双横臂独立悬架ADAMS建模及运动特性分析.pdf

2007年第3期双横臂独立悬架ADAMS建模及运动特性分析于海波1,2李幼德1门玉琢1邓阳庆1,21吉林大学2中国第一汽车集团公司技术中心【摘要】利用ADAMS建立了某轻型车完整的双横臂独立悬架运动学仿真模型,为反映车辆的真实行驶工况,对左、右车轮测试平台分别创建了随机激励。通过仿真分析,揭示了运动特性参数在悬架运动过程中的变化规律,并对原导向机构存在的问题进行了优化计算。结果表明,前轮定位参数在优化前、后的变化量较小,均在设计要求的范围内轮距和前轮侧向滑移量的变化较大,优化后二者都在理想的范围内变动,达到了预期优化目标。主题词独立悬架运动特性仿真优化中图分类号U463331文献标识码A文章编号10003703200703000503MODELINGANDKINEMATICCHARACTERISTICSANALYSISOFDOUBLEWISHBONEINDEPENDENTSUSPENSIONONADAMSYUHAIBO1,2,LIYOUDE1,MENYUZHUO1,DENGYANGQING1,21JILINUNIVERSITY2FAWGROUPCORPORATIONR为车轮前束角为主销后倾角为主销内倾角EX、EY、EZ,GX、GY、GZ,AX、AY、AZ,BX、BY、BZ分别表示E、G、A、B点在X、Y、Z坐标轴上的值。HKYKYL5式中,KY为右侧车轮上与KY对称点的坐标L为轮距的初始值。KYK0Y622运动学仿真模型建立由于本文是对双横臂独立悬架的运动学问题进行仿真计算,不考虑其动力学特性,因此应用ADAMS建模时做如下简化与假设A悬架中各零部件以及轮胎均为刚体B减振器阻尼特性为线性C零部件之间的所有连接都简化为铰链,内部间隙不计,各运动副内的摩擦力忽略不计D选择测试平台作为地面移动副,添加直线驱动来表示车轮受地面的激励作用。基于上述简化与假设,根据表1提供的悬架导向机构空间主要位置点坐标,建立了ADAMS运动学仿真模型,如图2。表1悬架导向机构空间主要位置点坐标值MM图2双横臂独立悬架ADAMS中的仿真模型模型中包括18个部件不包括地面、6个固定副、3个移动副、8个球副、4个转动副,2个点面约束、2个直线驱动,自由度数为2。3悬架运动学仿真及优化设计31运动学仿真分析考虑前轮的上、下最大跳动量,仿真时在地面和测试平台之间移动副上创建驱动。为能真实反映车辆的实际行驶条件,对左、右车轮分别施加随机位移激励模拟汽车通过不平路面时的工况。随机激励产生的具体步骤是把实际测得的左、右车轮空间路面不平度数据转化成一定车速下的时间路面不平度关系,利用ADAMS中的样条函数CUBSPL拟合生成时间随机位移激励。图3和图4是驱动左、右车轮的时间位移曲线。图3左侧车轮的驱动位移曲线图4右侧车轮的驱动位移曲线通过仿真分析,得到了前轮定位4个参数、轮距及前轮侧向滑移量随车轮上下跳动的变化特性曲线,如图5图10所示。从仿真结果看,前轮定位参数随车轮上下跳动变化较小,均在设计目标范围内,保证了汽车具有不足转向特性和自动回正能力,行驶过程中有很好的操纵稳定性及行驶安全性。YZX主要坐标点XYZ上横臂外接点A1228529826533上横臂内接点C1211266016207下横臂外接点B1186731254528下横臂内接点D1248253244885转向节内接点E1159630825863转向梯形断开点F1255120666122转向节外接点G1008381007780转向拉臂铰点H1325426635423减振器上支点M1288655846605减振器下支点N105684415421810050050100012345时间/S位移/MM10050050100012345时间/S位移/MM设计计算研究62007年第3期图8优化前、后主销内倾角图9优化前、后轮距随车轮图10优化前、后前轮侧向滑移量随车轮跳动对比曲线跳动对比曲线随车轮跳动对比曲线图5优化前、后车轮外倾角图6优化前、后前束角随车轮图7优化前、后主销后倾角随车轮跳动对比曲线跳动对比曲线随车轮跳动对比曲线轮距的变化从184997MM增加到189698MM图9侧向滑移量从699MM增加到1648MM图10。二者变化量较大,不但影响了汽车转向轻便性、直线行驶稳定性,还会导致轮胎的早期磨损,降低轮胎的使用寿命。对于独立悬架,要求轮距的变化尽量小。因为轮距变化使轮胎产生侧偏角,从而产生侧向力输入,使操纵稳定性发生变化。尤其汽车侧倾时,两侧车轮的横向滑移方向可能相同,轮距变化带来的侧向力不能抵消,从而使操纵稳定性变差。按照悬架的设计要求,当车轮上下跳动时,轮距变化量应为1010MM,该轮距的仿真结果显然超过了这个范围,所以有必要进行改进设计。32运动特性参数优化ADAMS软件为用户提供了强大的参数优化分析功能。用户可通过参数化建模,对模型的设计变量取不同的参数值进行仿真。为减轻轮胎磨损,同时提高汽车的操纵稳定性,本文定义轮距变化量与前轮侧向滑移量的绝对值之和作为目标函数,即FOBJH7HDYLWHEELMAR_K,RWHEELMAR_KBDYWHEELMAR_K,GROUNDMAR_K0式中,LWHEELMAR_K、RWHEELMAR_K分别表示左、右车轮上的K点和K点在Y坐标轴上的坐标值WHEELMAR_K、GROUNDMAR_K0分别表示左侧车轮上的K点和地面上的K0点在Y坐标轴上的坐标值DY为ADAMS中的位移函数。运动特性参数与悬架导向机构的空间位置及结构有关,经过分析,选取左、右车轮上横臂与下横臂及转向节内外接点的坐标作为设计变量。为满足悬架的设计要求,设计变量的坐标值被约束在如下的取值范围内XIMINXIXIMAXYIMINYIYIMAXZIMINZIZIMAX式中,I为左、右车轮的上横臂与下横臂及转向节内外各接点。当设计变量在允许范围内变化时,ADAMS软件能自动地选择设计变量,使目标函数式7获得最小值。悬架的运动特性参数优化前、后对比曲线参见图5图10,前轮定位参数变化值与设计值对比结果见表2。从优化结果看,前轮定位4个参数在优化前、后变化较小,基本保持不变轮距、前轮侧向滑移量变动较大轮距的变化在185846186674MM之间,变化量为828MM,满足轮距变化量1010MM的设计要求,车轮上跳时轮距适当增加,有利于提高汽车操纵稳定性前轮侧向滑移量从1648MM减小到优化前优化后02501500500501502503504505506507510050050100车轮跳动量/MM前束角/优化前优化后10050050100车轮跳动量/MM151005005车轮外倾角/优化前优化后403530252010050050100车轮跳动量/MM主销后倾角/优化前优化后11511010510095010050050100车轮跳动量/MM主销内倾角/优化前优化后19001890188018701860185010050050100车轮跳动量/MM轮距/MM优化前优化后2015105051010050050100车轮跳动量/MM前轮侧向滑移量/MM设计计算研究7汽车技术1回正控制方法电动助力转向系统主要由信号传感装置、转向助力机构及电子控制装置等组成。电子控制装置接收扭矩传感器的扭矩信号和车速传感器的车速信号,由此计算出输出电压,控制电动机的运行。回正223MM,滑移量的减小可以大大降低轮胎的磨损,保证汽车具有直线行驶的稳定性。4结束语从提高计算精度出发,考虑到随机激励对左、右悬架运动特性参数变化的相互影响,用ADAMS软件建立了完整的双横臂前独立悬架运动学仿真模型。针对轮距及前轮侧向滑移量随车轮上下跳动变化量偏大的问题进行了优化计算,优化后悬架的运动特性参数均达到理想的变化范围。参考文献1王其东等汽车双横臂式独立悬架机构运动特性分析合肥工业大学学报,2001,2462孙义杰等ADAMS/VIEW在汽车前悬架仿真应用及优化分析西华大学学报,2005,2463李军ADAMS实例教程北京北京理工大学出版社,20024陈黎卿等基于ADAMS的双横臂扭杆独立悬架操纵稳定性分析合肥工业大学学报,2005,2845郑建荣ADAMS虚拟样机技术入门与提高北京机械工业出版社,2001责任编辑辛民修改稿收到日期为2007年1月22日。前轮定位参数优化前优化后设计初始值设计目标变化量变化范围变化量变化范围变化量车轮外倾角03710914601311813101515前束角07102109205202007210510主销后倾角224375151215342127253818主销内倾角9911143152103811280909512120表2优化前、后前轮定位参数变化值与设计值对比电动助力转向系统回正控制策略研究程勇1王锋2罗石2苏清祖21中国汽车技术研究中心2江苏大学【摘要】在分析电动助力转向系统回正模型的基础上,提出了电动助力转向回正控制算法。尝试直接采用扭矩信号作为转向盘转角估计的依据,并以此为基础提出不需配置转角传感器的回正控制策略。在MATLAB中建立了电动助力转向系统的模型,并利用SIMULINK工具箱对算法进行了仿真。仿真结果表明,所提出的回正控制策略能提高转向盘的回正性能,并为台架试验打下了基础。主题词电动助力转向回正性控制算法中图分类号U4634文献标识码A文章编号10003703200703000803STUDYONRETURNCONTROLSTRATEGYFORELECTRICPOWERSTEERINGSYSTEMCHENGYONG1,WANGFENG2,LUOSHI2,SUQINGZU21CHINAAUTOMOTIVETECHNOLOGY2JIANGSUUNIVERSITY【ABSTRACT】INTHISPAPER,RETURNMODELOFELECTRICALPOWERSTEERINGSYSTEMISANALYZED,ANDACONTROLALGORITHMISDEVELOPEDFORELECTRICPOWERSTEERINGSYSTEMBASEDONTHEATTEMPTOFUSETORQUESIGNALASTHEGISTOFSTEERINGWHEELANGLEESTIMATION,ARETURNCONTROLSTRATEGYTHATDONTNEEDSTEERINGANGLESENSORISDEVELOPEDTHEAUTHORHASBUILDTHEEPSMODELWITHTHEUSEOFMATLA