转弯工况车辆前轮定位参数仿真分析(附件)
为了发现转弯工况下前轮定位参数的变化规律，对麦弗逊悬架以及整车进行建模仿真。本文依据威志V2的前悬架参数和整车参数利用ADAMS软件先后对前悬架系统、整车进行建模，再进行静态下不同转向盘转角下的前悬架平行轮跳仿真和原地转向仿真，以及动态下整车的稳态回转仿真，分析转弯工况下前轮外倾角随转向盘转角、车速、转弯半径变化的规律。经过建模仿真，ADAMS在悬架前轮定位参数的确定和优化起着很重要的作用，对车辆操稳性和平顺性的分析有很大的可靠性。关键词 转弯工况，麦弗逊悬架，前轮外倾角，仿真分析
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外研究的发展概况 2
1.3 课题研究的意义 4
1.4 课题研究步骤 4
2 悬架分析 5
2.1 麦弗逊悬架结构分析 3
2.2 麦弗逊悬架动力学分析 5
3 利用ADAMS建立悬架模型 7
3.1 ADAMS软件简介 7
3.2 ADAMS建模流程 7
3.3 建立麦弗逊前悬架模型 8
3.4 建立整车模型 11
4 前轮定位参数的仿真分析 12
4.1 麦弗逊悬架的前悬架系统仿真 12
4.2 整车稳态回转仿真试验 15
结论 19
致谢 20
参考文献 21
1 绪论
1.1 课题研究背景
如今，汽车行业发展迅速，但是如何确定汽车前轮定位参数仍然是困扰汽车业务设计的难点。这四个参数精确确定着前轮在底盘的空间位置，直接关系着操纵汽车行驶时候是否能按照驾驶员意愿行驶以及保证行驶时不偏离航道的稳定性，当汽车转向时驾驶员能以适宜的力度转动方向盘，以及转动后前轮可以自动回正。在设计前轮定位参数时，要求前轮外倾和前束有合理的匹配关系，可使前轮磨损在直线行驶工况或转向条件下减小。如果后倾角和前束值设计得不合理还导致前轮在工作时左右摇摆过度出现异常，使得车辆在操纵过程中不太稳定性，而且有关零部件受力会加大造成零部件的损坏，从而降低行驶时安全性与稳定性。因此，不合理的前轮定位参数会大 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
大降低汽车的使用性能，但由于前轮定位参数的确定遭到多种要素的影响，而且对汽车应用功能的影响前轮定位各参数之间是彼此影响的，这让前轮定位参数的确定更加艰巨。而现在，国内各汽车公司开发新车型的时候，理论基础上没有公式提高确切的前轮定位参数的选择，甚至连可供参考的方法也没有，主要是采用对比过去或者现在汽车定位参数的值进行参考，再进行大量实车试验来检查参数是否合理或者进行参数的优化。这不单单需要大批人力或者实验器材资源，而且设计一个车型所需的周期相当长，确定的数值也不够精准，参数的设计会形成盲目性。近几年，国内针对部分国产微车的性能进行实车研究时，即考察汽车的转向和操纵时能否准确执行驾驶员的指令和行驶时抵抗外界干扰保证汽车稳定的性能，显示有些车型的前轮定位参数实际值与标示值存在较大差异，但是如果将实际车的参数按标示值的数值来调整，车辆可能在实际应用中不满足使用者的使用要求，严重的情况会引发安全问题。如果我们可以通过计算机来模拟现实情况进行仿真分析，从而初步了解在汽车运动过程中前轮定位参数的变化规律以及变化特点。我们需要综合考虑各种会影响前轮定位参数对整车性能的影响因素，建立尽可能符合实际情况的整车或者前悬架的分析模型，才能知晓汽车在直线行驶时或者驾驶员操纵转向时前轮定位参数跟此时汽车的各种性能的关系，这样在汽车设计前期能更快地确定最优的定位参数。本研究将借助ADAMS软件建立一种可直接根据所给定汽车相关参数和实际情况所要求的汽车性能来直接确定或者优化前轮定位参数的一种方法[1]。
现如今，计算机技术飞速发展让很多大型多体动力学软件的应用更多地运用于实际问题的解决，在整车或者前悬架系统参数的设计上主要使用虚拟样机、虚拟试验技术成为可能。这一设计理念是采用自顶向下的思路，将多体动力学与 CAD 建模、有限元分析、电子控制等技术相结合，并通过物理样机试验来验证设计想法的快速设计方法，已经在汽车新产品设计中获得了日益广泛的应用。
1.2 国内外研究的发展概况
有关前轮定位参数数值的变更发展，本文主要针对前轮外倾角和前束角的变化作出些许介绍。在转向时，向心力与车速的平方成正比且车辆性能一直在进步车速增加，故离心力急剧增加，车身加大了向外侧斜的水平，正外倾增大，使外侧悬架负荷超量，外侧轮胎的变形程度越发严重。在外侧悬架超负荷时，外侧轮胎的内、外滚动半径的数值有明显差异时，使得转向时车轮的应用功能降低，而且加剧了轮胎的磨损。现在汽车轮胎都比较宽，而且充气压力比较低，所以汽车以较高的车速行驶时，轮胎可能不能保证百分百的纯滚动，滑动率会相应提高，平衡性能也会降低，长期行驶以后轮胎磨损可能会内外侧不均匀。当汽车高速行驶时，驾驶员转动方向盘可能汽车因为车速较高侧向会不稳定，假定减小该车的前轮外倾角甚至于到负值，相当于前轮外倾到内倾的程度，前轮外倾的不利水平这时能够相应程度得到去除，提高高速时转向稳定性。但是,因为在汽车的前轮加了外倾角，轮胎触及地面的面的外侧的速度会小于内侧，这样滑动率会提高很多。车轮不再做纯滚动运动，会导致轮胎外侧磨损严重，而且地面会给轮胎一个相对摩擦力相对主销形成力矩使得轮胎偏转使得汽车直行或者转向很不稳定。这个时候可以在汽车前轮加上前束角，使轮胎反向偏转，缩小因为外倾角形成的轮胎相对主销的变动。这样前束角与前轮外倾角彼此匹配，采用最合理的匹配值从而提高汽车直行或者转向时前轮的稳定性以及降低轮胎滑移磨损程度。车轮相对车身的外倾角变化包括由车身侧倾产生的车轮外倾变化和由车轮相对车身跳动的车轮外倾变化两部分。对独立悬架而言，当汽车转弯行驶时，车身侧倾后会造成车轮随车身一起倾斜，导致外侧车轮相对于地面的外倾角向正外倾的方向变化，其结果使轮胎在外倾推力作用下侧偏刚度下降，有利于整车不足转向效果的加大。但它也同时引起车轮在同样侧偏角下传递侧向力的能力降低，从而使整车的转向能力下降，不利于汽车在高速时的转向。为了补偿这种不利影响，在轿车悬架设计时常常将车轮外倾角设计成当车轮上跳时减小，车轮下落时增加，以增加汽车的高速转向性能[2]。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外研究的发展概况 2
1.3 课题研究的意义 4
1.4 课题研究步骤 4
2 悬架分析 5
2.1 麦弗逊悬架结构分析 3
2.2 麦弗逊悬架动力学分析 5
3 利用ADAMS建立悬架模型 7
3.1 ADAMS软件简介 7
3.2 ADAMS建模流程 7
3.3 建立麦弗逊前悬架模型 8
3.4 建立整车模型 11
4 前轮定位参数的仿真分析 12
4.1 麦弗逊悬架的前悬架系统仿真 12
4.2 整车稳态回转仿真试验 15
结论 19
致谢 20
参考文献 21
1 绪论
1.1 课题研究背景
如今，汽车行业发展迅速，但是如何确定汽车前轮定位参数仍然是困扰汽车业务设计的难点。这四个参数精确确定着前轮在底盘的空间位置，直接关系着操纵汽车行驶时候是否能按照驾驶员意愿行驶以及保证行驶时不偏离航道的稳定性，当汽车转向时驾驶员能以适宜的力度转动方向盘，以及转动后前轮可以自动回正。在设计前轮定位参数时，要求前轮外倾和前束有合理的匹配关系，可使前轮磨损在直线行驶工况或转向条件下减小。如果后倾角和前束值设计得不合理还导致前轮在工作时左右摇摆过度出现异常，使得车辆在操纵过程中不太稳定性，而且有关零部件受力会加大造成零部件的损坏，从而降低行驶时安全性与稳定性。因此，不合理的前轮定位参数会大 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
大降低汽车的使用性能，但由于前轮定位参数的确定遭到多种要素的影响，而且对汽车应用功能的影响前轮定位各参数之间是彼此影响的，这让前轮定位参数的确定更加艰巨。而现在，国内各汽车公司开发新车型的时候，理论基础上没有公式提高确切的前轮定位参数的选择，甚至连可供参考的方法也没有，主要是采用对比过去或者现在汽车定位参数的值进行参考，再进行大量实车试验来检查参数是否合理或者进行参数的优化。这不单单需要大批人力或者实验器材资源，而且设计一个车型所需的周期相当长，确定的数值也不够精准，参数的设计会形成盲目性。近几年，国内针对部分国产微车的性能进行实车研究时，即考察汽车的转向和操纵时能否准确执行驾驶员的指令和行驶时抵抗外界干扰保证汽车稳定的性能，显示有些车型的前轮定位参数实际值与标示值存在较大差异，但是如果将实际车的参数按标示值的数值来调整，车辆可能在实际应用中不满足使用者的使用要求，严重的情况会引发安全问题。如果我们可以通过计算机来模拟现实情况进行仿真分析，从而初步了解在汽车运动过程中前轮定位参数的变化规律以及变化特点。我们需要综合考虑各种会影响前轮定位参数对整车性能的影响因素，建立尽可能符合实际情况的整车或者前悬架的分析模型，才能知晓汽车在直线行驶时或者驾驶员操纵转向时前轮定位参数跟此时汽车的各种性能的关系，这样在汽车设计前期能更快地确定最优的定位参数。本研究将借助ADAMS软件建立一种可直接根据所给定汽车相关参数和实际情况所要求的汽车性能来直接确定或者优化前轮定位参数的一种方法[1]。
现如今，计算机技术飞速发展让很多大型多体动力学软件的应用更多地运用于实际问题的解决，在整车或者前悬架系统参数的设计上主要使用虚拟样机、虚拟试验技术成为可能。这一设计理念是采用自顶向下的思路，将多体动力学与 CAD 建模、有限元分析、电子控制等技术相结合，并通过物理样机试验来验证设计想法的快速设计方法，已经在汽车新产品设计中获得了日益广泛的应用。
1.2 国内外研究的发展概况
有关前轮定位参数数值的变更发展，本文主要针对前轮外倾角和前束角的变化作出些许介绍。在转向时，向心力与车速的平方成正比且车辆性能一直在进步车速增加，故离心力急剧增加，车身加大了向外侧斜的水平，正外倾增大，使外侧悬架负荷超量，外侧轮胎的变形程度越发严重。在外侧悬架超负荷时，外侧轮胎的内、外滚动半径的数值有明显差异时，使得转向时车轮的应用功能降低，而且加剧了轮胎的磨损。现在汽车轮胎都比较宽，而且充气压力比较低，所以汽车以较高的车速行驶时，轮胎可能不能保证百分百的纯滚动，滑动率会相应提高，平衡性能也会降低，长期行驶以后轮胎磨损可能会内外侧不均匀。当汽车高速行驶时，驾驶员转动方向盘可能汽车因为车速较高侧向会不稳定，假定减小该车的前轮外倾角甚至于到负值，相当于前轮外倾到内倾的程度，前轮外倾的不利水平这时能够相应程度得到去除，提高高速时转向稳定性。但是,因为在汽车的前轮加了外倾角，轮胎触及地面的面的外侧的速度会小于内侧，这样滑动率会提高很多。车轮不再做纯滚动运动，会导致轮胎外侧磨损严重，而且地面会给轮胎一个相对摩擦力相对主销形成力矩使得轮胎偏转使得汽车直行或者转向很不稳定。这个时候可以在汽车前轮加上前束角，使轮胎反向偏转，缩小因为外倾角形成的轮胎相对主销的变动。这样前束角与前轮外倾角彼此匹配，采用最合理的匹配值从而提高汽车直行或者转向时前轮的稳定性以及降低轮胎滑移磨损程度。车轮相对车身的外倾角变化包括由车身侧倾产生的车轮外倾变化和由车轮相对车身跳动的车轮外倾变化两部分。对独立悬架而言，当汽车转弯行驶时，车身侧倾后会造成车轮随车身一起倾斜，导致外侧车轮相对于地面的外倾角向正外倾的方向变化，其结果使轮胎在外倾推力作用下侧偏刚度下降，有利于整车不足转向效果的加大。但它也同时引起车轮在同样侧偏角下传递侧向力的能力降低，从而使整车的转向能力下降，不利于汽车在高速时的转向。为了补偿这种不利影响，在轿车悬架设计时常常将车轮外倾角设计成当车轮上跳时减小，车轮下落时增加，以增加汽车的高速转向性能[2]。
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