双横臂独立悬架ADAMS建模及运动特性分析.pdf

2 0 0 7年第3期 双横臂独立悬架 A D A M S 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 1,2 (1 .吉林大学;2 .中国第一汽车集团公司技术中心) 【摘要】 利用A D A M S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:U 4 6 3 . 3 3 + 1文献标识码:A文章编号:1 0 0 0 - 3 7 0 3(2 0 0 7)0 3 - 0 0 0 5 - 0 3 Mo d e l i n ga n dK i n e ma t i c C h a r a c t e r i s t i c s A n a l y s i s o f D o u b l e - Wi s h b o n e I n d e p e n d e n t S u s p e n s i o no nA D A MS Y uH a i b o 1 , 2 , L i Y o u d e 1 , M e nY u z h u o 1 , D e n g Y a n g q i n g 1 , 2 (1 . J i l i nU n i v e r s i t y;2 . F A W G r o u pC o r p o r a t i o nR 为车轮前束角;为主销后 倾 角 ;为 主 销 内 倾 角 ;E x、Ey、Ez,Gx、Gy、Gz,Ax、Ay、 Az,B x、By、Bz分别表示E、G、A、B点在x、y、z坐标轴 上的值。 H = Ky- Ky - L(5) 式中,K y 为右侧车轮上与K y对称点的坐标;L为轮 距的初始值。 = Ky- K0 y(6) 2 . 2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 A D A M S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A D A M S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m m 图2双横臂独立悬架A D A M S中的仿真模型 模型中包括1 8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 3 . 1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 A D A M S中的样条函数C U B S P L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1 0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。 y z x 主要坐标点xyz 上横臂外接点A1 2 2 8 . 5 2 9 8 . 26 5 3 . 3 上横臂内接点C1 2 1 1 . 2 6 6 0 . 16 2 0 . 7 下横臂外接点B1 1 8 6 . 7 3 1 2 . 54 5 2 . 8 下横臂内接点D1 2 4 8 . 2 5 3 2 . 44 8 8 . 5 转向节内接点E1 1 5 9 . 6 3 0 8 . 25 8 6 . 3 转向梯形断开点F1 2 5 5 . 1 2 0 6 . 66 1 2 . 2 转向节外接点G1 0 0 8 . 3 8 1 0 . 07 7 8 . 0 转向拉臂铰点H1 3 2 5 . 4 2 6 6 . 35 4 2 . 3 减振器上支点M1 2 8 8 . 6 5 5 8 . 46 6 0 . 5 减振器下支点N1 0 5 6 . 8 4 4 1 . 54 2 1 . 8 1 0 0 5 0 0 - 5 0 - 1 0 0 012345 时间/ s 位移/ m m 1 0 0 5 0 0 - 5 0 - 1 0 0 012345 时间/ s 位移/ m m 设计 计算 研究 6 2 0 0 7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1 0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18 4 9 . 9 7m m增加到18 9 6 . 9 8 m m( 图9) ;侧向滑移量从- 6 . 9 9 m m增加到1 6 . 4 8 m m( 图1 0) 。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- 1 0 1 0 m m, 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。 3 . 2运动特性参数优化 A D A M S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: F o b j= H + (7) H =D Y(L W h e e l. M A R _ K , RW h e e l. M A R _ K )- B =D Y(Wh e e l . M A R _ K , G r o u n d . M A R _ K0) 式中,L W h e e l. M A R _ K、RW h e e l. M A R _ 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; Wh e e l . M A R _ K、G r o u n d . M A R _ K0分别表示左侧车轮 上的K点和地面上的K 0点在y坐标轴上的坐标值; D Y为A D A M S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: Xi m i n Xi Xi m a x Yi m i n Yi Yi m a x Z i m i n Zi Zi m a x 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,A D A M S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1 0, 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1 8 5 8 . 4 6 1 8 6 6 . 7 4 m m之间, 变化量为8 . 2 8 m m,满足轮距变化量- 1 0 1 0 m m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1 6 . 4 8 m m减小到 优化前 优化后 0 . 2 5 0 . 1 5 0 . 0 5 - 0 . 0 5 - 0 . 1 5 - 0 . 2 5 - 0 . 3 5 - 0 . 4 5 - 0 . 5 5 - 0 . 6 5 - 0 . 7 5 - 1 0 0 - 5 005 01 0 0 车轮跳动量/ m m 前束角/() 优化前 优化后 - 1 0 0 - 5 005 01 0 0 车轮跳动量/ m m 1 . 5 1 . 0 0 . 5 0 - 0 . 5 车轮外倾角/() 优化前 优化后 4 . 0 3 . 5 3 . 0 2 . 5 2 . 0 - 1 0 0 - 5 005 0 1 0 0 车轮跳动量/ m m 主销后倾角/() 优化前 优化后 1 1 . 5 1 1 . 0 1 0 . 5 1 0 . 0 9 . 5 0 - 1 0 0 - 5 005 01 0 0 车轮跳动量/ m m 主销内倾角/() 优化前 优化后 1 9 0 0 1 8 9 0 1 8 8 0 1 8 7 0 1 8 6 0 1 8 5 0 - 1 0 0 - 5 005 0 1 0 0 车轮跳动量/ m m 轮距/ m m 优化前 优化后 2 0 1 5 1 0 5 0 - 5 - 1 0 - 1 0 0 - 5 005 0 1 0 0 车轮跳动量/ m m 前轮侧向滑移量/ m m 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 2 . 2 3 m m,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A D A M S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, 2 0 0 1 , 2 4(6). 2孙义杰等. A D A M S / V I E W在汽车前悬架仿真应用及优化 分析.西华大学学报, 2 0 0 5 , 2 4(6). 3李军. A D A M S实例教程.北京: 北京理工大学出版社, 2 0 0 2 . 4陈黎卿等.基于A D A M S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, 2 0 0 5 , 2 8(4). 5郑建荣. A D A M S -虚拟样机技术入门与提高.北京: 机械工 业出版社, 2 0 0 1 . ( 责任编辑辛民) 修改稿收到日期为2 0 0 7年1月2 2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- 0 . 3 7 1 . 0 91 . 4 6- 0 . 1 3 1 . 1 81 . 3 10 1 . 51 . 5 前束角- 0 . 7 1 0 . 2 10 . 9 2- 0 . 5 2 0 . 2 00 . 7 2- 1 0 . 51 . 0 主销后倾角2 . 2 4 3 . 7 51 . 5 12 . 1 5 3 . 4 21 . 2 72 . 5 3 . 81 . 8 主销内倾角9 . 9 1 1 1 . 4 31 . 5 21 0 . 3 8 1 1 . 2 80 . 9 09 . 5 1 2 . 12 . 0 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 2 (1 .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m a t l a b中建立了电动助 力转向系统的模型, 并利用S i m u l i n k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:U 4 6 3 . 4文献标识码:A文章编号:1 0 0 0 - 3 7 0 3(2 0 0 7)0 3 - 0 0 0 8 - 0 3 S t u d yo nR e t u r nC o n t r o l S t r a t e g yf o r E l e c t r i c P o w e r S t e e r i n gS y s t e m C h e n g Y o n g 1 , Wa n g F e n g 2 , L u o S h i 2 , S uQ i n g z u 2 (1 . C h i n a A u t o m o t i v e T e c h n o l o g y 2 . J i a n g s uU n i v e r s i t y) 【A b s t r a c t】I nt h i sp a p e r , r e t u r nm o d e l o f e l e c t r i c a l p o w e rs t e e r i n gs y s t e m i sa n a l y z e d , a n dac o n t r o l a l g o r i t h m i s d e v e l o p e df o r e l e c t r i cp o w e r s t e e r i n gs y s t e m . B a s e do nt h ea t t e m p t o f u s et o r q u es i g n a l a s t h eg i s t o f s t e e r i n gw h e e l a n