4、是目前應(yīng)用最為廣泛的獨(dú)立懸架系統(tǒng)。</p><p>　　本文以某轎車的前麥弗遜懸架系統(tǒng)為參考對象，運(yùn)用CATIA軟件建立麥弗遜懸架三維模型，應(yīng)用仿真軟件ADAMS對麥弗遜懸架模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，分析了麥弗遜懸架車輪在受剎車力和過障礙物時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況和關(guān)節(jié)受力。在以上基礎(chǔ)上，對所建立的麥弗遜懸架模型進(jìn)行優(yōu)化分析，進(jìn)而解決懸架存在的問題。 </p><p>　　綜上所述，本文的主要優(yōu)點(diǎn)

5、在于優(yōu)化后的車輪定位參數(shù)運(yùn)動(dòng)學(xué)特性得到了較大的改善，其中輪距變化的改善顯著，提高了汽車的操縱穩(wěn)定性，減少了輪胎的磨損，本文采用的研究方法更接近懸架設(shè)計(jì)機(jī)理，為懸架設(shè)計(jì)分析做出有益的探索。</p><p>　　關(guān)鍵詞：麥弗遜懸架，運(yùn)動(dòng)分析，ADAMS.</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Vehicle su

6、spension system is the center assembly of automobile chassis,which largely determines vehicle handling stability and ride comfort.McPherson suspension has many advantages,such as a simple structure,low cost,space-saving,

7、is the most widely used independent suspension system.</p><p>　　The paper takes a car’s McPherson suspension system as a reference object,and establishes the three-dimensional model of McPherson suspension b

8、y CATIA software,takes the kinematic emulation analysis application of McPherson Suspension by ADAMS software,find out the motion analysis problems of suspension wheel ,which in the braking force and through the obstacle

9、s.last,McPherson suspension will be taken an optimization analysis to solve the problem in McPherson suspension.</p><p>　　In summary,the main advantage of this article was that the parameters of the optimize

10、d kinematics have been greatly improved，which track changes to improve significantly,improving the Car’S handling and stability,and reducing tire wear．The research methods used in this paper is close to suspension design

11、ing，which made a useful exploration</p><p>　　Keywords: McPherson suspension, motion analysis, ADAMS;</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p>&

12、lt;p><b>　　1.1引言1</b></p><p>　　1.2現(xiàn)代車輛懸架概述2</p><p>　　1.2.1 車輛懸架分類2</p><p>　　1.2.2國外懸架研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.2.3國內(nèi)懸架研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.3麥弗遜懸架概況5

13、</p><p>　　1.3.1麥弗遜懸架介紹5</p><p>　　1.3.2麥弗遜懸架研究現(xiàn)狀5</p><p>　　1.3.3麥弗遜懸架研究存在的問題7</p><p>　　1.3.4軟件介紹7</p><p>　　1．4本文研究內(nèi)容、方法和目標(biāo)8</p><p>　　1.4.1

14、本文的研究內(nèi)容8</p><p>　　1.4.2本文擬采用的研究方法9</p><p>　　1.4.3本文的研究目標(biāo)9</p><p>　　第2章 懸架的設(shè)計(jì)及校核10</p><p><b>　　2.1引言10</b></p><p>　　2.2目標(biāo)車型懸架的總體布置方案10<

15、/p><p>　　2.3麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)的四連桿原理分析11</p><p>　　2.4車輪定位參數(shù)對整車行駛性能的影響分析12</p><p>　　2.4.1 主銷后傾角13</p><p>　　2.4.2 主銷內(nèi)傾角14</p><p>　　2.4.3 車輪外傾角15</p><p>　

16、　2.4.4 車輪前束角16</p><p>　　2.5對懸架的校核計(jì)算17</p><p>　　2.5.1 總體參數(shù)的計(jì)算17</p><p>　　2.5.2 彈簧幾何參數(shù)的計(jì)算19</p><p>　　2.5.3四連桿原理校核20</p><p>　　2.5.4 計(jì)算結(jié)果的處理21</p>

17、<p>　　第3章 懸架的建模24</p><p><b>　　3.1引言24</b></p><p>　　3.2建模思路24</p><p>　　3.3幾何模型的建立24</p><p>　　3.4懸架物理模型28</p><p>　　第4章 麥弗遜懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真及優(yōu)化3

18、2</p><p><b>　　4.1引言32</b></p><p>　　4.2懸架的參數(shù)設(shè)置34</p><p>　　4.3懸架的仿真分析34</p><p>　　4.3.1兩側(cè)車輪同向跳動(dòng)34</p><p>　　4.3.2兩側(cè)車輪反向跳動(dòng)36</p><p&g

19、t;　　4.3.3車輪的側(cè)傾和垂直力仿真39</p><p>　　4.4懸架的優(yōu)化分析41</p><p>　　4.4.1懸架仿真優(yōu)化方案41</p><p>　　4.4.2ADAMS參數(shù)化設(shè)計(jì)介紹42</p><p><b>　　第5章 結(jié)論44</b></p><p>　　5.1本文

20、總結(jié)44</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　汽車工業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展水平體現(xiàn)了一個(gè)國家工業(yè)技術(shù)的綜合水平。提高汽車工業(yè)的競爭力，可以有力的增強(qiáng)國家的綜合國力乃至帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。而具有獨(dú)立自主的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)能力是檢

21、驗(yàn)一個(gè)國家汽車工業(yè)發(fā)展水平的唯一標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　自主研發(fā)、自主知識產(chǎn)權(quán)以及自主品牌是體現(xiàn)一個(gè)國家汽車產(chǎn)業(yè)核心競爭力的三大要素。21世紀(jì)以來，中國汽車市場已經(jīng)成為全球最大的汽車市場，然而卻不能稱為汽車強(qiáng)國，大而不強(qiáng)是目前中國汽車產(chǎn)業(yè)的真實(shí)寫照。如何抓住汽車市場規(guī)模日益壯大的契機(jī)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級，成為急需解決的產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題。中國汽車產(chǎn)業(yè)要想做大做強(qiáng)，就必須加強(qiáng)自主研發(fā)，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)和自主品牌的汽車，真正意

22、義上的提高核心競爭力。長期以來，國內(nèi)的相關(guān)汽車企業(yè)缺乏同國外汽車廠家競爭的思想，不熱衷于提高汽車產(chǎn)品的品質(zhì)，通常出于短期集團(tuán)利益方面的考慮，不愿意在這方面進(jìn)行大規(guī)模的人力和資金的投入，以至于成為中國汽車行業(yè)發(fā)展的最大障礙。當(dāng)今，國內(nèi)汽車企業(yè)生產(chǎn)的客車、卡車、轎車以及微型車幾乎都是引進(jìn)國外汽車廠家的生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)際上這種“引進(jìn)技術(shù)”的本質(zhì)為引進(jìn)國外現(xiàn)成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)果，而不是引進(jìn)和吸收產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)本身，最終成就了國外汽車巨頭在中國汽車市場

23、的迅速壯大。</p><p>　　回顧中國汽車工業(yè)發(fā)展路徑，主要依靠兩條技術(shù)路線并行，即市場換技術(shù)和自主研發(fā)。經(jīng)過30多年的發(fā)展，中國汽車企業(yè)技術(shù)積累卻十分有限，和國外先進(jìn)制造技術(shù)相比，自主研發(fā)尚存在不小差距。電動(dòng)轉(zhuǎn)向、制動(dòng)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制等核心零部件技術(shù)仍由國外控制，在汽車整車開發(fā)方面，中國汽車企業(yè)同國外汽車企業(yè)的差距還非常大。誠然，引進(jìn)技術(shù)是學(xué)習(xí)和迅速追趕國外先進(jìn)技術(shù)最有效最迅速的方法，然而國內(nèi)企業(yè)

24、應(yīng)該是在引進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，消化吸收設(shè)計(jì)理念和原理，掌握和精通設(shè)計(jì)方法，開發(fā)出屬于自己的汽車產(chǎn)品，只有具備了自主研發(fā)的意識，才能謀劃長遠(yuǎn)，才能在未來激烈的競爭中立于不敗之地，要想真正成為汽車強(qiáng)國，中國汽車企業(yè)必須實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)自主化，強(qiáng)化自主創(chuàng)新能力。</p><p>　　以前，中國汽車企業(yè)大多側(cè)重于汽車整車的研發(fā)，而忽略了汽車主要零部件和相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)的提高。然而從某種意義上講，整車對于汽車產(chǎn)業(yè)不是最重要的，最重要的還

25、是汽車關(guān)鍵零部件的創(chuàng)新和發(fā)展。關(guān)鍵零部件的科技含量綜合體現(xiàn)汽車整車的創(chuàng)新能力和品牌建設(shè)能力，同時(shí)關(guān)鍵零部件的自主創(chuàng)新決定了汽車品牌的歸屬。</p><p>　　伴隨著人命生活消費(fèi)水平的逐步提高，汽車已經(jīng)成為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中不可缺少的重要工具。用戶對汽車的各種性能要求越來越高，用戶不僅要求汽車具有良好的經(jīng)濟(jì)性和安全性，同時(shí)還要求汽車擁有良好的操縱穩(wěn)定性和行駛舒適性。開發(fā)的新產(chǎn)品是否被消費(fèi)者所接受關(guān)鍵取決于汽車

26、的底盤性能，而懸架系統(tǒng)很大程度上決定著汽車底盤的性能。只有給汽車底盤匹配合適、性能優(yōu)越的懸架系統(tǒng)，才能保證汽車具有良好的整車性能。</p><p>　　整車總體設(shè)計(jì)、車身設(shè)計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與底盤設(shè)計(jì)是汽車設(shè)計(jì)開發(fā)的四大核心模塊。汽車車身、底盤和發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的三大總成，懸架系統(tǒng)是底盤的重要總成。我國在底盤的集成設(shè)計(jì)開發(fā)領(lǐng)域開發(fā)設(shè)計(jì)起步較晚，設(shè)計(jì)和制造水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外發(fā)達(dá)國家。國內(nèi)大多數(shù)整車及零部件制造企業(yè)都沒有掌握

27、懸架系統(tǒng)的自主設(shè)計(jì)和開發(fā)技術(shù)，大多數(shù)為引進(jìn)外國技術(shù)進(jìn)行復(fù)制開發(fā)和生產(chǎn)，幾乎可以說國內(nèi)企業(yè)的底盤技術(shù)基本上都是照搬國外的，沒有任何自己的技術(shù)，國內(nèi)汽車企業(yè)甚至不能獨(dú)立調(diào)校整車懸架系統(tǒng)。大多數(shù)汽車生產(chǎn)企業(yè)對于不同車身結(jié)構(gòu)形式、整車重量、輪距、軸荷、軸距，以及在不同使用要求的條件下，懸架系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)怎樣選型，怎樣確定懸架系統(tǒng)的定位參數(shù)等諸多關(guān)鍵問題均不甚了解。所以，中國汽車行業(yè)面臨著巨大的壓力，汽車行業(yè)發(fā)展和競爭已經(jīng)白熱化，必須投入各種人力及相關(guān)

28、資源加強(qiáng)對我國汽車自主設(shè)計(jì)開發(fā)相關(guān)核心技術(shù)。因此，懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化，自然成了目前國內(nèi)眾多研發(fā)人</p><p><b>　　員所關(guān)注的焦點(diǎn)。</b></p><p>　　本論文的研究目的是運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段和分析手段，在借鑒國內(nèi)外同類研究成果的基礎(chǔ)上，建立麥弗遜懸架系統(tǒng)分析模型，綜合分析與麥弗遜懸架參數(shù)有關(guān)的多方面的性能，進(jìn)行麥弗遜懸架設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析

29、。</p><p>　　1.2現(xiàn)代車輛懸架概述</p><p>　　1.2.1 車輛懸架分類</p><p>　　汽車懸架是車架和車橋或車輪之間的一切連接裝置的總稱。其作用是傳遞車架與車輪之間的所有的力和力矩，同時(shí)緩沖由于路面不平所產(chǎn)生的沖擊力，并且衰減因此而引起的振動(dòng)，從而可以保證汽車能夠平順地行駛。通常典型的懸架系統(tǒng)由彈性元件、減振器、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等零部件組成，個(gè)別

30、懸架結(jié)構(gòu)還具有橫向穩(wěn)定桿和緩沖塊等輔助零部，其各自的作用分別為緩沖、減振以及力的導(dǎo)向。外表看似簡單的懸架系統(tǒng)僅由一些桿、筒、彈簧等部件組成，其實(shí)不然，懸架系統(tǒng)綜合多種作用力，決定汽車的操縱穩(wěn)定性、行駛舒適性和安全性，是當(dāng)代汽車底盤的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。</p><p>　　當(dāng)代汽車懸架系統(tǒng)發(fā)展非常迅猛，各種新型結(jié)構(gòu)型式不斷出現(xiàn)，有效的促進(jìn)了汽車的整體發(fā)展。汽車懸架系統(tǒng)按照控制方式不同，分為被動(dòng)式懸架和主動(dòng)式懸架。1934年

31、，德國汽車專家Olley首次提出被動(dòng)懸架的基本原理，期間經(jīng)過不斷的發(fā)展和研究，被動(dòng)懸架系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于各種車輛，取得了非常好的效果，至今仍然是車輛懸架結(jié)構(gòu)中的主流結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)如今汽車懸架設(shè)計(jì)理論己經(jīng)發(fā)展到了主動(dòng)懸架和半主動(dòng)懸架階段。在20世紀(jì)60年代，美國通用公司提出根據(jù)汽車行駛工況的變化，對懸架剛度和阻尼進(jìn)行動(dòng)態(tài)地調(diào)整，使懸架系統(tǒng)始終處于最佳減振狀態(tài)，這種懸架系統(tǒng)叫做主動(dòng)懸架系統(tǒng)。雖然主動(dòng)懸架性能優(yōu)越，可以很好的解決被動(dòng)懸架的各種問題，但

32、是主動(dòng)懸架卻有著目前無法解決的困難——制造成本十分昂貴，所以不能廣泛應(yīng)用。為此，人們退而求其次開始努力開發(fā)成本低廉、性能穩(wěn)定的半主動(dòng)懸架以試圖取代主動(dòng)懸架。1973年，美國加州大學(xué)戴維斯分校的D．A．Crosby和D．C．Kamopp首先提出了半主動(dòng)懸架的概念，從而用較低的費(fèi)用基本實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)懸架的性能。半主動(dòng)懸架在性能上可達(dá)到與主動(dòng)懸架相當(dāng)?shù)乃?，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作時(shí)基本不消耗車輛動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn)，因而有著</p><

33、p>　　汽車懸架按照導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不同，可以分為獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架。非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下圖1．1(a)所示，左右車輪由一根車軸相連接，然后經(jīng)過懸架系統(tǒng)和車身連接。當(dāng)一側(cè)車輪由于路面不平發(fā)生上下跳動(dòng)時(shí)，另一側(cè)車輪同時(shí)跟隨做上下跳動(dòng)過程；而獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下圖1．1(b)所示，車橋是斷開的，左右車輪通過各自單獨(dú)的懸架和車架連接。兩側(cè)車輪的運(yùn)動(dòng)是相對獨(dú)立的，互不影響，所以叫做獨(dú)立懸架。</p><p>　　圖

34、1-1非獨(dú)立懸架示意圖</p><p>　　非獨(dú)立懸架主要包括縱置板式非獨(dú)立懸架、螺旋彈簧非獨(dú)立懸架、空氣彈簧非獨(dú)立懸架、尤其彈簧非獨(dú)立懸架。非獨(dú)立懸架優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、維修方便、工作性能可靠，被廣泛的應(yīng)用于載貨汽車、大客車和重型車的后懸架上，在某些轎車后橋還有一些應(yīng)用非獨(dú)立懸架。同時(shí)非獨(dú)立懸架缺點(diǎn)也非常明顯，由于采用非獨(dú)立結(jié)構(gòu)型式，左右車輪運(yùn)動(dòng)相互影響，容易產(chǎn)生左右車輪反向運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生軸轉(zhuǎn)向特性

35、，而且由于非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)型式較大，需要較大的安裝空間。</p><p>　　獨(dú)立懸架主要包括麥弗遜式獨(dú)立懸架、雙橫臂式獨(dú)立懸架、燭式懸架、多連桿懸架。麥弗遜懸架系統(tǒng)，是目前最為廣泛應(yīng)用的懸架系統(tǒng)，也是本文研究的重點(diǎn)，本文將在后面做系統(tǒng)的介紹。雙橫臂式獨(dú)立懸架，顧名思義，其懸架有兩個(gè)擺臂，其長度可以相等也可以不相等。嚴(yán)格意義上講，麥弗遜懸架時(shí)簡化后雙橫臂懸架，當(dāng)雙橫臂懸架上擺臂長度無限短時(shí)就成為麥弗遜懸架，雙橫臂懸

36、架結(jié)構(gòu)比較簡單，可以很好的保證汽車具有良好的行駛舒適性和操縱穩(wěn)定性，但是其設(shè)計(jì)和布置較為復(fù)雜。多連桿懸架系統(tǒng)是目前高級轎車上使用較多的獨(dú)立懸架，性能非常優(yōu)越，可以很好的提高汽車的整車性能，但是由于其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，調(diào)校復(fù)雜，制造和工業(yè)成本也很高，所以限制了其大范圍使用。</p><p>　　設(shè)計(jì)汽車懸架系統(tǒng)時(shí)，首先要明確懸架的操縱穩(wěn)定性和行駛舒適性等相關(guān)性能要求，然后根據(jù)車型基本參數(shù)和性能要求，選擇合適的懸架系統(tǒng)型

37、式、結(jié)構(gòu)參數(shù)和特性參數(shù)等，最后進(jìn)行零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能分析。其中懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)也是重點(diǎn)部分是選擇懸架型式、結(jié)構(gòu)參數(shù)和特性參數(shù)，保證設(shè)計(jì)的懸架系統(tǒng)和整車性能是相互匹配的，其過程實(shí)質(zhì)上進(jìn)行懸架和整車性能的匹配過程。在目前的汽車懸架設(shè)計(jì)當(dāng)中，其懸架系統(tǒng)的開發(fā)都是建立在對已有懸架型式的改進(jìn)之上，一來可以減少大量的研發(fā)費(fèi)用，二來可以有效地保證懸架系統(tǒng)的性能要求。</p><p>　　1.2.2國外懸架研究現(xiàn)狀</

38、p><p>　　從上世紀(jì)90年代起，隨著信息技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、CAD／CAE／CAM技術(shù)等廣泛應(yīng)用到汽車行業(yè)，汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)和設(shè)計(jì)水平上都有了明顯的進(jìn)步，新車型的開發(fā)周期大大降低。具體到汽車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)層面，各種造型設(shè)計(jì)技術(shù)、仿真分析技術(shù)、反求工程、趟技術(shù)等已經(jīng)獲得大面積推廣應(yīng)用，同時(shí)也取得了非常好的效果。</p><p>　　德國汽車專家Prof．J．Reimell(耶爾森·

39、賴姆帕爾教授)主編的《汽車底盤技術(shù)叢書》對汽車各種懸架系統(tǒng)做了詳細(xì)的敘述，從懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)角度詳盡對懸架定位參數(shù)進(jìn)行了定義，分析了它們的作用及其對整車操縱穩(wěn)定性的影響，同時(shí)對各種懸架的結(jié)構(gòu)選型、參數(shù)選擇、計(jì)算方法都做了大量的論述。</p><p>　　德國專家阿達(dá)姆·措莫托著的《汽車行駛性能》和日本專家安培正人著的《汽車的運(yùn)動(dòng)與操縱》系統(tǒng)的介紹了汽車懸架系統(tǒng)對汽車操縱穩(wěn)定性和行駛舒適性的可能影響，在研究

40、懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)對汽車操縱穩(wěn)定性和行駛性能方面做出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。</p><p>　　英國汽車專家JohIl C．Dixon編寫的《Suspension Geometry and Computation》系統(tǒng)的介紹了汽車懸架的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，從路面對懸架的影響、輪胎變形對懸架的影響出發(fā)對懸架系統(tǒng)各種運(yùn)動(dòng)特性理論做出了非常深入的探討和研究。在懸架的運(yùn)動(dòng)分析中，針對汽車不同的使用工況以及不同懸架結(jié)構(gòu)形式下車輛的操縱穩(wěn)定性

41、的影響。</p><p>　　1.2.3國內(nèi)懸架研究現(xiàn)狀</p><p>　　我國從上世紀(jì)80年代就已經(jīng)開展了對懸架的各種研究工作，研究成果大多數(shù)產(chǎn)生于90年代。在國內(nèi)，吉林大學(xué)、清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等都在懸架方面做了大量的探索，為我國懸架系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展做出了較大的貢獻(xiàn)。其中，吉林大學(xué)的郭孔輝院士編寫的《汽車操縱動(dòng)力學(xué)》一書對懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)做了詳盡的分析，并且在國內(nèi)首次提出從側(cè)向力、縱向力轉(zhuǎn)

42、向的角度研究懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)，描述了車輪定位參數(shù)對汽車操縱穩(wěn)定性、平順舒適性的影響。</p><p>　　吉林大學(xué)的王望予《汽車設(shè)計(jì)》一書系統(tǒng)的講述了汽車懸架的設(shè)計(jì)機(jī)理，采用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算公式，自上而下的介紹懸架主要參數(shù)的設(shè)計(jì)原理以及不同結(jié)構(gòu)的懸架所要注意的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　上海交通大學(xué)的喻凡編著的《汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)》重點(diǎn)介紹了懸架系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力學(xué)和制動(dòng)動(dòng)力學(xué)內(nèi)容，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方法及現(xiàn)代控制

43、理論，結(jié)合實(shí)際事例敘述了車輛懸架系統(tǒng)控制、車輛穩(wěn)定性控制等方面的研究。</p><p>　　西南交通大學(xué)的丁渭平編寫的《汽車CAE技術(shù)》詳細(xì)的給懸架自主設(shè)計(jì)做了歸類，重點(diǎn)講解了CAE技術(shù)是怎么應(yīng)用于汽車懸架設(shè)計(jì)開發(fā)的，同時(shí)對懸架開發(fā)的整個(gè)流程及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)做了敘述。</p><p>　　1.3麥弗遜懸架概況</p><p>　　1.3.1麥弗遜懸架介紹</p>

44、;<p>　　麥弗遜懸架是目前最為常見的懸架類型，在全球汽車市場都有非常廣泛的應(yīng)用。在國內(nèi)，麥弗遜懸架是眾多汽車的首選懸架系統(tǒng)，一般用于轎車前懸架系統(tǒng)。麥弗遜懸架由美國人麥弗遜(McPherson)在20世紀(jì)30年代發(fā)明創(chuàng)造出來，其本人突破傳統(tǒng)思維，開創(chuàng)性的將減振器和螺旋彈簧組合在一起，裝在汽車前軸上，創(chuàng)造出這種結(jié)構(gòu)簡單性能優(yōu)越的懸架系統(tǒng)，實(shí)踐證明這種懸架系統(tǒng)構(gòu)造簡單、制造成本低、占用空間少，而且操縱穩(wěn)定性非常好，被業(yè)界譽(yù)

45、為經(jīng)典的設(shè)計(jì)，是目前應(yīng)用最廣泛的懸架系統(tǒng)。隨著汽車行業(yè)的突飛猛進(jìn)，科技的不斷發(fā)展，汽車工程師們正在不斷的研究和改進(jìn)麥弗遜懸架，使其能夠充分的發(fā)揮其性能。</p><p>　　麥弗遜懸架主要是由螺旋彈簧、減振器、A字形下擺臂以及橫向穩(wěn)定桿組成。麥弗遜式獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要采用支柱式減振器作為主軸，同時(shí)減振器兼做主銷，減振器承受來自車身抖動(dòng)和地面沖擊的上下預(yù)應(yīng)力，減振器還可以避免螺旋彈簧受力時(shí)向前、后、左、右發(fā)生偏移

46、，確保螺旋彈簧只作上下方向的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，懸架的軟硬程度和別的性能由減振器的行程長短及松緊來確定。麥弗遜懸架中非常關(guān)鍵的部件——A字型下擺臂，它的作用是為車輪提供橫向支撐力，并能承受來自前后方向的預(yù)應(yīng)力，在車輛運(yùn)動(dòng)過程中，車輪承受的所有方向的沖擊力主要靠支柱減振器和A字型下擺臂這兩個(gè)部件承擔(dān)。</p><p>　　麥弗遜懸架系統(tǒng)相比于其它形式懸架系統(tǒng)有著結(jié)構(gòu)簡單、布局緊湊、懸架質(zhì)量輕、占用空間小，便于發(fā)動(dòng)機(jī)和其它一些

47、零部件的安裝，同時(shí)具有制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。麥弗遜懸架具有比較合理的運(yùn)動(dòng)特性，使系統(tǒng)受力合理，有效的延長減振器的壽命。同時(shí)由于麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)簡單布局緊湊，既能夠保證整車性能又能夠有效地?cái)U(kuò)大車輛內(nèi)部乘坐空間，有效地提高了乘坐舒適性。從操縱穩(wěn)定性角度講，車輪上下跳動(dòng)過程中，麥弗遜懸架螺旋彈簧行程大，但是輪距、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角、車輪外傾角、車輪前束角等改變不大，有效的減少輪胎的磨損。</p><p>　　麥弗遜懸架同

48、樣也有著非常明顯的缺點(diǎn)：從運(yùn)動(dòng)特性角度而言，麥弗遜懸架運(yùn)動(dòng)特性明顯不如雙橫臂懸架和多連桿懸架；從懸架結(jié)構(gòu)而言，支柱減振器對左右方向的沖擊缺乏有效地阻擋力，其直筒式結(jié)構(gòu)比較容易發(fā)生彎曲，剎車點(diǎn)頭作用和加速抬頭作用明顯，懸架剛度與穩(wěn)定性較差，快速通過彎道時(shí)車身側(cè)傾比較明顯。</p><p>　　1.3.2麥弗遜懸架研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前國內(nèi)外在麥弗遜懸架系統(tǒng)方面開展了大量的研究工作

49、，對提高麥弗遜懸架系統(tǒng)的各種性能做出了有益的探索和發(fā)現(xiàn)，提出可很多有益的改進(jìn)方法。在懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論及方法研究方面。2007年，吉林大學(xué)的高晉研究開發(fā)了汽車懸架集成系統(tǒng)平臺(tái)，研究了在初步建立汽車懸架系統(tǒng)集成．CAD模塊的情況下進(jìn)行懸架系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)和全新設(shè)計(jì)，同時(shí)利用CAE軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，利用ADAMS后處理功能對其相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析。</p><p>　　2006年，吉林大學(xué)的玄圣夷通過整理收集麥弗

50、遜懸架相關(guān)資料建立了麥弗遜懸架專家知識系統(tǒng)，通過已知硬點(diǎn)參數(shù)推算出懸架其他硬點(diǎn)坐標(biāo)，然后利用ADAMS軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，確定了前輪定位參數(shù)在車輪上下跳動(dòng)過程中的變化規(guī)律，然后更進(jìn)一步的對其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，分析和優(yōu)化了懸架某些關(guān)鍵點(diǎn)對車輪定位參數(shù)的影響，初步符合了設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　在懸架系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面。2008年，西南交通大學(xué)的郭偉研究了前輪定位參數(shù)對整車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的影響，利用ADAMS建

51、立汽車懸架虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行了整車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)仿真，在此基礎(chǔ)上對懸架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)靈敏度分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。</p><p>　　2006年，長安大學(xué)汽車學(xué)院的劉晶郁、王少贈(zèng)基于車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及優(yōu)化設(shè)計(jì)原理，提出了以中國汽車懸架主要參數(shù)和系統(tǒng)剛度的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，在懸架系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面做出了有益的嘗試。通過工程實(shí)例驗(yàn)證基本可以滿足汽車平順性和操縱穩(wěn)定性的要求。</p><p>　　在研究懸架系

52、統(tǒng)對汽車操縱穩(wěn)定性影響方面。2007年，吉林大學(xué)的董傳林運(yùn)用自然坐標(biāo)法對麥弗遜懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性及動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了仿真，并將所得到的仿真結(jié)果與成熟的ADAMS仿真結(jié)果進(jìn)行比對，已驗(yàn)證得出自然坐標(biāo)法的正確性。</p><p>　　2006年，大連理工大學(xué)的趙秋芳詳細(xì)的總結(jié)了汽車操縱穩(wěn)定性研究的發(fā)展和現(xiàn)狀，從不同角度對汽車操縱穩(wěn)定性的研究和評價(jià)方法進(jìn)行了詳細(xì)的分類，采用ADAMS軟件建立前懸架模型進(jìn)行仿真分析，測量懸架

53、主要參數(shù)的變化規(guī)律，優(yōu)化車輪接地點(diǎn)側(cè)向滑移量，取得了非常好的效果。</p><p>　　2006年，武漢理工大學(xué)的方飛運(yùn)用ADAMS軟件建立包括前后懸架、發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向系等在內(nèi)的整車虛擬樣機(jī)仿真模型，重點(diǎn)在于他編寫了一個(gè)用于整車操縱穩(wěn)定性仿真分析的驅(qū)動(dòng)控制文件，驅(qū)動(dòng)懸架系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入實(shí)驗(yàn)等多種實(shí)驗(yàn)，對轎車的操縱穩(wěn)定性進(jìn)行了評價(jià)分析。</p><p>　　在研究懸架系統(tǒng)對汽車行駛平

54、順性影響方面。2008年，華南理工大學(xué)的章蘭珠，王軍利用MATLAB軟件，建立兩自由度1／4汽車懸架物理模型，分析了汽車懸架的動(dòng)態(tài)特性和變化規(guī)律，對汽車行駛過程中的振動(dòng)原因做了分析，從中找出相關(guān)的解決方法。運(yùn)用ADAMS軟件分析了懸架系統(tǒng)的固有特性，得到了懸架對確定輸入和隨機(jī)輸入的響應(yīng)結(jié)果，獲取了懸架的最優(yōu)參數(shù)、路面等級參數(shù)和汽車行駛速度對汽車操縱穩(wěn)定性和行駛平順性的影響。</p><p>　　2006年，武漢理

55、工大學(xué)的隗寒冰等以多體動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用機(jī)械系統(tǒng)東西學(xué)仿真軟件ADAMS建立某轎車的整車樣機(jī)模型，研究車輛行駛平順性的途徑，為整車設(shè)計(jì)開發(fā)提供了較為詳盡的參考。</p><p>　　在研究懸架系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)方面。2009年，武漢科技大學(xué)的廖力成研究某微型客車的麥弗遜懸架系統(tǒng)，采用多體系統(tǒng)動(dòng)力理論，試圖解決目前汽車輪胎嚴(yán)重磨損的問題。選取四輪定位參數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)，選擇懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)參數(shù)化結(jié)構(gòu)點(diǎn)的坐標(biāo)作為變量，利用

56、ADAMS軟件中對懸架進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對麥弗遜懸架系統(tǒng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，取得了很好的效果。</p><p>　　2008年，南昌大學(xué)的錢尼君選取某型車麥弗遜前懸架系統(tǒng)為對象，進(jìn)行懸架系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和疲勞壽命的分析研究，重點(diǎn)分析了懸架主要參數(shù)對懸架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能的研究，并通過參數(shù)優(yōu)化以滿足懸架和整車設(shè)計(jì)。利用多個(gè)CAE軟件進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，同時(shí)利用疲勞壽命分析軟件MSC．Fatigue對懸架系統(tǒng)進(jìn)行疲勞壽命方

57、面的預(yù)測，得出了下擺臂對整個(gè)懸架系統(tǒng)疲勞壽命的影響規(guī)律。</p><p>　　1.3.3麥弗遜懸架研究存在的問題</p><p>　　通過對以上麥弗遜懸架系統(tǒng)方面的研究分析得出，當(dāng)采用運(yùn)動(dòng)學(xué)特性研究，麥弗遜懸架的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，大多數(shù)采用優(yōu)化一個(gè)或者多個(gè)關(guān)鍵硬點(diǎn)的方法，然后仿真分析對車輪定位參數(shù)的影響規(guī)律，然而結(jié)合實(shí)際情況可以分析得出，有一些關(guān)鍵點(diǎn)對麥弗遜懸架的定位參數(shù)是沒有多大作用的。其方法

58、雖然在一定程度上可以反映麥弗遜懸架的工作性能，同時(shí)可以找出一些問題，但是這些分析方法對實(shí)際過程麥弗遜懸架的設(shè)計(jì)指導(dǎo)還是有一些不足，其效果還是不夠準(zhǔn)確有效。</p><p>　　所以本文這里結(jié)合實(shí)際汽車維修過程中，維修師對懸架系統(tǒng)的實(shí)際調(diào)整方法，提取懸架結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵點(diǎn)，對其進(jìn)行有針對性的優(yōu)化分析，結(jié)合懸架設(shè)計(jì)當(dāng)中出現(xiàn)的問題，以指導(dǎo)麥弗遜懸架的設(shè)計(jì)開發(fā)，可以節(jié)約大量設(shè)計(jì)時(shí)間以及有著比較好的效果。</p>

59、<p><b>　　1.3.4軟件介紹</b></p><p><b>　　CATIA軟件簡介</b></p><p>　　CATIA是法國Dassault System公司旗下的CAD/CAE/CAM一體化軟件，CATIA是英文Computer AidedTri-Dimensional InterfaceApplication的縮寫

60、，是世界一流的集CAD/CAM一體化于一身軟件之一 作為較前沿的三維CAD/CAM軟件，它在世界范圍內(nèi)被廣泛采用于航空 汽車 船舶的設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域;CATIA在過去的二十多年里一直保持著驕人的業(yè)績，并繼續(xù)保持著其強(qiáng)勁的發(fā)展趨勢 該軟件雖然源于宇航業(yè)，但現(xiàn)在該軟件廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，如汽車制造業(yè)、船舶制造業(yè)、機(jī)械制造業(yè)、電子電器業(yè)、消費(fèi)品行業(yè)等。CATIA在汽車行業(yè)的運(yùn)用十分廣泛，是歐洲 北美和亞洲頂尖汽車制造商所用的核心系統(tǒng) CATIA

61、在零部件設(shè)計(jì) 造型風(fēng)格 車身及引擎設(shè)計(jì)等方面具有獨(dú)特的長處，為各種車輛的設(shè)計(jì)和制造提供了端對端的解決方案 CATIA涉及產(chǎn)品 加工和人三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域 其可伸縮性和并行工程能力可顯著縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。</p><p><b>　　ADAMS軟件介紹</b></p><p>　　ADAMS汽車行業(yè)CAE軟件中具有代表性的軟件之一。ADAMS，即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件，由

62、美國MDI公司開發(fā)，現(xiàn)已被美國MSC公司收購。ADAMS軟件是一款功能完善的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件，將分析求解功能與使用方便的用戶界面結(jié)合起來，使該軟件及直觀又方便。ADAMS軟件以多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理為理論基礎(chǔ)，迅速地建立參數(shù)化的實(shí)體模型，然后進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品性能分析。ADAMS軟件直接在用戶界面之下，選取合適的零件庫、力庫、約束庫，以“堆積木”的方式建立完全參數(shù)化的仿真模型，然后通過仿真分析和比較分析和研究虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)方案。其求解器采用多

63、剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對虛擬機(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，輸出位移、速度、加速度和作用力曲線等。</p><p>　　ADAMS軟件主要用于分析研究機(jī)械系統(tǒng)的各種性能、零部件運(yùn)動(dòng)范圍、相互碰撞、峰值載荷等。同時(shí)，ADAMS既可以作為虛擬樣機(jī)分析軟件，又可以作為虛擬樣機(jī)二次開發(fā)軟件，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，為許多特殊行業(yè)用戶提供快速有效的二次開發(fā)平臺(tái)。 <

64、;/p><p>　　ADAMS虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)流程主要包括以下幾個(gè)方面：</p><p>　　(1)創(chuàng)建(Build)模型。首先第一步就是創(chuàng)建機(jī)械系統(tǒng)屬性模型，建立后機(jī)械模型具有質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等物理屬性。同時(shí)模型也可以是從別的CAD軟件中導(dǎo)入到ADAMS中，創(chuàng)建好模型后，添加物體之間的約束副，從而確定物體之間的相對運(yùn)動(dòng)。最后通過施加一定的力、力矩或運(yùn)動(dòng)，使模型可以進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)仿真分析。</

65、p><p>　　(2)測試(Test)和驗(yàn)證(Validate)模型。通過對模型的仿真分析，可以測試和檢驗(yàn)整個(gè)模型或其中一部分，從而判斷模型的正確性與否。通過后處理可以很清晰很直觀顯示仿真的結(jié)果。</p><p>　　(3)細(xì)化(Refine)模型和迭代(Iterate)。通過初步的運(yùn)動(dòng)仿真分析，可以確定模型的基本運(yùn)動(dòng)型式，然后在模型中添加更為復(fù)雜的因素來精確仿真模型。針對不同的設(shè)計(jì)方案，可以

66、定義不同的定義設(shè)計(jì)點(diǎn)和設(shè)計(jì)變量，將模型參數(shù)化，以達(dá)到通過修改參數(shù)就可以修改整個(gè)模型，減少大量重復(fù)建模的時(shí)間。</p><p>　　(4)優(yōu)化(Optimize)設(shè)計(jì)。通過ADAMS軟件進(jìn)行多次仿真分析，利用其修改一個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，使用戶迅速的找到最優(yōu)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　MSC．ADAMS的主要特點(diǎn)：</p><p>　　(1)ADAMS可以非常

67、方便的分析幾何模型的運(yùn)動(dòng)與力。分析類型包括運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)和準(zhǔn)靜力學(xué)多種類型，以及線性和非線性動(dòng)力學(xué)分析類型，基本上可以滿足絕大多數(shù)專業(yè)要求。</p><p>　　(2)ADAMS具有組裝、分析和動(dòng)態(tài)顯示同一模型或不同模型在某一過程中變化的功能，具有可以提供多種設(shè)計(jì)方案的能力，大大節(jié)約了設(shè)計(jì)分析時(shí)間。</p><p>　　(3)當(dāng)機(jī)械虛擬仿真模型是一個(gè)或者多個(gè)自由度的時(shí)候，ADAMS可以快速

68、的實(shí)現(xiàn)模型某一時(shí)間上靜力學(xué)分析或者某一段時(shí)間區(qū)域內(nèi)的靜力學(xué)分析。</p><p>　　(4)ADAMS軟件具有和多個(gè)CAD＼CAE軟件和控制軟件之間良好的接口和雙向通信的特點(diǎn)，方便用戶進(jìn)行個(gè)性化定制。</p><p>　　1.4本文研究內(nèi)容、方法和目標(biāo)</p><p>　　1.4.1本文的研究內(nèi)容 </p><p>　　本文針對麥弗遜懸架三維

69、設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析問題，采用CAD軟件三維建模和CAE軟件仿真分析方法，建立麥弗遜懸架系統(tǒng)三維幾何模型，通過接口軟件導(dǎo)入到CAE軟件之中仿真分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，通過對懸架系統(tǒng)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析，找出解決問題的方法。本文主要研究內(nèi)容如下：</p><p>　　(1)根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，參考某車型確定麥弗遜懸架系統(tǒng)主要參數(shù)以及關(guān)鍵零部件主要參數(shù)，利用CAD三維造型軟件CATIA建立麥弗遜懸架系統(tǒng)，并檢查懸架系統(tǒng)的干涉狀

70、況，確定懸架系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確性。</p><p>　　(2)利用CATIA和ADAMS軟件接口軟件將麥弗遜懸架三維系統(tǒng)導(dǎo)入到ADAMS軟件中，然后對系統(tǒng)添加相應(yīng)約束關(guān)系和作用以及仿真邊界條件，建立仿真模型。</p><p>　　(3)對麥弗遜懸架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)特性仿真分析，通過車輪定位參數(shù)行駛狀態(tài)下變化曲線圖，分析麥弗遜懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問題，為下一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)做鋪墊。</p>

71、<p>　　(4)針對上一步中發(fā)現(xiàn)的問題，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中對懸架結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)的調(diào)整方法，有針對性的選擇關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化分析，解決懸架中存在的問題。</p><p>　　1.4.2本文擬采用的研究方法</p><p>　　本文首先初步詳細(xì)介紹麥弗遜懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)機(jī)理和關(guān)鍵參數(shù)，包括懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、懸架系統(tǒng)關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)計(jì)算、懸架系統(tǒng)性能參數(shù)，參考某車型確定麥弗遜懸架具體相關(guān)參數(shù)，利

72、用CATIA軟件建立懸架系統(tǒng)三維模型，通過接口軟件導(dǎo)入到ADAMS中，建立懸架虛擬樣機(jī)仿真模型，對該懸架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真試驗(yàn)，分析車輪定位參數(shù)隨車輪跳動(dòng)過程的變化特性，找出導(dǎo)致輪胎磨損嚴(yán)重的主要因素；最后試圖找出解決方法，即對懸架系統(tǒng)中的關(guān)鍵硬點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，利用ADAMS／Insight對其進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，得出懸架系統(tǒng)中某些關(guān)鍵點(diǎn)對于車輪定位參數(shù)的影響，使車輪定位參數(shù)的變化范圍保持在理想的范圍之內(nèi)，從而減輕輪胎的磨損情況，提高汽車的操縱穩(wěn)定性

73、，改善汽車的使用性能。</p><p>　　1.4.3本文的研究目標(biāo)</p><p>　　針對我國目前汽車行業(yè)的實(shí)際情況，國內(nèi)汽車企業(yè)應(yīng)當(dāng)著重研究汽車底盤技術(shù)特別是懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)機(jī)理，努力掌握其設(shè)計(jì)原理和方法，爭取擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的懸架系統(tǒng)。為了在這一方面做出有益的探索，本論文的工作重點(diǎn)是分析和研究麥弗遜懸架獨(dú)立懸架系統(tǒng)?；贑ATIA和ADAMS軟件，建立麥弗遜懸架三維模型和研究麥弗遜懸

74、架運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。主要解決以下關(guān)鍵問題：</p><p>　　(1)建立麥弗遜懸架三維幾何模型；</p><p>　　(2)導(dǎo)入ADAMS軟件，建立仿真模型；</p><p>　　(3)針對仿真模型進(jìn)行早期仿真分析，發(fā)現(xiàn)存在的問題；</p><p>　　(4)結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對麥弗遜懸架進(jìn)行有針對性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出修改方</p>

75、<p><b>　　案。</b></p><p>　　第2章 懸架的設(shè)計(jì)及校核</p><p><b>　　2.1引言</b></p><p>　　懸架四現(xiàn)代汽車上的重要總成之一。它把懸梁（或車身）與車軸（或車輪）彈性地連接起來。其主要任務(wù)是傳遞作用在車輪和車架（或車身）之間的一切力和力矩，并且緩和路面?zhèn)鹘o車架（

76、或車身）的沖擊載荷。衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，保證汽車的操縱穩(wěn)定性。使汽車獲得高速行駛能力。</p><p>　　懸架由彈性元件、導(dǎo)向裝置、減震器組成。有些懸架中還有緩沖塊和橫向穩(wěn)定桿。</p><p>　　彈性元件用來傳遞垂直力，緩和沖擊和振動(dòng)。導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向桿系組成，用來決定車輪相對于車架（或車身）的運(yùn)動(dòng)特性，并傳遞除彈性元件傳遞的垂直力以外的各種力和力矩。當(dāng)用縱置鋼板彈簧作彈性元

77、件時(shí)，它兼起導(dǎo)向裝置作用。緩沖塊用來減輕車軸對車架（或車身）的直接沖撞，防止彈性元件產(chǎn)生過大的變形。裝有橫向穩(wěn)定器的汽車，能減少轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)車身的側(cè)傾角和橫向角振動(dòng)。</p><p>　　對懸架提出的設(shè)計(jì)要求有：</p><p>　　保證汽車有良好的行駛平順性。</p><p>　　具有合適的衰減振動(dòng)能力。</p><p>　　保證汽車具有良好

78、的操縱穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向時(shí)保證汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性。</p><p>　　汽車制動(dòng)或加速時(shí)要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾，轉(zhuǎn)彎時(shí)車身側(cè)傾角要合適。</p><p><b>　　有良好的隔聲能力。</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間尺寸要小。</p><p>　　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

79、要小的同時(shí)，要保證其有足夠的強(qiáng)度和壽命。</p><p>　　2.2目標(biāo)車型懸架的總體布置方案</p><p>　　目標(biāo)車型是一款小排量的經(jīng)濟(jì)型轎車，總體參數(shù)要求見表 2-1。從表中給出的數(shù)據(jù)來看，改型車在軸荷、車輪定位參數(shù)都和原型車不同，但變化不大。鑒于設(shè)計(jì)時(shí)間、經(jīng)濟(jì)性以及麥弗遜式懸架特點(diǎn)方面的考慮，改型車的前懸架仍采用麥弗遜式懸架（結(jié)構(gòu)如圖2-1所示），但需要對其相關(guān)零部件重新進(jìn)行計(jì)算

80、和選擇，同時(shí)還需對它的可行性進(jìn)行仿真和校核。</p><p>　　圖2-1　右前懸架結(jié)構(gòu)</p><p>　　表2-1　改型車總布置參數(shù)要求</p><p>　　2.3麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)的四連桿原理分析</p><p>　　麥弗遜懸架由多個(gè)零件組成，故在懸架機(jī)構(gòu)分析中采用空間機(jī)構(gòu)分析法對其進(jìn)行分析。在運(yùn)用此方法進(jìn)行分析時(shí)，將懸架總成中的構(gòu)件等效成

81、剛體來研究懸架系統(tǒng)的空間運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　圖2-2是1/2麥弗遜式懸架的等效機(jī)構(gòu)圖，借助圖中所示的等效方式，我們可以清楚地看出懸架擺臂和轉(zhuǎn)向節(jié)之間的連接通過球副來等效；減振器外套筒和活塞的聯(lián)接方式被等效成一個(gè)移動(dòng)副；減振器的上支點(diǎn)和車身的聯(lián)接被等效成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。這樣，麥弗遜式懸架被抽象成一個(gè)封閉的空間機(jī)構(gòu)。通過圖示的等效方案可以使我們對懸架系統(tǒng)的分析變得簡單，且不會(huì)在很大程度上影響分析的結(jié)果。</

82、p><p>　　圖2-2　麥弗遜懸架的等效機(jī)構(gòu)圖</p><p>　　2.4車輪定位參數(shù)對整車行駛性能的影響分析</p><p>　　2.4.1主銷后傾角(Caster Angle)</p><p>　　主銷后傾角(caster angle)：從汽車縱向平面看主銷軸線內(nèi)向后傾斜，不和地面垂直，主銷軸線和垂線之間的夾角稱為主銷后傾角。從汽車側(cè)向觀察

83、，向后面傾斜時(shí)的角度稱為正后傾角，向前方傾斜時(shí)的角度稱為負(fù)后傾角。絕大多數(shù)汽車的主銷后傾角為正后傾，如下圖所示。</p><p>　　圖2-3主銷后傾示意圖</p><p>　　從上圖可知，主銷后傾的結(jié)果使得主銷軸線在地面上的交點(diǎn)偏向前方，于是和輪胎接地中心產(chǎn)生一段距離a，叫做主銷拖距。對于主銷軸線交于前方的叫做正拖距，主要影響汽車的直行穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱輕便性。當(dāng)汽車直線行駛時(shí)偶然受到外力

84、發(fā)生偏轉(zhuǎn)而引起車輛轉(zhuǎn)向時(shí)，由于拖距的存在而形成回正力矩，從而使車輪重新回到直行位置。有時(shí)，輪胎的強(qiáng)力彈性自身會(huì)形成正的拖距，理論上稱為輪胎拖距，由于累加原因，這時(shí)從動(dòng)輪產(chǎn)生過大的回正力矩，相反這樣會(huì)損害汽車的操縱穩(wěn)定性，此時(shí)，為了減小汽車的回正力矩，結(jié)構(gòu)上可采用減小主銷后傾角的方法，甚至采用負(fù)主銷后傾，以用來減小汽車的回正力矩。</p><p>　　主銷后傾角的主要功能就是使轉(zhuǎn)向輪獲得自動(dòng)回正能力以汽車穩(wěn)定行駛方

85、向。實(shí)踐表明主銷后傾角過大，車速越高，車輪的穩(wěn)定性就越好，車輛的直行穩(wěn)定性也隨之增強(qiáng)；但是主銷后傾角過大會(huì)造成轉(zhuǎn)向盤沉重，不足轉(zhuǎn)向特性很不明顯，最大橫向加速度也會(huì)增大，嚴(yán)重時(shí)汽車在高速時(shí)操縱穩(wěn)定性急劇下降，左右牽引力不一致，汽車出現(xiàn)轉(zhuǎn)向發(fā)飄的現(xiàn)象；同樣，主銷后傾角過小，則會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定現(xiàn)象，車輪發(fā)生劇烈抖動(dòng)，加劇輪胎的磨損；同時(shí)，假如車輪兩側(cè)主銷后傾角大小不一致，則汽車行駛過程中會(huì)發(fā)生車輪被拉向正后傾角較小的一側(cè)，出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象，這也是

86、我們不希望出現(xiàn)的。</p><p>　　隨著科技技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代轎車由于輪胎氣壓低，彈性較大，接地印記增大，行駛時(shí)輪胎自身的回正力矩增加，故主銷后傾角可以取較小的值，甚至減小為零，或?yàn)樨?fù)值(即主銷前傾)。實(shí)踐證明，轉(zhuǎn)向時(shí)主銷后傾角對車輪外傾角的變化有很大的影響，主銷后傾角過大時(shí)，車輪外傾角向負(fù)方向變化。</p><p>　　2.4.2主銷內(nèi)傾角(Kingpin Inclination

87、Angle或SAL)</p><p>　　主銷內(nèi)傾角(Kingpin Inclination Angle或SAL)-在汽車橫向垂直平面內(nèi)，主銷向平面內(nèi)里傾斜，稱為主銷內(nèi)傾。主銷軸線與垂線之間的夾角叫作主銷內(nèi)傾角。主銷軸線上側(cè)向內(nèi)傾時(shí)為正，反之為負(fù)。由前面敘述可知，車速越高主銷后傾角產(chǎn)生的回正力矩就越大，汽車的回正作用就越明顯，汽車的穩(wěn)定性就越好，但是在低速時(shí)主銷后傾角回正力矩很小，汽車穩(wěn)定性較差，為了保證低速時(shí)汽

88、車同樣具有一定的回正作用，于是就設(shè)計(jì)了主銷內(nèi)傾角。相關(guān)研究表明，高速時(shí)主銷后傾角的回正作用占據(jù)主導(dǎo)作用，低速時(shí)主銷內(nèi)傾角的回正作用起主要作用。通常在轎車設(shè)計(jì)過程中，為了使車輛具有較好的回正作用和操縱穩(wěn)定性，主銷內(nèi)傾角的取值范圍為。主銷內(nèi)傾角的回正作用與車速無關(guān)，所以主銷內(nèi)傾角不宜取得過大，否則在高速狀態(tài)下會(huì)增加轉(zhuǎn)向輪胎的磨損，甚至還會(huì)造成轉(zhuǎn)向輪打到止端后不能自動(dòng)回正，這對轉(zhuǎn)向操縱是不利的。</p><p>　　2

89、.4.3車輪外傾角(Camber Angle)</p><p>　　車輪外傾角(Camber Angle)·從汽車正前方看，車輪中心平面是不垂直于地面的，車輪的頂端向內(nèi)或向外傾斜一個(gè)角度，稱為車輪外傾角。當(dāng)車輪頂端向兩側(cè)傾斜，則稱為正外傾角；反之向內(nèi)傾斜，則稱為負(fù)外傾角。</p><p><b>　　圖2-4車輪外傾角</b></p><

90、p>　　早期汽車設(shè)計(jì)理論認(rèn)為汽車之所以設(shè)計(jì)成外傾：第一個(gè)原因是由于道路不平，是一個(gè)拱形路面(為了便于排水)，為了使汽車輪胎垂直于路面，所以輪胎設(shè)計(jì)成外傾；第二個(gè)原因是高速行駛狀態(tài)下，汽車轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)產(chǎn)生由于離心力導(dǎo)致的正外傾角；第三個(gè)原因行駛狀態(tài)下能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整車輪外傾角；第四個(gè)原因還要考慮汽車實(shí)際行駛過程中，車輛載荷、車速、輪胎上下跳動(dòng)等條件隨時(shí)變化時(shí)車輪外傾角的變化。</p><p>　　汽車車輪外傾角主要作

91、用是為了提高轉(zhuǎn)向輪工作時(shí)的安全性和轉(zhuǎn)向操縱輕便性，同時(shí)車輪外傾角和主銷內(nèi)傾角共同作用，形成包容角使轉(zhuǎn)向車輪產(chǎn)生回正作用。車輛行駛狀態(tài)下，車輪外傾角是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的，它對車輛直行穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性等有著非常重要的影響。車輛直線行駛時(shí)，由于路面的不平而引起車輪跳動(dòng)使車輪外傾角發(fā)生變化，綜合考慮轉(zhuǎn)向性能和直行穩(wěn)定性，車輪外傾角在上下跳動(dòng)過程中應(yīng)該有一個(gè)比較合適的變化范圍，一般設(shè)計(jì)理論認(rèn)為，車輪外傾角的變化為0.50／50mm比較合適，目前，

92、大多數(shù)乘用車都設(shè)計(jì)成輕微的正外傾角()。當(dāng)汽車滿載時(shí)，車橋因載荷增加發(fā)生一定變形，使車輪垂直于地面，減少輪胎胎面不正常磨損。近年來，由于懸架和車橋剛度的提高，加之路面也更為平坦，所以車輪外傾角有減小的趨勢，甚至為零，可使輪胎的內(nèi)、外側(cè)磨損趨于均勻，并有利于車輛的橫向穩(wěn)定性。大量實(shí)踐證明，車輪外傾角理想的變化范圍是上跳時(shí)外傾角變?yōu)樨?fù)，下落時(shí)變?yōu)檎?，這樣可以消除車身側(cè)傾時(shí)外輪外傾角過分增大的不利影響。</p><p>

93、;　　2.4.4車輪前束角(Toe Angle)</p><p>　　車輪前束角(Toe Angle)：指的是汽車縱向中心平面內(nèi)，車輪平面前部向內(nèi)縮攏，稱為車輪前束。車輪中心平面和地面交線之間的夾角叫車輪前束角，如下圖所示。</p><p><b>　　圖2-5車輪前束角</b></p><p>　　如果車輪前部向內(nèi)縮攏，則前束角為正值，如上圖

94、所示，反之為負(fù)?？偟能囕喦笆菫樽笥臆囕喦笆侵?。汽車行駛過程中，車輪前束角和車輪外傾角配合使用，車輛外傾會(huì)使左右車輪產(chǎn)生側(cè)偏滾動(dòng)趨勢，增加輪胎的磨損，給汽車前輪設(shè)計(jì)一個(gè)前束角，可以使汽車在直線行駛時(shí)左右車輪產(chǎn)生一個(gè)大小相等方向相反的初始側(cè)偏角，側(cè)偏角在左右輪胎上生成方向相反的側(cè)向力，選擇合適的前束角，可使產(chǎn)生的側(cè)向力與車輪外傾所引起的側(cè)傾推力相互抵消，從而減少輪胎磨損和車輛動(dòng)力的消耗，提高輪胎的使用壽命和汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。車輪上下跳

95、動(dòng)過程中前束角的變化特性對車輛的直行穩(wěn)定性、車輛的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性等有著非常重要的影響。車輪上下跳動(dòng)過程中最理想的狀態(tài)是前束角保持不變，然而這是很難做到的。汽車前輪前束角合理地變化趨勢：當(dāng)前輪上跳時(shí)，前束角為至負(fù)前束，變化范圍／50mm較為合適。車輪前束角初始值約為，是為了控制直行時(shí)由于路面的不平引起的前束變化，確保車輛具有良好的直行穩(wěn)定性，同時(shí)為了使車輛獲得弱的不足轉(zhuǎn)向特性，以使載重發(fā)生變化時(shí)引起車身高度變化時(shí)也能保持不足轉(zhuǎn)向特性。<

96、;/p><p>　　2.5對懸架的校核計(jì)算</p><p>　　2.5.1 懸架總體參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　首先對懸架總體參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，如懸架的剛度、懸架的撓度等，這樣，在下文對零部件的計(jì)算時(shí)，就可以以懸架的總體參數(shù)為依據(jù)，根據(jù)懸架的結(jié)構(gòu)參數(shù)求出相關(guān)零部件的受力、剛度等參數(shù)。</p><p><b>　　1.懸架的剛度</

97、b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求給定的設(shè)計(jì)狀態(tài)下的軸荷及簧下質(zhì)量，可求得前懸架單側(cè)的簧上質(zhì)量　</p><p><b>　　（2.1）</b></p><p>　　于是，前懸架的剛度C為</p><p><b>　　2.懸架的靜撓度</b></p><p>　　懸

98、架的靜撓度和懸架剛度之間有如下關(guān)系： </p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　代入數(shù)值得： =145.98mm，取=146mm。</p><p><b>　　3.懸架的動(dòng)撓度</b></p><p>　　為了防止汽車在壞路面上行使駛時(shí)懸架經(jīng)常碰撞到緩沖塊，懸架必須有足夠

99、大的動(dòng)撓度。</p><p>　　從結(jié)構(gòu)和使用要求上來考慮選此懸架的動(dòng)撓度＝80mm。</p><p><b>　　最大沖擊力</b></p><p>　　車輪定位參數(shù)主要是指主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、車輪外傾角和前束角。合理的定位參數(shù)可以保證車輛的直線行駛穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性。</p><p>　　汽車在遇到障礙物或路面不

100、平引起的顛簸運(yùn)動(dòng)、加減速時(shí)引起的車身縱傾運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)彎時(shí)引起的車身側(cè)傾運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生車輪的跳動(dòng)。如果車輛的懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，在車輪跳動(dòng)時(shí)前輪定位參數(shù)的變化量可能很大，影響車輛行駛性能，出現(xiàn)轉(zhuǎn)向沉重、輪胎偏磨等問題。如圖2-6所示原車的彈簧安裝角度。 </p><p>　　β為車輪外傾角，為減振器內(nèi)傾角，α為主銷軸線與減振器的夾角</p><p>　　圖2-6　原車的彈簧安裝角度示意圖</p

101、><p>　　平衡位置處彈簧所受壓縮力P與車輪載荷的關(guān)系式： </p><p><b>　　(2.3)</b></p><p>　　則可求得彈簧所受的最大力</p><p>　　取動(dòng)荷系數(shù)K=1.7，則彈簧所受的最大力為： </p><p>　　= (2.4)</p>

102、<p><b>　　4、螺旋彈簧的校核</b></p><p>　　螺旋彈簧作為彈性元件的一種，具有結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便及高的比能容量等特點(diǎn)，在輕型以下汽車的懸架中運(yùn)用普遍。轎車螺旋彈簧選擇60Si2MnA為簧絲的材料，具體參數(shù)如表2-2。</p><p>　　表2-2　原車的螺旋彈簧參數(shù)</p><p>　　（1）計(jì)算合理鋼絲直徑

103、</p><p>　　曲率系數(shù) ,</p><p>　　,原車d=10mm，因此不符合要求。</p><p>　　（2）計(jì)算節(jié)距t </p><p>　　節(jié)距 </p><p><b>　?。?）計(jì)算自由高度</b></p><p>

104、　　自由高度 ，316mm>300mm，故不符合要求。</p><p>　　綜上所述，經(jīng)驗(yàn)證原螺旋彈簧與此車不相匹配。</p><p>　　彈簧的最主要功能就是維持車子的舒適性和保持輪胎完全與地面接觸，用錯(cuò)了彈簧會(huì)造成行車品質(zhì)和操控性都有負(fù)面的影響。試想如果彈簧是完全僵硬的，那懸掛系統(tǒng)也就發(fā)揮不了作用。遇到不平的路面時(shí)車子跳起，輪胎也會(huì)完全離開地面，若這種情況發(fā)生在加速、剎車或

105、轉(zhuǎn)彎時(shí)，車子將會(huì)失去循跡性。</p><p><b>　　5、彈簧的受力變形</b></p><p>　?。?）、車輪到彈簧的力及位移傳遞比</p><p>　　車輪與路面接觸點(diǎn)和零件連接點(diǎn)間的傳遞比既表明行程不同也表明作用在該二處的力的大小不同。彈簧的剛度與懸架的線剛度可由傳遞比建立聯(lián)系：</p><p>　　利用位移

106、傳遞比便可計(jì)算出螺旋彈簧的剛度</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　懸架的行程傳遞比及力的傳遞比為＝1.002，＝1.146。所以，位移傳遞比為1.148。</p><p>　?。?）.彈簧在最大壓縮力作用下的變形量</p><p>　　由前懸架給定的偏頻f＝1.31Hz，可得到了汽車懸架

107、的線剛度： </p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　于是由公式（2.5）可得出彈簧的剛度=21(N/mm）。</p><p>　　進(jìn)而可得到彈簧在最大壓縮力作用下的變形量F： </p><p><b>　　(2.7)</b></p><p>　

108、　所以，彈簧所受最大彈簧力和相應(yīng)的最大變形為： </p><p>　　=4250N,F=202mm。</p><p>　　2.5.2 彈簧幾何參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)已求得的彈簧所受的最大力和相應(yīng)的變形進(jìn)行彈簧的設(shè)計(jì)。 </p><p>　　1.彈簧的材料許用應(yīng)力</p><p>　　根據(jù)其工作條件已經(jīng)選擇