ADAMS软件對汽车前悬架车轮定位参数的優化设计
ADAMS软件對汽车前悬架车轮定位参数的優化设计[20200907164349].txt
ADAMS软件对汽车前悬架车轮定位参数的优化设计
李军前,秦石
(机械与汽车工程,合肥工业大学,中国)
摘要:利用ADAMS软件建立I.个精确的汽车的前悬架模型,该悬架是I.种新开发的汽车双横臂悬架.随车轮跳动分析车轮的定位参数,解决汽车前束和外倾角变化趋势不合理的问题.利用ADAMS/INSIGH软件优化前悬架的硬点,对比优化前后的车轮定位参数,车轮前束角和外倾角变得更优,且所有的参数的变化幅度都在要求的范围内.
关键字:ADAMA/INSIGHT,悬架,运动学,车轮定位参数,优化
I.引言
作为底盘的关键部位,汽车悬架影响了整个汽车的操纵稳定性和行驶平顺性.悬架运动学直接反应了悬架的特性,因此本文利用ADAMS软件来分析悬架的运动灵敏度,找出影响悬架定位参数的主要硬点坐标并作出优化.最后,比较优化前后悬架的定位参数.
II双横臂独立悬架的模型
根据在CATIA软件中的模型,在ADAMS/CAR软件中建立悬架和转向子系统,然后生成悬架运动学模型.如图I.所示:
图I.ADAMS前悬架运动学模型
III悬架运动学特性的仿真分析
车轮平行跳动仿真分析是悬架运动学分析的基本方法.这是I.个综合性的分析,其工作条件主要包括:车轮跨越障碍物.撞击凹凸不平的路面.车辆加速或者减速导致的车声摆动等.我们设置的悬架跳跃高度为:上跳V0mm,下跳V0mm.由于悬架是对称存在的,所以我们只列举出左悬架的参数.
在车轮跳动过程中,汽车前束的变化对车轮制动性能.操纵稳定性和轮胎的磨损有着很重要的影响,所以前束越小越好.最好的结果出现在当车轮上跳时从零到负值的变化过程中,并且当车轮向下跳动时,前束呈现微弱的正值.图II所示的曲线走势是不符合要求的,因此必须需要进I.步的优化.
图II根据车轮跳动得到的前束值的变化曲线
外倾角会随着车轮的上下跳动而发生改变,它影响着车辆直行时的车身稳定性和稳态响应.当车轮向上跳跃时,其外倾角会减小;而当车轮向下跳跃时,其外倾角会增大.在图III中,根据车轮下跳得到的曲线趋势并不是很好,也需要进I.步的优化.
主销内倾角的存在提高了车辆直线行驶时的稳定性,并且它的另I.功能就是当车辆慢速行驶时,使车轮自动回转到中心位置.理想状况下,当车轮向上跳动时,主销内倾角会减少增加量,以防止主销内倾角改变太多.为了得到最佳的中心回转性能和稳定性,主销内倾角的范围I.般为VII°~I.V°.在图IV中,内倾角的范围是I.II.IIVIII°~I.II.VIIV°,满足内倾角的取值要求.
主销后倾角的功能是当车辆突然受到外力袭击时,产生与外力相反方向的力矩以保证车轮直线行驶.当车速越高时,后倾角就越大,产生的稳定扭矩也就越大.但主销后倾角不应该过大,否则会导致转向沉重,以至于外侧车轮的倾角转为负方向,并且会破坏车辆的操作稳定性.主销后倾角的变化范围为II.VIVII?IV.V°,满足后倾角的变化要求.
图III根据车轮跳动得到外倾角的变化曲线
图IV根据车轮跳动得到主销内倾角的变化曲线
图V根据车辆跳动得到主销后倾角的变化曲线
当车轮采用独立悬架时,其横向行程随着悬架的运动而变化.但是小的横向变化会被轮胎的变形抵消;当横向变形严重时,会造成轮胎两侧的磨损,并且会破坏操作稳定性.所以独立悬架的优越性就在于其具有较小的横向行程.如图VI所示,横向行程的范围是从0.VIIVIII毫米至III.IXIV毫米,非常小,所以满足要求.
IV优化悬架定位参数
通过对悬架运动特性的仿真分析,可以发现,前轮前束和外倾角的趋势是不符合要求的.因此就不得不调整悬架的硬点.
图VI根据车辆跳动得到的横向行程的变化曲线
结合使用ADAMS/Insight和ADAMS/CAR软件设置前束角和外倾角作为设计对象,并把向上和向下摆动手臂的VI个硬点.I.VIII个变量作为设计变量.根据设计变量造成的设计对象的变化,通过调整的设计变量具有较高的灵敏度,最终使得前束角和外倾角符合要求.ADAMS/INSIGHT采用单因素方差分析,提供ANOVA统计方法.RII和RIIadj表示合适程度.当RII是在0和I.之间时,数值越大,适合程度越好,当它是大于0.IX时,适合程度是最好的.RIIadj通常比RII小,当它是I.时,表示非常适合.P表示该表达符合是否是有用的项,数值越小,表示表达项越有用.R/V表示模型的计算值和原始数据之间的关系,该值应尽可能的大.当它大于I.0时,它表明预测结果是非常好的;但如果是低值,例如它小于IV,表明预测结果非常的不可信.表I.中的参数可以测试合适的质量.并从它,我们可以找到很好的拟合.
表I.合适程度
通过设计变量引起的对前束角和外倾角的影响程度显示在表II和表III中.这些数字只显示前VI个设计变量,极大地影响设计对象.
表II设计变量对前束的影响程度
表III设计变量对外倾角的影响程度
根据敏感性分析的结果,调整VI个硬点坐标上下摆臂,最后优化结果显示在图VII至图I.I.中.
图VII根据车轮跳动得到的车轮前束的的变化曲线
图VIII根据车轮跳动得到的前轮外倾角的变化曲线
图IX根据车轮跳动得到的主销内倾角的变化曲线
图I.0根据车轮跳动得到的主销后倾角的变化曲线
图I.I.根据车轮跳动得到的横向行程的变化曲线
V结论
在本文中,首先运用ADAMS/CAR软件建立精确的双横臂悬模型并且分析其运动学特性.前轮前束和外倾角的变化趋势是很不合理的,所以运用ADAMS/INSIGHT来优化.设置前束角和外倾角作为设计对象,上下摆臂的VI个硬点作为设计变量,然后做敏感性分析.调整影响悬架特性的主要坐标并获得符合要求的车轮定位参数.
参考文献:
[I.]Pang,S.-Y.:SensitivityAnalyseandOptimizeofSuspensionKinematics&Elestokinematicsonaoff-roadVehicle.JilinUniversityofTechnology,ChangChun(II00VII)
[II]Yang,J.-S.:SuspensionK&CCharacteristicSensitivityAnalysistoAutomotiveHandling.JilinUniversityofTechnology,ChangChun(II00VIII)
[III]Shi,Q.,Qian,L.-J.,Zhu,A.-D.:SimulationAnalysisofADoubleWishbone’sFrontSuspensionK&CCharacteristicsBasedonADAMS(unpublished)
[IV]Ding,Y.-K.,Zhai,R.-G.,Jing,X.-W.:OptimizationofAlignmentParametersofAutomotiveSuspensionbasedonADAMS/INSIGHT.AutomobileTechnologyIVIIVIII,IIIIII–IIIVI(II0I.I.)
[V]Zhao,L.-W.:AnalysisofSuspensionCharacteristicandExperimentalOptimizationbasedonK&CTest.JilinUniversityofTechnology,ChangChun(II00VIII)
[VI]Ruan,W.-Z.:AnalysisandDesignOptimizationofSuspensionSystembasedonADAMS.HeFeiUniversityofTechnology,HeFei(II00VIII)
[VII]Wang,Z.-H.,Yin,M.-D.:TheApplicationofADAMS/INSIGHTintheDoubleWishboneTorsionIndependentTorsionSuspension.MechanicalEngineeringandAutomation(JuneII00IX)
[VIII]Liu,Y.:ApreliminarystudyoftheeffectofsuspensionK&Ccharacteristicsonvehiclehandlingperformance.MachineryDesign&Manufacture(SeptemberII0I.0)
[IX]Pan,G.-C.,Huang,H.,Liu,X.-T.,Liu,C.-H.:TheKinematicalAnalysisoftheDouble-wishboneIndependentSuspension.MachineryDesign&Manufacture(NovemberII00IX)
[I.0]Liao,S.-H.,Guo,C.-J.,Duan,S.-Y.:K&CCharacteristicsSimulationAnalysisoftheMacphersonFrontSuspensionofaCompactCar.AgricultureEquipment&VehicleEngineering(III)(II0I.I.)
ADAMS软件对汽车前悬架车轮定位参数的优化设计
李军前,秦石
(机械与汽车工程,合肥工业大学,中国)
摘要:利用ADAMS软件建立I.个精确的汽车的前悬架模型,该悬架是I.种新开发的汽车双横臂悬架.随车轮跳动分析车轮的定位参数,解决汽车前束和外倾角变化趋势不合理的问题.利用ADAMS/INSIGH软件优化前悬架的硬点,对比优化前后的车轮定位参数,车轮前束角和外倾角变得更优,且所有的参数的变化幅度都在要求的范围内.
关键字:ADAMA/INSIGHT,悬架,运动学,车轮定位参数,优化
I.引言
作为底盘的关键部位,汽车悬架影响了整个汽车的操纵稳定性和行驶平顺性.悬架运动学直接反应了悬架的特性,因此本文利用ADAMS软件来分析悬架的运动灵敏度,找出影响悬架定位参数的主要硬点坐标并作出优化.最后,比较优化前后悬架的定位参数.
II双横臂独立悬架的模型
根据在CATIA软件中的模型,在ADAMS/CAR软件中建立悬架和转向子系统,然后生成悬架运动学模型.如图I.所示:
图I.ADAMS前悬架运动学模型
III悬架运动学特性的仿真分析
车轮平行跳动仿真分析是悬架运动学分析的基本方法.这是I.个综合性的分析,其工作条件主要包括:车轮跨越障碍物.撞击凹凸不平的路面.车辆加速或者减速导致的车声摆动等.我们设置的悬架跳跃高度为:上跳V0mm,下跳V0mm.由于悬架是对称存在的,所以我们只列举出左悬架的参数.
在车轮跳动过程中,汽车前束的变化对车轮制动性能.操纵稳定性和轮胎的磨损有着很重要的影响,所以前束越小越好.最好的结果出现在当车轮上跳时从零到负值的变化过程中,并且当车轮向下跳动时,前束呈现微弱的正值.图II所示的曲线走势是不符合要求的,因此必须需要进I.步的优化.
图II根据车轮跳动得到的前束值的变化曲线
外倾角会随着车轮的上下跳动而发生改变,它影响着车辆直行时的车身稳定性和稳态响应.当车轮向上跳跃时,其外倾角会减小;而当车轮向下跳跃时,其外倾角会增大.在图III中,根据车轮下跳得到的曲线趋势并不是很好,也需要进I.步的优化.
主销内倾角的存在提高了车辆直线行驶时的稳定性,并且它的另I.功能就是当车辆慢速行驶时,使车轮自动回转到中心位置.理想状况下,当车轮向上跳动时,主销内倾角会减少增加量,以防止主销内倾角改变太多.为了得到最佳的中心回转性能和稳定性,主销内倾角的范围I.般为VII°~I.V°.在图IV中,内倾角的范围是I.II.IIVIII°~I.II.VIIV°,满足内倾角的取值要求.
主销后倾角的功能是当车辆突然受到外力袭击时,产生与外力相反方向的力矩以保证车轮直线行驶.当车速越高时,后倾角就越大,产生的稳定扭矩也就越大.但主销后倾角不应该过大,否则会导致转向沉重,以至于外侧车轮的倾角转为负方向,并且会破坏车辆的操作稳定性.主销后倾角的变化范围为II.VIVII?IV.V°,满足后倾角的变化要求.
图III根据车轮跳动得到外倾角的变化曲线
图IV根据车轮跳动得到主销内倾角的变化曲线
图V根据车辆跳动得到主销后倾角的变化曲线
当车轮采用独立悬架时,其横向行程随着悬架的运动而变化.但是小的横向变化会被轮胎的变形抵消;当横向变形严重时,会造成轮胎两侧的磨损,并且会破坏操作稳定性.所以独立悬架的优越性就在于其具有较小的横向行程.如图VI所示,横向行程的范围是从0.VIIVIII毫米至III.IXIV毫米,非常小,所以满足要求.
IV优化悬架定位参数
通过对悬架运动特性的仿真分析,可以发现,前轮前束和外倾角的趋势是不符合要求的.因此就不得不调整悬架的硬点.
图VI根据车辆跳动得到的横向行程的变化曲线
结合使用ADAMS/Insight和ADAMS/CAR软件设置前束角和外倾角作为设计对象,并把向上和向下摆动手臂的VI个硬点.I.VIII个变量作为设计变量.根据设计变量造成的设计对象的变化,通过调整的设计变量具有较高的灵敏度,最终使得前束角和外倾角符合要求.ADAMS/INSIGHT采用单因素方差分析,提供ANOVA统计方法.RII和RIIadj表示合适程度.当RII是在0和I.之间时,数值越大,适合程度越好,当它是大于0.IX时,适合程度是最好的.RIIadj通常比RII小,当它是I.时,表示非常适合.P表示该表达符合是否是有用的项,数值越小,表示表达项越有用.R/V表示模型的计算值和原始数据之间的关系,该值应尽可能的大.当它大于I.0时,它表明预测结果是非常好的;但如果是低值,例如它小于IV,表明预测结果非常的不可信.表I.中的参数可以测试合适的质量.并从它,我们可以找到很好的拟合.
表I.合适程度
通过设计变量引起的对前束角和外倾角的影响程度显示在表II和表III中.这些数字只显示前VI个设计变量,极大地影响设计对象.
表II设计变量对前束的影响程度
表III设计变量对外倾角的影响程度
根据敏感性分析的结果,调整VI个硬点坐标上下摆臂,最后优化结果显示在图VII至图I.I.中.
图VII根据车轮跳动得到的车轮前束的的变化曲线
图VIII根据车轮跳动得到的前轮外倾角的变化曲线
图IX根据车轮跳动得到的主销内倾角的变化曲线
图I.0根据车轮跳动得到的主销后倾角的变化曲线
图I.I.根据车轮跳动得到的横向行程的变化曲线
V结论
在本文中,首先运用ADAMS/CAR软件建立精确的双横臂悬模型并且分析其运动学特性.前轮前束和外倾角的变化趋势是很不合理的,所以运用ADAMS/INSIGHT来优化.设置前束角和外倾角作为设计对象,上下摆臂的VI个硬点作为设计变量,然后做敏感性分析.调整影响悬架特性的主要坐标并获得符合要求的车轮定位参数.
参考文献:
[I.]Pang,S.-Y.:SensitivityAnalyseandOptimizeofSuspensionKinematics&Elestokinematicsonaoff-roadVehicle.JilinUniversityofTechnology,ChangChun(II00VII)
[II]Yang,J.-S.:SuspensionK&CCharacteristicSensitivityAnalysistoAutomotiveHandling.JilinUniversityofTechnology,ChangChun(II00VIII)
[III]Shi,Q.,Qian,L.-J.,Zhu,A.-D.:SimulationAnalysisofADoubleWishbone’sFrontSuspensionK&CCharacteristicsBasedonADAMS(unpublished)
[IV]Ding,Y.-K.,Zhai,R.-G.,Jing,X.-W.:OptimizationofAlignmentParametersofAutomotiveSuspensionbasedonADAMS/INSIGHT.AutomobileTechnologyIVIIVIII,IIIIII–IIIVI(II0I.I.)
[V]Zhao,L.-W.:AnalysisofSuspensionCharacteristicandExperimentalOptimizationbasedonK&CTest.JilinUniversityofTechnology,ChangChun(II00VIII)
[VI]Ruan,W.-Z.:AnalysisandDesignOptimizationofSuspensionSystembasedonADAMS.HeFeiUniversityofTechnology,HeFei(II00VIII)
[VII]Wang,Z.-H.,Yin,M.-D.:TheApplicationofADAMS/INSIGHTintheDoubleWishboneTorsionIndependentTorsionSuspension.MechanicalEngineeringandAutomation(JuneII00IX)
[VIII]Liu,Y.:ApreliminarystudyoftheeffectofsuspensionK&Ccharacteristicsonvehiclehandlingperformance.MachineryDesign&Manufacture(SeptemberII0I.0)
[IX]Pan,G.-C.,Huang,H.,Liu,X.-T.,Liu,C.-H.:TheKinematicalAnalysisoftheDouble-wishboneIndependentSuspension.MachineryDesign&Manufacture(NovemberII00IX)
[I.0]Liao,S.-H.,Guo,C.-J.,Duan,S.-Y.:K&CCharacteristicsSimulationAnalysisoftheMacphersonFrontSuspensionofaCompactCar.AgricultureEquipment&VehicleEngineering(III)(II0I.I.)
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