轻型客车前悬架及运动特性分析
轻型客车前悬架及运动特性分析[20200106202120]
双横臂独立悬架是目前汽车中使用最广泛的独立悬架之一。首先，本文介绍了汽车悬架设计方面在国内外的发展现状，说明论文研究的背景和意义，接着介绍了双横臂独立前悬架和ADAMS软件的一些基本知识，最后针对某车型双横臂独立悬架前轮轮距加宽的要求，提出几种改型设计的从而可以确定方案，基于ADAMS软件建立前悬架模型，并进行仿真分析和设计改进，然后观察轮距和定位参数变化的曲线趋势，根据曲线对改进方案的运动特性进行对比分析，选出运动特性最好的设计方案。通过5种运动特性曲线变化趋势可知，前束角变化最为灵敏，从而可以确定前梁加宽80 mm、两侧摆臂长度不变、转向拉杆加长80 mm的方案最优。它为双横臂独立悬架的研究提供了参考依据。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:双横臂独立悬架,ADAMS软件,定位参数,运动特性
目录
1 概述 1
1.1 课题的研究背景及意义 1
1.2 课题的国内外发展现状 1
1.3 课题的主要内容 3
2 双横臂扭杆式独立前悬架简介 3
2.1 双横臂独立悬架分类 4
2.2 双横臂独立悬架的结构特点 4
3 ADAMS软件的介绍 5
3.1 ADAMS/CAR 简介 5
3.2 MSC.ADAMS 主要功能 5
3.3 ADAMS软件的特点 5
3.4 ADAMS 的设计流程 6
4 前悬架改型设计方案与运动特性分析 6
4.1 用ADAMS/CAR建模分析要点 7
4.2 ADAMS/CAR模型 8
4.3 改型设计方案 9
5 三种前悬架模型的仿真分析 17
5.1 前悬架模型仿真分析的基本方法 17
5.2 运动过程中的各参数变化曲线及分析评定 17
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 概述
1.1 课题的研究背景及意义
汽车悬架是汽车的车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力联接装置的总称[1]。汽车悬架是由弹性元件、减震器和导向装置等三部分组成。
在汽车行驶过程中，悬架联接车桥和车架，同时也在车架与车桥之间传力，以保证汽车正常行驶；在车轮受到路面冲击时，上下跳动，通过悬架上弹性元件缓和冲击和减振元件衰减振动，来缓冲不平路面对汽车产生的冲击力，达到提高汽车的安全性和舒适性；在车轮转向时，悬架对车轮的良好导向，使车轮相对车身的运动满足车轮相对车架的跳动的要求，达到减小轮胎的磨擦。
轻型客车前悬架的设计应当满足安全性和舒适性的要求，就车辆的安全性而言，前悬架布置的所需要考虑的基本特征就是运动学。在运动学中，前轮驱动是汽车安全性最重要的先决条件，它可以保证车辆在临界驱动状态下保持良好的控制能力，同时为了保证制动时良好的方向稳定性，前悬架的运动设计必须满足当制动力处于一侧时，产生的横摆力矩得到补偿。这种一侧制动力对车辆方向稳定性产生的影响取决于前悬架的运动学和前轮制动器的位置。对于汽车的安全性，改善前悬架舒适性最常见的有效方法是增大悬架弹簧行程特别是压缩行程。此外，舒适性还受悬架减震器响应特性的影响，减小减震器的内摩擦及降低减震器支点的横向力可以进一步改进减震器的响应特性。综上可以得出，对于轻型客车前悬架设计及运动特性分析的研究对于改善汽车安全性和舒适性等方面性能具有十分重要的意义[2]。
1.2 课题的国内外发展现状
人类一直在追求着科技进步，就在马车刚出现的时候，人类为了使乘坐更加舒适，就开始对马车的悬架进行孜孜不倦的探索。在1776年，马车用的叶片弹簧取得了成功，并且一直使用到20 世纪30年代，叶片弹簧才逐渐被螺旋弹簧所代替。汽车诞生后，随着对悬架研究的深入，相继出现了扭杆弹簧、气体弹簧、橡胶弹簧、钢板弹簧等弹性元件[3]。1934年世界上出现了第一个由螺旋弹簧组成的被动悬架。被动悬架是指汽车的状态只能被动取决于路面、行驶状况和汽车的弹性原件、导向装置以及减震器这些机械零件。
被动悬架的参数可根据经验或优化设计的方法确定，其参数在行驶过程中保持不变。它是一系列路祝的折中，很难适应各种复杂路祝，减振效果较差。为了克服这种缺陷，采用了非线性刚度弹簧和车身高度调节的方法，虽然有一定成效，但无法根除被动悬架的弊端。被动悬架主要应用于中低档轿车上，根据导向装置的不同，被动悬架分为非独立悬架和独立悬架。现代轿车的前悬架一般采用带有横向稳定杆的麦弗逊式独立悬架，比如桑塔纳、夏利、赛欧等车，后悬架的选择较多，主要有复合式纵摆臂悬架和多连杆悬架等。
半主动悬架的研究，由D. A. Crosby和D. C. Karnopp首先提出。半主动悬架以改变悬架的阻尼为主，一般较少考虑改变悬架的刚度。其工作原理是:根据簧上质量相对车轮的速度响应、加速度响应等反馈信号，按照一定的控制规律调节弹簧的阻尼力或者刚度。半主动悬架产生力的方式与被动悬架相似，但其阻尼或刚度系数可根据运行状态调整，这和主动悬架极为相似。有级式半主动悬架是将阻尼分成几级，阻尼级由驾驶员根据“路感”选择或由传感器信号自动选择;无级式半主动悬架根据汽车行驶的路面条件和行驶状态，对悬架的阻尼在几毫秒内由最小到最大进行无级调节。由于半主动悬架结构较简单，工作时不需要消耗车辆的动力，而且可取得与主动悬架相近的性能，具有广阔的发展空间[4]。
随着道路交通的不断发展，汽车车速有了很大的提高，被动悬架的缺陷逐渐成为提高汽车性能的瓶颈，为此人们开发了能兼顾舒适性和操纵稳定性的主动悬架。美国通用汽车公司在悬架设计中率先提出主动悬架的概念。其指出在被动悬架的基础上，增加可调节刚度和阻尼的控制装置，使汽车的悬架在任何路而上保持最佳的行驶状态。控制装置通常由测量系统、反馈控制系统、能源系统等组成。现如今，世界各大著名的汽车公司和生产厂家竞相研制开发这种悬架。装备主动悬架的汽车，在不平路而高速行驶时，能够保证车身非常稳定，轮胎的噪音较小，转向和制动时车身保持水平[5]。它最具有的优势是乘坐非常舒服，当然，不同程度存在着结构复杂、能耗高、成本昂贵、可靠性问题。
在西方发达国家，半主动悬架早已趋于成熟，日产公司和福特公司首先在轿车上应用，取得了较好的效果。但主动悬架虽然提出早，但由于控制复杂，并且牵涉到许多学科，一直很难有大的突破，如今仍仅应用于排气量大的豪华汽车。未见国内汽车产品采用此技术的报道，只有同济大学和北京理工大学等少数几个研究机构对主动悬架展开研究。因为对于主动悬架技术掌握还不够娴熟，被动悬架是传统的机械结构，刚度和阻尼都是不可协调的，所以主动悬架在我国仍有较高的研究价值。同时由于汽车行驶的平顺性和操纵稳定性的要求，具有安全、智能和清洁的绿色智能悬架将是今后汽车悬架发展的趋势[6]。总体来说，主动悬架的减振效果好，性能优越，解决了汽车上的平顺性和操纵稳定性的矛盾。但汽车元件成本较高，工作时要需要更多的能量，整车质量也有所增加，因此主动悬架会大大增加汽车的成本和能量消耗。半主动悬架的减振性能接近主动悬架，操纵稳定性优于被动悬架。性能可靠，调节方便的可调阻尼减振器和算法简单有效的控制策略已经逐渐是半主动悬架未来发展的必经之路。被动悬架的性能虽然相对来说是最差，但它的生产成本最低，也不需消耗过多的能量，通过进一步优化悬架结构和参数可以继续提升悬架性能[7]。因此，被动悬架在一定的时间内仍将是应用最广泛的悬架系统。现如今，由于种种原因，我国的汽车绝大部分采用被动悬架，
悬架技术的技术创新和相关学科的发展密切相关。先进的计算机技术、自动控制技术、模糊控制、神经网络、先进制造技术、运动仿真等为悬架的进一步发展提供了有力的保障。同时，悬架的发展也给这些相关学科提出更高的理论要求，一者相辅相成，相互促进，从而实现真正的可持续发展[8]。
双横臂独立悬架是目前汽车中使用最广泛的独立悬架之一。首先，本文介绍了汽车悬架设计方面在国内外的发展现状，说明论文研究的背景和意义，接着介绍了双横臂独立前悬架和ADAMS软件的一些基本知识，最后针对某车型双横臂独立悬架前轮轮距加宽的要求，提出几种改型设计的从而可以确定方案，基于ADAMS软件建立前悬架模型，并进行仿真分析和设计改进，然后观察轮距和定位参数变化的曲线趋势，根据曲线对改进方案的运动特性进行对比分析，选出运动特性最好的设计方案。通过5种运动特性曲线变化趋势可知，前束角变化最为灵敏，从而可以确定前梁加宽80 mm、两侧摆臂长度不变、转向拉杆加长80 mm的方案最优。它为双横臂独立悬架的研究提供了参考依据。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:双横臂独立悬架,ADAMS软件,定位参数,运动特性
目录
1 概述 1
1.1 课题的研究背景及意义 1
1.2 课题的国内外发展现状 1
1.3 课题的主要内容 3
2 双横臂扭杆式独立前悬架简介 3
2.1 双横臂独立悬架分类 4
2.2 双横臂独立悬架的结构特点 4
3 ADAMS软件的介绍 5
3.1 ADAMS/CAR 简介 5
3.2 MSC.ADAMS 主要功能 5
3.3 ADAMS软件的特点 5
3.4 ADAMS 的设计流程 6
4 前悬架改型设计方案与运动特性分析 6
4.1 用ADAMS/CAR建模分析要点 7
4.2 ADAMS/CAR模型 8
4.3 改型设计方案 9
5 三种前悬架模型的仿真分析 17
5.1 前悬架模型仿真分析的基本方法 17
5.2 运动过程中的各参数变化曲线及分析评定 17
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 概述
1.1 课题的研究背景及意义
汽车悬架是汽车的车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力联接装置的总称[1]。汽车悬架是由弹性元件、减震器和导向装置等三部分组成。
在汽车行驶过程中，悬架联接车桥和车架，同时也在车架与车桥之间传力，以保证汽车正常行驶；在车轮受到路面冲击时，上下跳动，通过悬架上弹性元件缓和冲击和减振元件衰减振动，来缓冲不平路面对汽车产生的冲击力，达到提高汽车的安全性和舒适性；在车轮转向时，悬架对车轮的良好导向，使车轮相对车身的运动满足车轮相对车架的跳动的要求，达到减小轮胎的磨擦。
轻型客车前悬架的设计应当满足安全性和舒适性的要求，就车辆的安全性而言，前悬架布置的所需要考虑的基本特征就是运动学。在运动学中，前轮驱动是汽车安全性最重要的先决条件，它可以保证车辆在临界驱动状态下保持良好的控制能力，同时为了保证制动时良好的方向稳定性，前悬架的运动设计必须满足当制动力处于一侧时，产生的横摆力矩得到补偿。这种一侧制动力对车辆方向稳定性产生的影响取决于前悬架的运动学和前轮制动器的位置。对于汽车的安全性，改善前悬架舒适性最常见的有效方法是增大悬架弹簧行程特别是压缩行程。此外，舒适性还受悬架减震器响应特性的影响，减小减震器的内摩擦及降低减震器支点的横向力可以进一步改进减震器的响应特性。综上可以得出，对于轻型客车前悬架设计及运动特性分析的研究对于改善汽车安全性和舒适性等方面性能具有十分重要的意义[2]。
1.2 课题的国内外发展现状
人类一直在追求着科技进步，就在马车刚出现的时候，人类为了使乘坐更加舒适，就开始对马车的悬架进行孜孜不倦的探索。在1776年，马车用的叶片弹簧取得了成功，并且一直使用到20 世纪30年代，叶片弹簧才逐渐被螺旋弹簧所代替。汽车诞生后，随着对悬架研究的深入，相继出现了扭杆弹簧、气体弹簧、橡胶弹簧、钢板弹簧等弹性元件[3]。1934年世界上出现了第一个由螺旋弹簧组成的被动悬架。被动悬架是指汽车的状态只能被动取决于路面、行驶状况和汽车的弹性原件、导向装置以及减震器这些机械零件。
被动悬架的参数可根据经验或优化设计的方法确定，其参数在行驶过程中保持不变。它是一系列路祝的折中，很难适应各种复杂路祝，减振效果较差。为了克服这种缺陷，采用了非线性刚度弹簧和车身高度调节的方法，虽然有一定成效，但无法根除被动悬架的弊端。被动悬架主要应用于中低档轿车上，根据导向装置的不同，被动悬架分为非独立悬架和独立悬架。现代轿车的前悬架一般采用带有横向稳定杆的麦弗逊式独立悬架，比如桑塔纳、夏利、赛欧等车，后悬架的选择较多，主要有复合式纵摆臂悬架和多连杆悬架等。
半主动悬架的研究，由D. A. Crosby和D. C. Karnopp首先提出。半主动悬架以改变悬架的阻尼为主，一般较少考虑改变悬架的刚度。其工作原理是:根据簧上质量相对车轮的速度响应、加速度响应等反馈信号，按照一定的控制规律调节弹簧的阻尼力或者刚度。半主动悬架产生力的方式与被动悬架相似，但其阻尼或刚度系数可根据运行状态调整，这和主动悬架极为相似。有级式半主动悬架是将阻尼分成几级，阻尼级由驾驶员根据“路感”选择或由传感器信号自动选择;无级式半主动悬架根据汽车行驶的路面条件和行驶状态，对悬架的阻尼在几毫秒内由最小到最大进行无级调节。由于半主动悬架结构较简单，工作时不需要消耗车辆的动力，而且可取得与主动悬架相近的性能，具有广阔的发展空间[4]。
随着道路交通的不断发展，汽车车速有了很大的提高，被动悬架的缺陷逐渐成为提高汽车性能的瓶颈，为此人们开发了能兼顾舒适性和操纵稳定性的主动悬架。美国通用汽车公司在悬架设计中率先提出主动悬架的概念。其指出在被动悬架的基础上，增加可调节刚度和阻尼的控制装置，使汽车的悬架在任何路而上保持最佳的行驶状态。控制装置通常由测量系统、反馈控制系统、能源系统等组成。现如今，世界各大著名的汽车公司和生产厂家竞相研制开发这种悬架。装备主动悬架的汽车，在不平路而高速行驶时，能够保证车身非常稳定，轮胎的噪音较小，转向和制动时车身保持水平[5]。它最具有的优势是乘坐非常舒服，当然，不同程度存在着结构复杂、能耗高、成本昂贵、可靠性问题。
在西方发达国家，半主动悬架早已趋于成熟，日产公司和福特公司首先在轿车上应用，取得了较好的效果。但主动悬架虽然提出早，但由于控制复杂，并且牵涉到许多学科，一直很难有大的突破，如今仍仅应用于排气量大的豪华汽车。未见国内汽车产品采用此技术的报道，只有同济大学和北京理工大学等少数几个研究机构对主动悬架展开研究。因为对于主动悬架技术掌握还不够娴熟，被动悬架是传统的机械结构，刚度和阻尼都是不可协调的，所以主动悬架在我国仍有较高的研究价值。同时由于汽车行驶的平顺性和操纵稳定性的要求，具有安全、智能和清洁的绿色智能悬架将是今后汽车悬架发展的趋势[6]。总体来说，主动悬架的减振效果好，性能优越，解决了汽车上的平顺性和操纵稳定性的矛盾。但汽车元件成本较高，工作时要需要更多的能量，整车质量也有所增加，因此主动悬架会大大增加汽车的成本和能量消耗。半主动悬架的减振性能接近主动悬架，操纵稳定性优于被动悬架。性能可靠，调节方便的可调阻尼减振器和算法简单有效的控制策略已经逐渐是半主动悬架未来发展的必经之路。被动悬架的性能虽然相对来说是最差，但它的生产成本最低，也不需消耗过多的能量，通过进一步优化悬架结构和参数可以继续提升悬架性能[7]。因此，被动悬架在一定的时间内仍将是应用最广泛的悬架系统。现如今，由于种种原因，我国的汽车绝大部分采用被动悬架，
悬架技术的技术创新和相关学科的发展密切相关。先进的计算机技术、自动控制技术、模糊控制、神经网络、先进制造技术、运动仿真等为悬架的进一步发展提供了有力的保障。同时，悬架的发展也给这些相关学科提出更高的理论要求，一者相辅相成，相互促进，从而实现真正的可持续发展[8]。
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