麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真【汽车类】【带PROE三维+ADAMS文件】【5张CAD图纸】【优秀】

麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真78页 28000字数+说明书+任务书+开题报告+ProE零件图+ADAMS悬架模型+5张CAD图纸【详情如下】ADAMS悬架模型.rarProE零件图.rar三维模型图.doc下横臂.dwg中期检查表.doc任务书.doc优秀设计.doc减震器.dwg制动盘.dwg封皮.doc封面.doc悬架装配图.dwg成绩评定表.doc指导教师评分表.doc指导记录.doc答辩评分表.doc设计图纸5张.dwg评阅人评分表.doc转向节.dwg题目审定表.doc麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真开题报告.doc麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真说明书.doc摘要现在的人们对汽车的要求越来越高，在获得良好的动力性和经济性的同时，还要求具有良好的操纵稳定性。汽车的操纵稳定性是影响汽车行驶安全性的重要性能之一，因此，如何研究和评价汽车的操纵稳定性，以获得良好的汽车主动安全性能一直是关于汽车研究的一个重要课题。本文首先对某车型麦弗逊前悬架的结构以及悬架的设计要求进行了分析.然后在ADAMS/View模块中麦弗逊式悬架建模的方法，分析了参数化悬架模型的方法，并对模型进行了参数化,进行了悬架运动学仿真分析。分析了悬架各性能参数（主销内倾角、主销后倾角、车轮外倾角、车轮前束角和前轮侧向滑移量）在车轮跳动过程中的变化趋势，并指出需要改进的地方。研究多个设计变量的变化对样机性能的影响，并总结规律，提出优化设计的方案。再次进行仿真，对比分析了优化前后的仿真结果，并评价了优化方案。优化后悬架的性能明显提高，验证了优化方案的可行性。本文研究的目的和意义为在试制前的阶段进行设计和试验仿真，并且提出改进意见。在产品制造出之前，就可以发现并更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率。本文的初步研究具有一定的实践和应用价值。关键词：麦弗逊悬架; ADAMS/View; 建模; 运动仿真ABSTRACTNowadays，along with the popularization of the vehicle，the requirement for the vehicle becomes higher and higherThe favorable handling stability performance is required as well as the favorable power performance and economical performanceThe handling stability of a vehicle is one of the important characters that have effect on the active safety performance of vehicle，therefore，it is always an important subject that how the handling stability performance is researched and evaluated to gain a favorable active safety performanceFirstly ,I have a detailed analysis for Macpherson suspension structureFollowing, The paper introduced how to build a model for the half of the suspension ADAMSView，discussed the performance of the front wheel alignment parameters such as the kingpin inclination ,caster ,camber ,the toe angle and sideways displacement in a front wheel vehicle positioningThe model was a virtual front suspension test platform，and analyzed the change trend of the suspension performance parameters in the process of flopping the wheelThe impacts of its changes in the trend of design variables are also analyzedmake all optimized design of the program，with the comparative analysis to verify the feasibility of the optimization program before and after the optimization，the suspensions key data was generated，the virtual design was finishedThe purpose and significance of the article lies in establishing a vehicle Macpherson suspension of the virtual design platform for virtual simulation test，pioneering a more scientific approach for the design and development of Macpherson suspension，combining the automobile design theory，resolving problems in the field of kinematics and dynamics，improving the quality of designThis research will also contribute to enhance the ability to independently develop products for Chinas automobile industrythe research of this article has high theory meaning and practical valueKey Words：Macpherson Suspension; ADAMS/ View; Modeling; Motion Simulation目录摘要Abstract第1章绪论11.1 选题的目的11.2 选题的意义11.3 悬架技术研究现状21.4 研究内容和方法31.5 预期结果4第2章麦弗逊式独立悬架结构分析52.1 悬架的组成与分类52.1.1 悬架的组成52.1.2 悬架的分类62.2 本章小结11第3章麦弗逊式独立悬架设计123.1 悬架机构形式确定123.2 主要依据参数的确定143.3 悬架的弹性特性和工作行程153.4 螺旋弹簧的设计163.4.1 螺旋弹簧的刚度163.5 减震器结构类型的选择193.6 减震器参数设计233.7 横向稳定杆设计253.7.1 横向稳定杆的作用253.7.2 稳定杆接头形式选择263.7.3 稳定杆直径计算263.7.4 稳定杆校核283.8 轮胎尺寸283.9 半轴初步计算283.10 本章小结29第4章基于ADAMS/View的悬架优化分析304.1 虚拟样机技术简介304.2 虚拟样机技术的实现ADAMS软件介绍304.3 麦弗逊悬架简化模型314.4 在ADAMS/View中创建悬架模型324.5 测试悬架模型364.6 悬架参数化464.6.1 创建设计变量474.6.2 设计点参数化484.6.3 实体参数化524.7 优化前悬架模型534.7.1方法534.7.2优化模型554.7.3 优化方案574.7.4 优化结果594.7.5 优化结果的评价624.8 本章小结62第5章麦弗逊前悬架三维实体建模635.1 悬架各零件建模635.1.1 车轮的创建635.1.2 螺旋弹簧的创建645.1.3 制动盘的创建655.1.4 转向节的创建655.1.5 下横臂的创建655.1.6 减震器的创建665.1.7 其他零部件的创建665.2悬架的装配675.2.1 组件装配概述675.2.2 装配悬架组件的过程675.3 本章小结69结论70参考文献71致谢73第1章绪论1.1 选题的目的由于悬架系统在汽车行驶中占有重要地位和发挥关键作用，悬架的研究越来越受到广泛的重视。在传统设计和研究方法的基础上，也出现了许多先进的方法和技术，比如CAD/CAE技术、有限元分析、模拟仿真、虚拟设计、优化设计等等。所以悬架系统的研究设计具有广阔的前景。在实际当中，如果悬架结构设计不当，将会大大影响汽车产品的使用性能，出现转向沉重、车轮摆振、轮胎偏磨严重、轮胎使用寿命缩短等现象。本课题研究的目的就在于运用CAD/CAE技术对车辆麦弗逊式前悬架的虚拟设计。在试制前的阶段进行悬架结构布置和建模仿真，获得分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系，总结规律。获得相关数据，在产品制造出之前，就可以发现并更正设计缺陷，通过对模型某项或是多项性能指标进行优化，通过调节相应的参数来满足设计要求,从而为汽车悬架的设计提供一种新的可行性方案,为生产实践提供必要的理论支持。1.2 选题的意义悬架是车辆行驶系的重要的组成部分。其主要任务是弹性连接车轮与车架，传递二者之间的力和力矩，并缓和冲击、衰减振动。性能优良的悬架系统对改善车辆的操纵稳定性、行驶平顺性、减轻车辆自重、改善轮胎的磨损状况以及减少对公路的破坏具有重要意义。传统的悬架设计一般采用经验设计法、数学推导法以及几何作图等方法, 在悬架系统设计、试验、试制整个过程中必须边试验、边改进，从设计到试制、试验、定型，产品开发成本较高，虽然可以满足设计要求, 但精度和效率不高。所以，传统的方法已经很难满足日益加速的设计需求, 为缩短开发周期, 降低开发成本, 有必要采用新的设计方法。运用虚拟样机技术，结合虚拟设计和虚拟试验，可以大大简化悬架系统设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，提高产品质量和产品的系统性能，获得最优设计产品。有利于企业抢占市场和发展先机，提高经济效益和社会效益。1.4 研究内容和方法应用机械系统动力学仿真分析软件对本课题研究的主要内容包括以下几个方面：1 分析车型的结构特点并获取悬架建模所需要的参数；2 利用机械系统动力学仿真软件ADAMS建立前悬架模型，就其特性参数进行仿真分析，并就结构参数进行优化。分析麦弗逊式悬架的结构和悬架设计要求，在悬架设计中，根据整车的布置要求以及经验数据，确定悬架的整体空间数据和性能参数，运用PRO/E建立三维物理模型，并在ADAMS软件平台上建立麦弗逊悬架的简化物理模型，进行运动学仿真分析，通过分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系获得相关数据，优化相关参数，建立虚拟麦弗逊悬架模型。1.5 预期结果按照任务和进度要求，应该实现这些预期和相应结果：首先在完成必要的设计计算后，利用ADAMS平台，建立简化的麦弗逊前悬架模型，并进行运动学仿真，获得相应的性能曲线。然后将模型参数化，创建若干设计变量，进行优化分析，找出影响悬架性能的主要因素，为进一步改进设计提供理论基础。设计完成后应提交的文件和图表：（1）1.5万字的设计说明书一份，包括设计计算部分内容、悬架建模和仿真分析过程，重点是分析过程；（2）零件图一套（包括PRO/E零件图），基于优化完成后确定的结构参数在三维建模软件，建立悬架总成的装配图、零件图；（3）基于虚拟软件ADAMS/View 的仿真分析，给出具体的实现过程。3.2 主要依据参数的确定本次设计主要是根据2010款北京现代ix35尊贵版6档手自一体型前悬架来进行的，具体车型参数配置如表3.1。表中前后轮距数据为参考同类车型确定表3.1 北京现代ix35尊贵版整体尺寸数据表车身长/宽/高4420 /1820/1690轴距2640前轮距1570后轮距1570整车整备质量1521最小离地间隙170发动机形式/排量2.4D0HC 16v IIdualCWT 2359ml轮胎规格225/60悬架系统前：麦弗逊独立前悬架后：多连杆独立后悬架最大总质量18211、悬架的空间几何参数在确定零件尺寸之前，需要先大体确定悬架的空间几何参数。麦弗逊式悬架的受力图如图3.2所示。根据车轮尺寸，确定G点离地高度为230，根据车身高度确定D大致高度为850，O点距车轮中心平面120，减震器安装角度10.7°。结论本文应用ADAMS分析软件对麦克逊式前悬架进行了建模和仿真分析，对模型的某项或是多项性能指标进行优化，找出一个较优的结果，通过调节相应的参数来满足设计要求。该课题在机械、机构的设计和悬架系统开发设计中非常实用，为汽车悬架的运动学分析，评价其特性和结构特点提出了切实可行的依据和方法，对进一步改进和提高设计结构和参数提供了可靠依据。全文的主要工作和研究成果如下：1、根据所选车型基本数据初步计算了麦弗逊前悬架空间结构参数；2、在多体动力学分析软件ADAMS/View平台上建立麦弗逊悬架模型，并进行运动学仿真，得到前轮的定位参数与车轮跳动量的变化关系曲线，进而对该轿车的前悬架系统的性能做了初步的评估。3、对悬架模型参数化，然后进行优化设计。ADAMS/View提供了3种类型的参数化分析过程。本文优化时采用设计研究方法，来考虑各个变量对悬架性能的影响。在参数化分析中，ADAMS/View采用不同的设计参数值，自动地运行一系列的仿真分析，然后返回分析结果。观察设计参数的变化对目标函数的影响，可以确定使目标函数得到优化的各个变量的值。4、根据优化结果，在Pro/ENGNEER上建立麦弗逊悬架三维实体模型。综上所述, 本文以ADAMS/View为工具进行了麦弗逊悬架的建模、仿真，并进行麦弗逊悬架的结构优化, 优化后车轮滑移量的变化降低了12.7% , 轮胎的磨损问题得到改善；同时, 优化后的前束角变化降低了48.1%、主销后倾角整体增加、主销内倾角增加了约15%、车轮外倾角减少10% ,从而保证了汽车具有良好的操纵稳定性。最后得出优化后的的悬架结构参数, 在实际的工程设计中能起到指导作用。参数优化前优化后主销内倾角(°)8.010.19.4211.60主销后倾角(°)1.271.502.0752.438前轮前束角(°)-0.540.57-0.280.26前轮外倾角(°)0.741.55-0.661.50前轮滑移量(mm)-8.58.0-7.486.82参考文献1陈家瑞主编.汽车构造：下册M.北京：人民交通出版社，2002.2齐志鹏主编.汽车悬架和转向系统的结构原理与检修M.北京：人民邮电出版社，2002.3余志生主编.汽车理论.第四版M.北京：机械工业出版社，2006.5.4王望予主编.汽车设计.第四版M.北京：机械工业出版社，2004.8.5刘惟信主编.汽车设计M.北京：清华大学出版社，2001.6机械设计手册编委会编著.机械设计手册.第三版第二卷M.北京：机械工业出版社，2004.8.7陈德民，槐创锋，张克涛等编著.精通ADAMS 2005/2007 虚拟样机技术M.北京：化学工业出版社，2010.2.8李军等编.ADAMS实例教程M.北京：北京理工大学出版社，2002.9郭卫东编著.虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程M.10谭雪松，甘露萍，张黎骅编著.Pro/ENGINEER Wildfire中文版基础教程M.北京：人民邮电出版社，2005.9.11曾俊夫.舒适乘坐的基石汽车悬挂系统之麦弗逊式独立悬架J.当代汽车,2007,(7).12谷忠雨,张光德,雷春青,张旺,李梦.麦弗逊悬架系统仿真分析应用研究J. 汽车科技,2010,(5).13张俊,何天明.麦弗逊前悬架的虚拟设计及优化J.北京汽车,2006,(5).14陆丹.基于ADAMS的麦弗逊前悬架优化设计J.学术前沿江苏：江苏大学，2004(8)15廖力成.基于多体系统动力学的麦弗逊悬架运动学仿真与优化设计D.武汉科技大学硕士学位论文，2009.16汪文龙.车辆操纵稳定性的虚拟仿真技术研究D.合肥工业大学硕士学位论文，2006.17雷刚.基于ADAMS的麦弗逊式悬架系统的虚拟仿真分析及其优化设计D.武汉理工大学硕士学位论文18Keiichi MotovamaPhDTakashi YamanakaA Study of Suspension DesignUsing Optimization and DOEMechanical Dynamics，Ine.InternationalADAMS User Conference，200019卫修敬.轿车悬架结构与车轮定位角J.汽车维护与修理,1999,(12).20廖力成.基于多体系统动力学的麦弗逊悬架运动学仿真与优化设计D.武汉：武汉科技大学硕士学位论文，2009.21尉庆国,王振华.基于ADAMS的特种车麦弗逊悬架实体建模与分析J.农业装备与车辆工程,2008,(8).

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关键词：: 麦弗逊前悬架参数匹配运动仿真汽车 proe三维 adams文件 cad图纸

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麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真

78页 28000字数+说明书+任务书+开题报告+ProE零件图+ADAMS悬架模型+5张CAD图纸【详情如下】

ADAMS悬架模型.rar

ProE零件图.rar

三维模型图.doc

下横臂.dwg

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制动盘.dwg

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麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真开题报告.doc

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摘要

现在的人们对汽车的要求越来越高，在获得良好的动力性和经济性的同时，还要求具有良好的操纵稳定性。汽车的操纵稳定性是影响汽车行驶安全性的重要性能之一，因此，如何研究和评价汽车的操纵稳定性，以获得良好的汽车主动安全性能一直是关于汽车研究的一个重要课题。

本文首先对某车型麦弗逊前悬架的结构以及悬架的设计要求进行了分析.然后在ADAMS/View模块中麦弗逊式悬架建模的方法，分析了参数化悬架模型的方法，并对模型进行了参数化,进行了悬架运动学仿真分析。分析了悬架各性能参数（主销内倾角、主销后倾角、车轮外倾角、车轮前束角和前轮侧向滑移量）在车轮跳动过程中的变化趋势，并指出需要改进的地方。研究多个设计变量的变化对样机性能的影响，并总结规律，提出优化设计的方案。再次进行仿真，对比分析了优化前后的仿真结果，并评价了优化方案。优化后悬架的性能明显提高，验证了优化方案的可行性。

本文研究的目的和意义为在试制前的阶段进行设计和试验仿真，并且提出改进意见。在产品制造出之前，就可以发现并更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率。本文的初步研究具有一定的实践和应用价值。

关键词：麦弗逊悬架; ADAMS/View; 建模; 运动仿真

ABSTRACT

Nowadays，along with the popularization of the vehicle，the requirement for the vehicle becomes higher and higher．The favorable handling stability performance is required as well as the favorable power performance and economical performance．The handling stability of a vehicle is one of the important characters that have effect on the active safety performance of vehicle，therefore，it is always an important subject that how the handling stability performance is researched and evaluated to gain a favorable active safety performance．

Firstly ,I have a detailed analysis for Macpherson suspension structure．Following, The paper introduced how to build a model for the half of the suspension ADAMS／View，discussed the performance of the front wheel alignment parameters such as the kingpin inclination ,caster ,camber ,the toe angle and sideways displacement in a front wheel vehicle positioning．The model was a virtual front suspension test platform，and analyzed the change trend of the suspension performance parameters in the process of flopping the wheel．The impacts of its changes in the trend of design variables are also analyzed．make all optimized design of the program，with the comparative analysis to verify the feasibility of the optimization program before and after the optimization，the suspension＇s key data was generated，the virtual design was finished．

The purpose and significance of the article lies in establishing a vehicle Macpherson suspension of the virtual design platform for virtual simulation test，pioneering a more scientific approach for the design and development of Macpherson suspension，combining the automobile design theory，resolving problems in the field of kinematics and dynamics，improving the quality of design．This research will also contribute to enhance the ability to independently develop products for China＇s automobile industry．the research of this article has high theory meaning and practical value．

Key Words：Macpherson Suspension; ADAMS/ View; Modeling; Motion Simulation

摘要Ⅰ

AbstractⅡ

第1章绪论1

1.1 选题的目的1

1.2 选题的意义1

1.3 悬架技术研究现状2

1.4 研究内容和方法3

1.5 预期结果4

第2章麦弗逊式独立悬架结构分析5

2.1 悬架的组成与分类5

2.1.1 悬架的组成5

2.1.2 悬架的分类6

2.2 本章小结11

第3章麦弗逊式独立悬架设计12

3.1 悬架机构形式确定12

3.2 主要依据参数的确定14

3.3 悬架的弹性特性和工作行程15

3.4 螺旋弹簧的设计16

3.4.1 螺旋弹簧的刚度16

3.5 减震器结构类型的选择19

3.6 减震器参数设计23

3.7 横向稳定杆设计25

3.7.1 横向稳定杆的作用25

3.7.2 稳定杆接头形式选择26

3.7.3 稳定杆直径计算26

3.7.4 稳定杆校核28

3.8 轮胎尺寸28

3.9 半轴初步计算28

3.10 本章小结29

第4章基于ADAMS/View的悬架优化分析30

4.1 虚拟样机技术简介30

4.2 虚拟样机技术的实现——ADAMS软件介绍30

4.3 麦弗逊悬架简化模型31

4.4 在ADAMS/View中创建悬架模型32

4.5 测试悬架模型36

4.6 悬架参数化46

4.6.1 创建设计变量47

4.6.2 设计点参数化48

4.6.3 实体参数化52

4.7 优化前悬架模型53

4.7.1方法53

4.7.2优化模型55

4.7.3 优化方案57

4.7.4 优化结果59

4.7.5 优化结果的评价62

4.8 本章小结62

第5章麦弗逊前悬架三维实体建模63

5.1 悬架各零件建模63

5.1.1 车轮的创建63

5.1.2 螺旋弹簧的创建64

5.1.3 制动盘的创建65

5.1.4 转向节的创建65

5.1.5 下横臂的创建65

5.1.6 减震器的创建66

5.1.7 其他零部件的创建66

5.2悬架的装配67

5.2.1 组件装配概述67

5.2.2 装配悬架组件的过程67

5.3 本章小结69

结论70

参考文献71

致谢73

第1章绪论

1.1 选题的目的

由于悬架系统在汽车行驶中占有重要地位和发挥关键作用，悬架的研究越来越受到广泛的重视。在传统设计和研究方法的基础上，也出现了许多先进的方法和技术，比如CAD/CAE技术、有限元分析、模拟仿真、虚拟设计、优化设计等等。所以悬架系统的研究设计具有广阔的前景。

在实际当中，如果悬架结构设计不当，将会大大影响汽车产品的使用性能，出现转向沉重、车轮摆振、轮胎偏磨严重、轮胎使用寿命缩短等现象。本课题研究的目的就在于运用CAD/CAE技术对车辆麦弗逊式前悬架的虚拟设计。在试制前的阶段进行悬架结构布置和建模仿真，获得分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系，总结规律。获得相关数据，在产品制造出之前，就可以发现并更正设计缺陷，通过对模型某项或是多项性能指标进行优化，通过调节相应的参数来满足设计要求,从而为汽车悬架的设计提供一种新的可行性方案,为生产实践提供必要的理论支持。

1.2 选题的意义

悬架是车辆行驶系的重要的组成部分。其主要任务是弹性连接车轮与车架，传递二者之间的力和力矩，并缓和冲击、衰减振动。性能优良的悬架系统对改善车辆的操纵稳定性、行驶平顺性、减轻车辆自重、改善轮胎的磨损状况以及减少对公路的破坏具有重要意义。

传统的悬架设计一般采用经验设计法、数学推导法以及几何作图等方法, 在悬架系统设计、试验、试制整个过程中必须边试验、边改进，从设计到试制、试验、定型，产品开发成本较高，虽然可以满足设计要求, 但精度和效率不高。所以，传统的方法已经很难满足日益加速的设计需求, 为缩短开发周期, 降低开发成本, 有必要采用新的设计方法。运用虚拟样机技术，结合虚拟设计和虚拟试验，可以大大简化悬架系统设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，提高产品质量和产品的系统性能，获得最优设计产品。有利于企业抢占市场和发展先机，提高经济效益和社会效益。1.4 研究内容和方法

应用机械系统动力学仿真分析软件对本课题研究的主要内容包括以下几个方面：

1 分析车型的结构特点并获取悬架建模所需要的参数；

2 利用机械系统动力学仿真软件ADAMS建立前悬架模型，就其特性参数进行仿真分析，并就结构参数进行优化。

分析麦弗逊式悬架的结构和悬架设计要求，在悬架设计中，根据整车的布置要求以及经验数据，确定悬架的整体空间数据和性能参数，运用PRO/E建立三维物理模型，并在ADAMS软件平台上建立麦弗逊悬架的简化物理模型，进行运动学仿真分析，通过分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系获得相关数据，优化相关参数，建立虚拟麦弗逊悬架模型。1.5 预期结果

按照任务和进度要求，应该实现这些预期和相应结果：首先在完成必要的设计计算后，利用ADAMS平台，建立简化的麦弗逊前悬架模型，并进行运动学仿真，获得相应的性能曲线。然后将模型参数化，创建若干设计变量，进行优化分析，找出影响悬架性能的主要因素，为进一步改进设计提供理论基础。

设计完成后应提交的文件和图表：

（1）1.5万字的设计说明书一份，包括设计计算部分内容、悬架建模和仿真分析过程，重点是分析过程；

（2）零件图一套（包括PRO/E零件图），基于优化完成后确定的结构参数在三维建模软件，建立悬架总成的装配图、零件图；

（3）基于虚拟软件ADAMS/View 的仿真分析，给出具体的实现过程。

3.2 主要依据参数的确定

本次设计主要是根据2010款北京现代ix35尊贵版6档手自一体型前悬架来进行的，具体车型参数配置如表3.1。表中前后轮距数据为参考同类车型确定

表3.1 北京现代ix35尊贵版整体尺寸数据表

车身长/宽/高4420 /1820/1690

轴距2640

前轮距1570

后轮距1570

整车整备质量1521

最小离地间隙170

发动机形式/排量2.4D0HC 16v θIIdual—CWT 2359ml

轮胎规格225/60

悬架系统前：麦弗逊独立前悬架后：多连杆独立后悬架

最大总质量1821

1、悬架的空间几何参数

在确定零件尺寸之前，需要先大体确定悬架的空间几何参数。麦弗逊式悬架的受力图如图3.2所示。根据车轮尺寸，确定G点离地高度为230，根据车身高度确定D大致高度为850，O点距车轮中心平面120，减震器安装角度10.7°。

结论

本文应用ADAMS分析软件对麦克逊式前悬架进行了建模和仿真分析，对模型的某项或是多项性能指标进行优化，找出一个较优的结果，通过调节相应的参数来满足设计要求。该课题在机械、机构的设计和悬架系统开发设计中非常实用，为汽车悬架的运动学分析，评价其特性和结构特点提出了切实可行的依据和方法，对进一步改进和提高设计结构和参数提供了可靠依据。

全文的主要工作和研究成果如下：

1、根据所选车型基本数据初步计算了麦弗逊前悬架空间结构参数；

2、在多体动力学分析软件ADAMS/View平台上建立麦弗逊悬架模型，并进行运动学仿真，得到前轮的定位参数与车轮跳动量的变化关系曲线，进而对该轿车的前悬架系统的性能做了初步的评估。

3、对悬架模型参数化，然后进行优化设计。ADAMS/View提供了3种类型的参数化分析过程。本文优化时采用设计研究方法，来考虑各个变量对悬架性能的影响。在参数化分析中，ADAMS/View采用不同的设计参数值，自动地运行一系列的仿真分析，然后返回分析结果。观察设计参数的变化对目标函数的影响，可以确定使目标函数得到优化的各个变量的值。

4、根据优化结果，在Pro/ENGNEER上建立麦弗逊悬架三维实体模型。

综上所述, 本文以ADAMS/View为工具进行了麦弗逊悬架的建模、仿真，并进行麦弗逊悬架的结构优化, 优化后车轮滑移量的变化降低了12.7% , 轮胎的磨损问题得到改善；同时, 优化后的前束角变化降低了48.1%、主销后倾角整体增加、主销内倾角增加了约15%、车轮外倾角减少10% ,从而保证了汽车具有良好的操纵稳定性。最后得出优化后的的悬架结构参数, 在实际的工程设计中能起到指导作用。

参数优化前优化后

主销内倾角(°)8.0～10.19.42～11.60

主销后倾角(°)1.27～1.502.075～2.438

前轮前束角(°)-0.54～0.57-0.28～0.26

前轮外倾角(°)0.74～1.55-0.66～1.50

前轮滑移量(mm)-8.5～8.0-7.48～6.82

参考文献

[1]陈家瑞主编.汽车构造：下册[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]齐志鹏主编.汽车悬架和转向系统的结构原理与检修［M］.北京：人民邮电出版社，2002.

[3]余志生主编.汽车理论.第四版[M].北京：机械工业出版社，2006.5.

[4]王望予主编.汽车设计.第四版[M].北京：机械工业出版社，2004.8.

[5]刘惟信主编.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.

[6]机械设计手册编委会编著.机械设计手册.第三版第二卷[M].北京：机械工业出版社，2004.8.

[7]陈德民，槐创锋，张克涛等编著.精通ADAMS 2005/2007 虚拟样机技术［M］.北京：化学工业出版社，2010.2.

[8]李军等编.ADAMS实例教程[M].北京：北京理工大学出版社，2002.

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内容简介：: 车轮制动盘半轴下横臂转向节转向横拉杆减震器螺旋弹簧麦弗逊前悬架三维模型SY-025-BY-5毕业设计（论文）中期检查表填表日期年月日迄今已进行周剩余周学生姓名系部专业、班级指导教师姓名职称从事专业是否外聘是否题目名称学生填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容存在问题及努力方向学生签字：指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名张华系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-1指导教师姓名杨兆职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真一、设计目的、意义目的：本课题研究的目的就在于运用CAD/CAE技术对车辆麦弗逊式悬架的虚拟设计，在试制前的阶段进行设计和试验仿真，并且提出优化设计的意见，获得分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系。获得相关数据，在产品制造出之前，就可以发现并更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率，为生产实际提供理论支持。意义:悬架是车辆重要的组成部分。其主要任务是传递车轮与车架之间的力和力矩，并缓和冲击、衰减振动。对改善车辆的行驶平顺性、减轻车辆自重以及减少对公路的破坏具有重要息义。在传统悬架系统设计、试验、试制过程中必须边试验边改进，从设计到试制、试验、定型，产品开发成本较高，周期长。运用虚拟样机技术，结合虚拟设计和虚拟试验，可以大大简化悬架系统设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，提高产品质量和产品的系统性能，获得最优设计产品。二、设计内容、技术要求（研究方法）主要内容：分析麦弗逊式悬架的结构和悬架设计要求，在悬架设计中，根据整车的布置要求以及经验数据，确定悬架的整体空间数据和性能参数，运用PRO/E建立三维物理模型，并在ADAMS软件平台上建立麦弗逊悬架的简化物理模型，进行动力学仿真分析，通过分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系获得相关数据，优化相关参数，建立虚拟麦弗逊选件模型。主要技术指标：1）车轮跳动时，轮距变化不超过4mm以防止轮胎早期磨损；2）车轮跳动时，前轮定位角变化特性合理；3）转弯时，车身在0.4g侧向加速度作用下，车身侧倾角不大于35，并保证车轮与车身倾斜同向，以增加不足转向效应；4）制动及加速时，车身应有“抗点头”及“抗后坐”效应；5）应具有足够的强度，以可靠地承受及传递除垂直力以外的力和力矩。三、设计完成后应提交的成果（1）设计说明书一份，包括设计计算部分内容；（2）建立麦弗逊的PRO/E物理模型；（3）通过虚拟软件ADAMS/View 进行仿真分析；（4）物理模型图一套。四、设计进度安排（1）调研、资料收集、完成开题报告第1、2周（2月28日3月6日）(2) 根据给出的相关尺寸参数进行相关部件的参数计算，并进行验证第 3、4周（3月7日3月20日）(3) 在ADAMS软件平台上建立零件的等比例物理模型，进行运动学分析第5、6、7周（3月214月10日）（4）利用部件的链接关系建立部件之间的装配第8、9、10、11周（4月115月8日）（5）设计1.5万字说明书一份，零件图一套（包括PRO/E零件图）第12、13、14周（5月9日5月29日）（6）毕业设计审核、修改第15、16周（5月30日6月12日）（7）毕业设计答辩准备及答辩第17周（6月13日6月 19日）五、主要参考资料（1）汽车教材：汽车构造、汽车理论、汽车设计、专用车设计等；（2）设计手册类书籍：汽车设计手册、机械设计手册等；（3）期刊文献资料：中国期刊网（学校图书馆期刊）中双横臂悬架的相关资料（关键词：麦弗逊前悬架；参数匹配；运动仿真；ADAMS；Pro/E ）；（4）新闻及网络资料等。六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日SY-025-BY-10优秀毕业设计（论文）推荐表题目麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真类别设计学生姓名张华系、专业、班级汽车与交通工程学院车辆工程B07-1班指导教师杨兆职称讲师设计成果明细：答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：系部公章：年月日备注：注：“类别”栏填写毕业论文或毕业设计毕业设计（论文）过程管理材料题目麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真学生姓名张华院系名称汽车与交通工程学院专业班级车辆工程07-1班指导教师杨兆职称讲师教研室车辆工程起止时间2011.2.282011.6.24教务处制本科学生毕业设计麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真系部名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程07-1班学生姓名：张华指导教师：杨兆职称：讲师黑龙江工程学院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeParameters Matching and Motion Simulation of Front Macpherson SuspensionCandidate：Zhang HuaSpecialty：Vehicle EngineeringClass：07-1Supervisor：Lecturer. Yang ZhaoHeilongjiang Institute of Technology2011-06HarbinSY-025-BY-9毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名张华性别男系部汽车与交通工程学院专业车辆工程班级B07-1班设计（论文）题目麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真指导教师姓名杨兆职称讲师指导教师评分（X）评阅教师姓名职称评阅教师评分（Y）答辩组组长职称答辩组评分（Z）毕业设计（论文）成绩百分制五级分制答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：系部公章：年月日注：1、指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制=0.3X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。SY-025-BY-6毕业设计指导教师评分表学生姓名张华系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-1班指导教师姓名杨兆职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力205计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）106插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）58科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度10得分 X= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）指导教师签字：年月日SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2011-3-2地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）老师针对本人拿到的设计题目以及任务书上的各项安排，提出一些具体问题，解答疑惑。毕业设计是本科生必不可少的教学环节，要以严谨认真的态度对待，独立完成。老师还给出毕业设计要达到的基本目标。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-3-4地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）老师讲解完成开题报告应注意的事项。开题报告是设计的最初文件，它是在设计者广泛搜集大量相关知识、信息的基础上综合完成的。指导内容包括：如何搜集相关文献、报告格式及书写规范。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-3-9地点C320指导方式间接指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）开题报告内容修改。包括格式、语言、内容。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2011-3-11地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）开题报告最终修改完成，并由老师确认签字。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-3-15地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）指导内容：开题报告完成后，进行开题答辩。接下来就是准备相关数据、资料，搜集车型。确定基本参数，经过老师指导对设计的具体内容、相关文献有基本了解。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-3-18地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）指导内容：针对刚开始着手毕业设计的情况，有些不知所措，老师提出先从结构做起，先把悬架结构以及工作原理的来龙去脉搞清楚，接下来的工作才能进行。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2011-3-22地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）指导内容：根据选好的文献与资料，与老师交流。遇到不懂得问题，及时向老师请教，得到老师的耐心指导，以便于下一步的工作。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-3-25地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）在老师指导下，大量研究麦弗逊前悬架的结构，细致入微。结合有关资料和文献，根据所选车型的基本数据开始初步计算。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-3-29地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）指导内容：针对题目是悬架的运动仿真，老师指出，毕业设计主要就是基于某一软件进行的。我所用到的软件是ADAMS，老师首先把这个对我来说比较陌生的软件做一个简明扼要的介绍。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2011-4-2地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）因为4月6号至9号要参加考研复试，向杨老师请假几天。走前老师把我应该完成的内容做了交代。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-4-11地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）指导内容：指导关于中期答辩的相关事宜。老师安排要提前准备好相应的参考文献以及数据资料，还有自己一段时间以来所做的所有东西。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-4-15地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）指导内容：审核中期检查表。针对中期答辩时提出的问题以及软件学习问题，向老师请教。老师对我在ADAMS软件平台上建立的悬架初步模型产生的问题给予讲解和指导，梳理建模时各种误区。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2011-4-19地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）指导内容：杨老师对初步完成的设计内容进行全面细致的批改，并提出了一些意见，这样不仅是我的设计思路更加清晰，也避免走了许多弯路。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-4-25地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）指导内容：老师讲解有关模型运动仿真和参数化建模的问题，对我接下来的工作很有帮助。学生（记录人）签名：张华指导教师签名：日期2011-4-29地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）指导内容：老师初步审核了我的设计成果，指出不足，并提出许多宝贵意见。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2011-5-4地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）指导内容：老师对下一个阶段的任务作了安排。我在基本完成仿真分析后工作量有过半。接下来就是模型零部件装配，以及编写设计说明书，并完成主要零部件的工程图。老师要求要认真细致对待，按时保质保量做好。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-5-11地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）指导内容：针对零部件装配以及Pro/E图如何转换成工程图问题听从老师指导。学生（记录人）签名：张华指导教师签名：日期2011-5-18地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）指导内容：说明书的编写事宜。包括行文、格式，以及说明书的附属内容，包括封面、目录、摘要、翻译和参考文献等。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2011-6-4地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）提交设计成果给指导老师，老师做审核，指出需要修改的问题，为预答辩做准备。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2011-6-11地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）指导内容：杨老师队最终的排版按要求进行审核。学生（记录人）签名：张华指导教师签名：日期2011-6-18地点C320指导方式见面指导指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）指导内容：确认所有内容已经准备好，并且符合要求，等待参加答辩。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-8毕业设计答辩评分表学生姓名张华专业班级车辆工程指导教师杨兆职称讲师题目麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真答辩时间6月 21日时答辩组成员姓名出席人数序号评审指标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度102设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力103应用文献资料、计算机、外文的能力104设计说明书撰写水平、图纸质量，设计的规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）、实用性、科学性和创新性155毕业设计答辩准备情况56毕业设计自述情况207毕业设计答辩回答问题情况30总分 Z= 答辩过程记录、评语：答辩组长签字：年月日SY-025-BY-7毕业设计评阅人评分表学生姓名张华专业班级车辆工程指导教师姓名杨兆职称讲师题目麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力255计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）156插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）5得分 Y= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）评阅人签字：年月日SY-025-BY-1毕业设计（论文）题目审定表指导教师姓名杨兆职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真课题适用专业课题类型课题简介：（主要内容、意义、现有条件、预期成果及表现形式。）指导教师签字：年月日教研室意见1选题与专业培养目标的符合度好较好一般较差2对学生能力培养及全面训练的程度好较好一般较差3选题与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度好较好一般较差4论文选题的理论意义或实际价值好较好一般较差5课题预计工作量较大适中较小6课题预计难易程度较难一般较易教研室主任签字：年月日系（部）教学指导委员会意见：负责人签字：年月日注：课题类型填写 W.科研项目；X.生产（社会）实际；Y.实验室建设；Z.其它。SY-025-BY-3毕业设计（论文）开题报告学生姓名系部汽车与交通工程学院专业、班级B07-1班指导教师姓名职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称麦弗逊前悬架参数匹配与运动仿真一、课题研究现状、选题目的和意义课题研究现状：汽车作为极其重要的交通工具，在交通运输领域和人民日常生活中的地位日益突出，用户对汽车安全性、行驶平顺性、操纵稳定性的要求越来越高。汽车悬架系统是汽车的重要部件，是影响车辆动态特性关系最为密切的系统，汽车悬架系统对汽车的操纵稳定性、行驶平顺性以及行驶安全都有很大的影响。悬架对车辆操纵稳定性的发挥至关重要，操纵稳定性的好坏也影响着汽车行驶平顺性和安全。悬架系统起着传递车轮和车身之间的力和力矩、引导与控制汽车车轮与车身的相对运动、缓和路面传递给车身的冲击、衰减系统的振动等作用。悬架的性能反映在当车轮上下跳动时，车轮的定位参数变化量保持在合理的范围内，以保证汽车具有所期望的行驶性能。汽车悬架有非独立悬架和独立悬架两种基本类型。麦弗逊式悬架(McPherson Suspension)是独立悬架的一种，于1947年由任职于美国福特汽车公司的麦弗逊(EarlSMcPherson)发明。1950年首次生产使用麦弗逊悬架汽车以后，麦弗逊悬架以其节约空间和成本较低成为最为流行的汽车独立悬架系统之一。根据对日本在1987到2000年之间生产的轿车的统计，轿车前悬架导向机构都是以麦弗逊式为主。1987年末、1994年末、2000年末采用麦弗逊悬架作为前悬架的车型所占比例分别为：696、616、693，麦弗逊悬架在三个统计年度均占第一位。在全球范围内来看，前悬架都是麦弗逊式占主导地位，该悬架的突出优点是增大了两前轮的内侧空间，便于发动机横向布置，因此这种结构广泛应用于从微型轿车到高级轿车的所有轿车中，且不分驱动桥或非驱动桥均适用。保时捷911、国产奥迪、桑塔纳、夏利、富康等轿车的前悬架均为麦弗逊独立悬架。麦弗逊独立悬架是现代汽车上广泛采用的一种悬架结构形式。悬架是连接车轮和车身的唯一部件，车轮把复杂的路况等行驶条件通过悬架系统传递给车身，所以悬架的运动特性、动力特性等的好坏直接决定汽车行驶三种性能能否实现。合理的几何参数能保证悬架具有良好的运动特性。汽车在各种行驶条件下，车轮定位参数随车轮的跳动而变化, 从而影响汽车的操纵稳定性、轮胎的磨损、安全性等性能, 是悬架设计主要考虑的指标之一。所以在设计悬架时就要充分考虑这些因素，进行合理设计，尽量满足使用要求。悬架在成品之前首先要反复进行试验，做悬架的运动学分析，以便进一步进行论证、改进设计。如何更好的设计悬架催生了对悬架的研究。汽车悬架运动学研究方法很多，对它的研究在国外起步较早。德国的耶尔森赖姆帕尔著的汽车底盘技术对各种悬架运动作了详细的分析，对车轮定位参数做了准确的定义，分析了他们的作用及其对操纵稳定性的影响。阿达姆措莫托著的汽车行驶性能和安培正人著的汽车的运动与操纵介绍了悬架运动对汽车行驶性能的影响。近年来，随着计算机技术的迅猛发展，以及各种基础理论研究成果出现，而且在现代的工程研究领域，计算机仿真技术己成为热门研究课题。这都为汽车动力学研究提供了一个方便快捷的手段。国外各主要汽车生产企业和研究机构，如Ford、GM、BMW、Audi和Volvo等的产品研发部门使用了大量的多体系统动力学分析软件，在设计研发中发挥了重要作用。应用得较多的这方面的软件有美国MSC公司的ADAMS、美国CADSI公司的DADS等。机械系统动力学仿真分析软件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）是目前世界范围内使用最广泛的虚拟样机仿真软件，应用它可以方便地建立参数化的实体模型，并进行仿真分析。ADAMS中的 Car 模块是ADAMS软件中的一个专业化模块，它整合了世界多家大型汽车企业在汽车设计、开发方面的经验，能够帮助快速建立精确的包括汽车车身、发动机、悬架系统、传动系统、转向机构以及制动系统等系统在内的参数化虚拟汽车模型。ADAMS/Insight 功能扩展模块是ADAMS 基于网页的试验设计与分析模块，能对仿真进行实验设计，可以更精确地对设计进行量化研究，应用ADAMS/Insight，可以很方便地进行一系列的仿真试验，从而精确地预测所设计的复杂的机械系统在各种工作条件下的性能，并对试验结果提供专业化的统计结果。在这种背景下，人们开始运用虚拟样机仿真软件ADAMS等建立车辆及悬架系统的复杂动力学仿真模型，并通过分析得出了许多有益结论。悬架的运动学、动力学仿真分析在汽车悬架系统的设计和开发中占有重要的地位。以机械CAD设计、虚拟样机仿真技术为前题,提出运用虚拟样机仿真软件ADAMS里的CAR模块分析并进行优化汽车悬架的设计方法。首先,根据悬架各部件之间的相对运动关系和各部件的参数在ADAMSCAR中建立某轿车的麦弗逊前悬架的三维CAD模型,再加上路面激励,分析悬架参数在汽车行驶中的变化规律，对设计参数进行修改和调整以发现其对各种性能参数的影响, 然后利用ADAMSInsight对建立的悬架模型进行结构优化，最终提供较理想的产品开发解决方案。选题目的：由于悬架系统在汽车行驶中占有重要地位和发挥关键作用，悬架的设计越来越受到广泛的重视。在传统设计方法的基础上，也出现了许多先进设计方法和技术，比如CAD/CAE技术、有限元分析、模拟仿真、虚拟设计、优化设计等等。所以悬架系统的研究设计有广阔前景。在实际当中，如果悬架结构设计不当，将会大大影响汽车产品的使用性能(如转向沉重、车轮摆振、轮胎偏磨严重、影响轮胎使用寿命等)。本课题研究的目的就在于运用CAD/CAE技术对车辆麦弗逊式前悬架的虚拟设计。在试制前的阶段运用ADAMS/CAR进行悬架结构布置和建模仿真，获得分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系，总结规律。并且运用ADAMS/Insight, 通过对模型某项或是多项性能指标进行优化，通过调节相应的参数来满足设计要求。初步验证运用ADAMS /Car进行汽车悬架建模和仿真的合理性，为生产实践提供必要的理论支持。获得相关数据，在产品制造出之前，就可以发现并更正设计缺陷，并且提出优化设计的意见，使参数间的匹配达到良好，从而为汽车悬架的设计提供一种新的可行性方案。选题意义：.悬架是车辆行驶系的重要的组成部分。其主要任务是弹性连接车轮与车架，传递二者之间的力和力矩，并缓和冲击、衰减振动。对改善车辆的操纵稳定性、行驶平顺性、减轻车辆自重、改善轮胎的磨损状况以及减少对公路的破坏具有重要意义。.传统的悬架设计一般采用经验设计法、数学推导法以及几何作图等方法, 在悬架系统设计、试验、试制整个过程中必须边试验、边改进，从设计到试制、试验、定型，产品开发成本较高，虽然可以满足设计要求, 但精度和效率不高。所以，传统的方法已经很难满足日益加速的设计需求, 为缩短开发周期, 降低开发成本, 有必要采用新的设计方法。.运用虚拟样机技术，结合虚拟设计和虚拟试验，可以大大简化悬架系统设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，提高产品质量和产品的系统性能，获得最优设计产品。有利于企业抢占市场和发展先机，提高经济效益和社会效益。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题基本内容：分析麦弗逊式悬架的结构和悬架设计要求，在悬架设计中，根据整车的布置要求以及经验数据，确定悬架的整体空间数据和性能参数，运用PRO/E建立三维物理模型，并在ADAMS软件平台上建立麦弗逊悬架的简化物理模型，进行动力学仿真分析，通过分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系获得相关数据，优化相关参数，建立虚拟麦弗逊悬架模型。主要技术指标：1）车轮跳动时，轮距变化不超过4mm以防止轮胎早期磨损；2）车轮跳动时，前轮定位角变化特性合理；3）转弯时，车身在0.4g侧向加速度作用下，车身侧倾角不大于35，并保证车轮与车身倾斜同向，以增加不足转向效应；4）制动及加速时，车身应有“抗点头”及“抗后坐”效应；5）应具有足够的强度，以可靠地承受及传递除垂直力以外的力和力矩。拟解决问题：1）利用ADAMS/Car 建立了麦弗逊式悬架模型；2）并进行了左右车轮计算机运动仿真试验，得出前轮各定位参数随车轮跳动的变化关系；3）仿真结束后，以前轮定位参数为主要优化目标，运用ADAMS/Insight 模块，通过对麦弗逊式悬架结构不断调整，使车轮定位参数得到优化；4）另外还要保证悬架具有较好的横向稳定性、强度和刚度。建立虚拟麦弗逊悬架模型获得车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系的相关数据进行动力学仿真分析在ADAMS软件平台上建立麦弗逊悬架简化物理模型运用PRO/E建立三维物理模型确定悬架整体空间数据和性能参数分析悬架结构和设计要求三、技术路线（研究方法）优化相关参数数据是否满足要求 N Y四、进度安排（1）调研、资料收集、完成开题报告第1、2周（2月28日3月6日）(2) 根据给出的相关尺寸参数进行相关部件的参数计算，并进行验证第 3、4周（3月7日3月20日）(3) 在ADAMS软件平台上建立零件的等比例物理模型，进行运动学分析第5、6、7周（3月21日4月10日）（4）利用部件的链接关系建立部件之间的装配第8、9、10、11周（4月11日5月8日）（5）设计1.5万字说明书一份，零件图一套（包括PRO/E零件图）第12、13、14周（5月9日5月29日）（6）毕业设计审核、修改第15、16周（5月30日6月12日）（7）毕业设计答辩准备及答辩第17周（6月13日6月 19日）五、参考文献（1）陈家瑞主编.汽车构造：下册M.北京：机械工业出版社，2000. （2）齐志鹏主编.汽车悬架和转向系统的结构原理与检修M.北京：人民邮电出版社，2002.（3）余志生主编.汽车理论.第四版M.北京：机械工业出版社，2006.（4）刘惟信.汽车设计M.北京：清华大学出版社，2001. （5）曾俊夫.舒适乘坐的基石汽车悬挂系统之麦弗逊式独立悬架J. 当代汽车,2007,(7).（6）李林果.解剖悬架(上)前悬架J. 汽车与运动,2007,(4).（7）卫修敬.轿车悬架结构与车轮定位角J. 汽车维护与修理,1999,(12).（8）丁华.麦弗逊悬架系统性能研究D.镇江：江苏大学汽车与交通工程学院.2001.（9）谷忠雨,张光德,雷春青,张旺,李梦.麦弗逊悬架系统仿真分析应用研究J. 汽车科技,2010,(5).（10）蒋国平,王国林,周孔亢.麦弗逊悬架运动特性的静态试验研究J. 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ADAMS/CAR在麦弗逊悬架中的应用J. 中国工程机械学报,2005,(4). 六、备注七、指导教师意见：签字：年月日黑龙江工程学院本科生毕业设计摘要现在的人们对汽车的要求越来越高，在获得良好的动力性和经济性的同时，还要求具有良好的操纵稳定性。汽车的操纵稳定性是影响汽车行驶安全性的重要性能之一，因此，如何研究和评价汽车的操纵稳定性，以获得良好的汽车主动安全性能一直是关于汽车研究的一个重要课题。本文首先对某车型麦弗逊前悬架的结构以及悬架的设计要求进行了分析.然后在ADAMS/View模块中麦弗逊式悬架建模的方法，分析了参数化悬架模型的方法，并对模型进行了参数化,进行了悬架运动学仿真分析。分析了悬架各性能参数（主销内倾角、主销后倾角、车轮外倾角、车轮前束角和前轮侧向滑移量）在车轮跳动过程中的变化趋势，并指出需要改进的地方。研究多个设计变量的变化对样机性能的影响，并总结规律，提出优化设计的方案。再次进行仿真，对比分析了优化前后的仿真结果，并评价了优化方案。优化后悬架的性能明显提高，验证了优化方案的可行性。本文研究的目的和意义为在试制前的阶段进行设计和试验仿真，并且提出改进意见。在产品制造出之前，就可以发现并更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率。本文的初步研究具有一定的实践和应用价值。关键词：麦弗逊悬架; ADAMS/View; 建模; 运动仿真 ABSTRACTNowadays，along with the popularization of the vehicle，the requirement for the vehicle becomes higher and higherThe favorable handling stability performance is required as well as the favorable power performance and economical performanceThe handling stability of a vehicle is one of the important characters that have effect on the active safety performance of vehicle，therefore，it is always an important subject that how the handling stability performance is researched and evaluated to gain a favorable active safety performanceFirstly ,I have a detailed analysis for Macpherson suspension structureFollowing, The paper introduced how to build a model for the half of the suspension ADAMSView，discussed the performance of the front wheel alignment parameters such as the kingpin inclination ,caster ,camber ,the toe angle and sideways displacement in a front wheel vehicle positioningThe model was a virtual front suspension test platform，and analyzed the change trend of the suspension performance parameters in the process of flopping the wheelThe impacts of its changes in the trend of design variables are also analyzedmake all optimized design of the program，with the comparative analysis to verify the feasibility of the optimization program before and after the optimization，the suspensions key data was generated，the virtual design was finishedThe purpose and significance of the article lies in establishing a vehicle Macpherson suspension of the virtual design platform for virtual simulation test，pioneering a more scientific approach for the design and development of Macpherson suspension，combining the automobile design theory，resolving problems in the field of kinematics and dynamics，improving the quality of designThis research will also contribute to enhance the ability to independently develop products for Chinas automobile industrythe research of this article has high theory meaning and practical valueKey Words：Macpherson Suspension; ADAMS/ View; Modeling; Motion Simulation目录摘要Abstract第1章绪论11.1 选题的目的11.2 选题的意义11.3 悬架技术研究现状21.4 研究内容和方法31.5 预期结果4第2章麦弗逊式独立悬架结构分析52.1 悬架的组成与分类52.1.1 悬架的组成52.1.2 悬架的分类62.2 本章小结11第3章麦弗逊式独立悬架设计123.1 悬架机构形式确定123.2 主要依据参数的确定143.3 悬架的弹性特性和工作行程153.4 螺旋弹簧的设计163.4.1 螺旋弹簧的刚度163.5 减震器结构类型的选择193.6 减震器参数设计233.7 横向稳定杆设计253.7.1 横向稳定杆的作用253.7.2 稳定杆接头形式选择263.7.3 稳定杆直径计算263.7.4 稳定杆校核283.8 轮胎尺寸283.9 半轴初步计算283.10 本章小结29第4章基于ADAMS/View的悬架优化分析304.1 虚拟样机技术简介304.2 虚拟样机技术的实现ADAMS软件介绍304.3 麦弗逊悬架简化模型314.4 在ADAMS/View中创建悬架模型324.5 测试悬架模型364.6 悬架参数化464.6.1 创建设计变量474.6.2 设计点参数化484.6.3 实体参数化524.7 优化前悬架模型534.7.1方法534.7.2优化模型554.7.3 优化方案574.7.4 优化结果594.7.5 优化结果的评价624.8 本章小结62第5章麦弗逊前悬架三维实体建模635.1 悬架各零件建模635.1.1 车轮的创建635.1.2 螺旋弹簧的创建645.1.3 制动盘的创建655.1.4 转向节的创建655.1.5 下横臂的创建655.1.6 减震器的创建665.1.7 其他零部件的创建665.2悬架的装配675.2.1 组件装配概述675.2.2 装配悬架组件的过程675.3 本章小结69结论70参考文献71致谢73黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章绪论1.1 选题的目的由于悬架系统在汽车行驶中占有重要地位和发挥关键作用，悬架的研究越来越受到广泛的重视。在传统设计和研究方法的基础上，也出现了许多先进的方法和技术，比如CAD/CAE技术、有限元分析、模拟仿真、虚拟设计、优化设计等等。所以悬架系统的研究设计具有广阔的前景。在实际当中，如果悬架结构设计不当，将会大大影响汽车产品的使用性能，出现转向沉重、车轮摆振、轮胎偏磨严重、轮胎使用寿命缩短等现象。本课题研究的目的就在于运用CAD/CAE技术对车辆麦弗逊式前悬架的虚拟设计。在试制前的阶段进行悬架结构布置和建模仿真，获得分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系，总结规律。获得相关数据，在产品制造出之前，就可以发现并更正设计缺陷，通过对模型某项或是多项性能指标进行优化，通过调节相应的参数来满足设计要求,从而为汽车悬架的设计提供一种新的可行性方案,为生产实践提供必要的理论支持。1.2 选题的意义悬架是车辆行驶系的重要的组成部分。其主要任务是弹性连接车轮与车架，传递二者之间的力和力矩，并缓和冲击、衰减振动。性能优良的悬架系统对改善车辆的操纵稳定性、行驶平顺性、减轻车辆自重、改善轮胎的磨损状况以及减少对公路的破坏具有重要意义。传统的悬架设计一般采用经验设计法、数学推导法以及几何作图等方法, 在悬架系统设计、试验、试制整个过程中必须边试验、边改进，从设计到试制、试验、定型，产品开发成本较高，虽然可以满足设计要求, 但精度和效率不高。所以，传统的方法已经很难满足日益加速的设计需求, 为缩短开发周期, 降低开发成本, 有必要采用新的设计方法。运用虚拟样机技术，结合虚拟设计和虚拟试验，可以大大简化悬架系统设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，提高产品质量和产品的系统性能，获得最优设计产品。有利于企业抢占市场和发展先机，提高经济效益和社会效益。1.3 悬架技术研究现状悬架的运动学、动力学仿真分析在汽车悬架系统的设计和开发中占有重要的地位。悬架系统在发挥车辆操纵稳定性方面至关重要。由于汽车操纵稳定性研究的复杂性和危险性，往往要进行计算机仿真，随着计算机软硬件的飞速发展，许多新的概念被提了出来，如虚拟现实技术(Virtual Reality Technology)，虚拟试验技术(Virtual Experiment Technology)，虚拟仿真技术(Virtual Simulation Technology)，和虚拟原型实验仿真技术(Virtual Prototyping Experiment Simulation Technology)等等，这为车辆计算机仿真技术描绘了美好的前景。虚拟试验技术是一种先进的以高性能计算机系统为支撑平台的计算机仿真技术，是近年来随着计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、并行技术、传感器技术等一系列技术的迅速发展而发展起来的。按传统的方法对新车的操纵稳定特性进行研究时，需要经过设计、试验，试验总结出来的问题反馈到设计。设计通过计算、更改后，再试验，这种完全依靠样车试制后对汽车进行试验达到调整汽车性能的做法已经不能满足开发速度和开发质量的要求，所以有必要在设计中采用虚拟试验技术对汽车的性能进行预测，以在实际样车试制之前就对其性能进行预测，并提出改进意见，达到提高设计质量和加快设计速度的目的，这对于提高我国汽车设计的总体水平也有着重要的意义。上世纪末兴起的数字化虚拟样机技术是缩短车辆研发周期、降低开发成本、提高产品设计和制造质量的重要途径。随着虚拟产品开发、虚拟制造技术的逐渐成熟，计算机仿真技术得到了广泛应用，而系统动力学仿真就是数字化虚拟样机技术的核心和关键技术。就汽车而言，车辆动力学性能、驾驶操纵稳定性能、平顺性能均为汽车的根本特性，在实际的研发生产过程中对这些性能的研究、测试就必不可少。为了降低产品开发风险，在样车制造出之前，利用数字化样机对这些上述性能进行计算机仿真，并且优化其参数就显得十分必要了。在概念设计和方案论证中，利用虚拟样机技术，设计人员可以把自己的经验与想象结合在计算机内的虚拟样机里，让想象力和创造力充分发挥。当用虚拟样机来代替物理样机验证设计时，不但可以缩短开发周期，而且设计质量和效率也能得到提高。对操纵稳定性的研究常常采用试验方法和仿真分析方法进行。仿真分析是在计算机上建立简化到一定程度的模型，输入各种操纵控制信号，计算出系统的时域响应和频域响应，以此来表征汽车的操纵稳定性能。因为仿真分析花费时间短，可以在计算机上重复进行，对各种设计方案进行快速优化并对比，并且可实现实车试验条件下不能进行的严酷工况分析，因此广泛地被人们采用。几乎所有汽车生产设计厂家都采用仿真分析的方法来分析汽车的某些性能。美国MDI(Mechanical Dynamics Inc)开发的机械系统动力学仿真软件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）正是应这些要求而诞生的。特别是专门应用于汽车动力学分析的ADAMSCar专用模块，极大地方便了汽车设计人员的设计工作。ADAMS是目前世界范围内使用最广泛的虚拟样机仿真软件，应用它可以方便地建立参数化的实体模型，并进行仿真分析。1.4 研究内容和方法应用机械系统动力学仿真分析软件对本课题研究的主要内容包括以下几个方面：1 分析车型的结构特点并获取悬架建模所需要的参数；2 利用机械系统动力学仿真软件ADAMS建立前悬架模型，就其特性参数进行仿真分析，并就结构参数进行优化。分析麦弗逊式悬架的结构和悬架设计要求，在悬架设计中，根据整车的布置要求以及经验数据，确定悬架的整体空间数据和性能参数，运用PRO/E建立三维物理模型，并在ADAMS软件平台上建立麦弗逊悬架的简化物理模型，进行运动学仿真分析，通过分析车轮垂直跳动、转动与车轮前束角的变化等关系获得相关数据，优化相关参数，建立虚拟麦弗逊悬架模型。其具体路线如框图1.1所示。图1.1设计路线图1.5 预期结果按照任务和进度要求，应该实现这些预期和相应结果：首先在完成必要的设计计算后，利用ADAMS平台，建立简化的麦弗逊前悬架模型，并进行运动学仿真，获得相应的性能曲线。然后将模型参数化，创建若干设计变量，进行优化分析，找出影响悬架性能的主要因素，为进一步改进设计提供理论基础。设计完成后应提交的文件和图表：（1）1.5万字的设计说明书一份，包括设计计算部分内容、悬架建模和仿真分析过程，重点是分析过程；（2）零件图一套（包括PRO/E零件图），基于优化完成后确定的结构参数在三维建模软件，建立悬架总成的装配图、零件图；（3）基于虚拟软件ADAMS/View 的仿真分析，给出具体的实现过程。第2章麦弗逊式独立悬架结构分析2.1 悬架的组成与分类2.1.1 悬架的组成现代汽车，特别是乘用车的悬架，形式、种类会因不同的公司和设计单位，而有不同形式。但是，悬架系统一般由弹性元件、减震器、缓冲块、横向稳定器等几部分组成等。它们分别起到缓冲、减振、力的传递、限位和控制车辆侧倾角度的作用。1弹性元件；2纵向推力杆；3减震器；4横向稳定器；5横向推力杆图2.1 汽车悬架组成示意图弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，现代轿车悬架多采用螺旋弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。螺旋弹簧只承受垂直载荷，缓和及抑制不平路面对车体的冲击，具有占用空间小，质量小，无需润滑等优点，但由于本身没有摩擦而没有减振作用。减震器是为了加速衰减由于弹性系统引起的振动，减震器有筒式减震器，阻力可调式新式减震器，充气式减震器。它是悬架机构中最精密和复杂的机械件。导向机构用来传递车轮与车身间的力和力矩，同时保持车轮按一定运动轨迹相对车身跳动，通常导向机构由控制摆臂式杆件组成。种类有单杆式或多连杆式的。钢板弹簧作为弹性元件时，可不另设导向机构，它本身兼起导向作用。有些轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架系统中加设横向稳定杆，目的是提高横向刚度，使汽车具有不足转向特性，改善汽车的操纵稳定性和行驶平顺性。现代汽车悬架的发展十分快，不断出现，崭新的悬架装置。按控制形式不同分为被动式悬架和主动式悬架。目前多数汽车上都采用被动悬架，也就是说汽车姿态（状态）只能被动地取决于路面及行驶状况和汽车的弹性元件，导向机构以及减振器这些机械零件。2.1.2 悬架的分类发展至今，汽车的悬架从大的方面来看，主要可以分为两类：独立式悬架和非独立式悬架。另外还形成了一种介于独立和非独立的中间形式，称为半独立式悬架。1、独立悬架独立悬架是两侧车轮分别独立地与车架弹性地连接，当一侧车轮受冲击，其运动不直接影响到另一侧车轮，独立悬架所采用的车桥是断开式的。这样使得发动机可放低安装，有利于降低汽车重心，并使结构紧凑。独立悬架允许前轮有大的跳动空间，有利于转向，便于选择软的弹簧元件使平顺性得到改善。同时独立悬架非簧载质量小，可提高汽车车轮的附着性。如图2.2所示。 (a)双横臂式；(b)纵臂式；(c)烛式；(d)麦弗逊式图2.2 常见的独立悬架类型独立悬架的类型及特点：独立悬架的车轴分成两段（如图2.3），每只车轮用螺旋弹簧独立地，弹性地连接安装在车架下面，当一侧车轮受冲击，其运动不直接影响到另一侧车轮，独立悬架所采用的车桥是断开式的。图2.3独立悬架运动特点现在，前悬架基本上都采用独立悬架系统，最常见的有双横臂式和滑柱摆臂式（又称麦弗逊式）。（1）双横臂式独立悬架工作原理：由上短下长两根横臂连接车轮与车身，通过选择比例合适的长度，可使车轮和主销的角度及轮距变化不大。这种独立悬架被广泛应用在轿车前轮上。双横臂的臂有做成A字形或V字形，V形臂的上下2个V形摆臂以一定的距离，分别安装在车轮上，另一端安装在车架上。如图2.4、2.5所示。图2.4 双横臂式独立前悬架1，6-下摆臂及上摆臂；2,5-球头销；3-半轴等速万向节；4-立柱；7，8-缓冲块图2.5无主销前转向驱动桥的双横臂悬架双横臂式独立悬架根据上下横臂的长度相等于不相等又可分为等长双横臂式和不等长双横臂式。等长双横臂式悬架在其车轮作上、下跳动时，可以保持主销倾角不变，但轮距却有较大的变化，会使轮胎磨损严重，故已很少使用，多为不等长双横臂式悬架所取代。不等长双横臂悬架在其车轮上、下跳动时，只要适当地选择上、下横臂的长度并合理布置，即可使车轮定位参数的变化量限定在允许的范围内。这种不大的轮距改变，不应引起车轮沿路面的侧滑，而为轮胎的弹性变形所补偿。因此不等长双横臂式独立悬架能保证汽车有良好的行驶稳定行，已为中、高级轿车的前悬架所广泛采用。双横臂悬架的特点。优点：结构比较复杂，但经久耐用，同时减振器的负荷小，寿命长。可以承载较大负荷，多用于轻型小型货车的前桥；缺点：因为有两个摆臂，所以占用的空间比较大。所以，乘用车的前悬架一般不用此种结构形式。（2）麦弗逊式独立悬架（滑柱连杆式）图2.6 麦弗逊式独立前悬架麦弗逊式独立悬架是以其发明者美国通用汽车公司工程师麦弗逊( Earle S MacPherson)先生命名的, 也称麦氏悬架-30年代, 通用的雪佛兰分部想设计一种质量小于900kg、轴距小于2740的小型汽车, 设计的关键是悬架总设计师麦弗逊创造性地将活塞杆兼做转向主销, 车轮沿主销轴线跳动, 前轮定位变化小，具有良好的行驶稳定性同双横臂式独立悬架比, 它没有上横臂, 因而增大了两轮间的内部空间, 给发动机和其他部件的布置带来了方便。麦弗逊式独立悬架在轿车上应用最为广泛, 在轻型汽车也有应用, 例如丰田的特锐小型四驱车、日产的X轻型越野车和陆虎的发现者轻型越野车等，北京现代ix35尊贵版的前悬架也是麦弗逊式的。在中型汽车上, 仅见于国外的一些轮式装甲车辆, 例如美国的斯特莱克、瑞士的皮兰哈和意大利的美洲狮等, 但已呈逐渐增多的趋势。其工作原理：这种悬架将减震器作为引导车轮跳动的滑柱，螺旋弹簧与其装于一体。由于其主销轴线位置在减震器与车身连接铰链中心和下摆臂与转向节连接铰链中心的连线上，车轮上下运动时，主销轴线的角度会有变化。因此前轮定位参数和轮距也都会相应改变，且变化量可能很大。以上问题可通过调整杆系设计布置合理得到解决。典型的结构如图2.7和图2.8。图2.7 麦弗逊悬架结构1-减振器外筒;2-活塞杆;3-弹簧支座;4-横向稳定杆支架;5-横向稳定杆拉杆;6-副车架;7-横向稳定杆;8-发动机支座;9-弹簧上支座;10-隔离座;11-辅助弹簧;12-防尘罩;13-U形夹;14-轴承;15-定位螺栓1-横向摆臂;2-球形支承;3-减振器外筒;4-弹簧;5-上支承轴承;6-反跳缓冲弹簧图2.8 麦弗逊悬架的另一种结构图麦弗逊独立悬架的特点：麦弗逊式是铰接式滑柱与下横臂组成的悬架形式，减振器可兼做转向主销，转向节可以绕着它转动。特点是主销轴线和前轮定位角随车轮的上下跳动而变，这种悬架构造简单，布置紧凑，前轮定位变化小，具有良好的行驶稳定性，结构紧凑，车轮跳动时前轮定位参数变化小，有良好的操纵稳定性，加上由于取消了上横臂，给发动机及转向系统的布置带来方便，并降低车辆的重心。技术成熟，结构紧凑，响应速度快。虽然麦弗逊式悬架并不是技术含量最高的悬架结构（结构过于简单，刚度小，稳定性较差，转弯侧倾明显，因此应增加横向稳定器，以增强横向刚度），但它是一种经久耐用的独立悬架，具有很强的道路适应能力。所以，目前轿车使用最多的独立悬架是麦弗逊式悬架。2、非独立式悬架非独立悬架如图2.9所示。其特点是两侧车轮安装于一整体式车桥上，当一侧车轮受冲击力时会直接影响到另一侧车轮上，当车轮上下跳动时定位参数变化小。若采用钢板弹簧作弹性元件，它可兼起导向作用，使结构大为简化，降低成本。目前广泛应用于货车和大客车上，有些轿车后悬架也有采用的。非独立悬架由于非簧载质量比较大，高速行驶时悬架受到冲击载荷比较大，平顺性较差。图2.9 非独立式悬架结构示意图2.2 本章小结本章对悬架的基本组成和分类做了一个全面的介绍，结合具体结构组成，说明悬架系统在汽车行驶时发挥着必不可少的关键作用。对两种典型的独立式悬架的特点进行了阐述，对它们的总体布置形式做了初步的说明。第3章麦弗逊式独立悬架设计3.1 悬架机构形式确定1、悬架具体结构形式的选择为适应不同车型和不同类型车桥的需要，悬架有不同的结构型式，主要有独立悬架与非独立悬架。独立悬架与非独立悬架各自的特点在上一章中已经作了介绍，本章不再累述。所选车型为乘用车。对乘坐舒适性要求较高，故选择独立悬架。麦弗逊式独立悬架是独立悬架中的一种，是一种减震器作滑动支柱并与下控制臂铰接组成的一种悬架形式,与其它悬架系统相比,结构简单、性能好、布置紧凑,占用空间少。因此对布置空间要求高的发动机前置前驱动轿车的前悬架几乎全部采用了麦弗逊式悬架。此次设计的悬架为发动机前置前轮驱动的北京现代ix35尊贵版车型，由于只知其前悬形式为麦弗逊式独立悬架和整车基本参数。故设计时参考同类车型，根据所学知识，初步计算确定悬架的结构参数，是为进一步的分析研究的基础。2、弹性元件弹性元件是悬架的最主要部件，因为悬架最根本的作用是减缓地面不平度对车身造成的冲击，即将短暂的大加速度冲击化解为相对缓慢的小加速度冲击。使人不会造成伤害及不舒服的感觉；对货物可减少其被破坏的可能性。弹性元件主要有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧等常用类型。除了板弹簧自身有减振作用外，配备其它种类弹性元件的悬架必须配备减振元件，使已经发生振动的汽车尽快静止。钢板弹簧是汽车最早使用的弹性元件，由于存在诸多设计不足之处，现在逐步被其它种类弹性元件所取代。如前所述，由螺旋弹簧具有占用空间小，质量小，无需润滑等优点，而被大多数乘用车选用。故本设计选择螺旋弹簧。3、减震元件减震元件主要起减振作用。为加速车架和车身振动的衰减，以改善汽车的行驶平顺性，在大多数汽车的悬架系统内都装有减震器。减震器和弹性元件是并联安装的，如图3.1所示。汽车悬架系统中广泛采用液力减震器。液力减震器的作用原理是当车架与车桥作往复相对运动时，而减震器中的活塞在缸筒内也作往复运动，则减震器壳体内的油液便反复地从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。此时，孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼力，使车身和车架的振动能量转化为热能，而被油液和减震器壳体所吸收，然后散到大气中。本文选择双筒式液力减震器（后有详述）。图3.1 含减震器的悬架简图1.车身2.减震器3.弹性原件4.车桥4、传力构件及导向机构车轮相对于车架和车身跳动时，车轮（特别是转向轮）的运动轨迹应符合一定的要求，否则对汽车某些行驶性能（特别是操纵稳定性）有不利的影响。因此，悬架中某些传力构件同时还承担着使车轮按一定轨迹相对于车架和车身跳动的任务，因而这些传力构件还起导向作用，故称导向机构。对前轮导向机构的要求（1）悬架上载荷变化时，保证轮距变化不超过4.0mm，轮距变化大会引起轮胎早期磨损；（2）悬架上载荷变化时，前轮定位参数要有合理的变化特性，车轮不应产生纵向加速度；（3）汽车转弯行驶时，应使车身侧倾角小。在0.4g侧向加速度作用下，车身侧倾角6-7度。并使车轮与车身的倾斜同向，以增强不足转向效应。（4）制动时，应使车身有抗”前俯”作用；加速时，有抗“后仰”作用。（5）具有足够的疲劳强度和寿命，可靠地传递除垂直力以外的各种力和力矩。5、横向稳定器在多数的轿车和客车上，为防止车身在转向行驶等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架中还设有辅助弹性元件横向稳定器。横向稳定器实际是一根近似U型的杆件，两个端头与车轮刚性连接，用来防止车身产生过大侧倾。其原理是当一侧车轮相对车身位移比另外一侧位移大时，稳定杆承受扭矩，由其自身刚性限制这种倾斜，特别是前轮，可有效防止因一侧车轮遇障碍物时，限制该侧车轮跳动幅度。3.2 主要依据参数的确定本次设计主要是根据2010款北京现代ix35尊贵版6档手自一体型前悬架来进行的，具体车型参数配置如表3.1。表中前后轮距数据为参考同类车型确定。表3.1 北京现代ix35尊贵版整体尺寸数据表车身长/宽/高4420 /1820/1690轴距2640前轮距1570后轮距1570整车整备质量1521最小离地间隙170发动机形式/排量2.4D0HC 16v IIdualCWT 2359ml轮胎规格225/60悬架系统前：麦弗逊独立前悬架后：多连杆独立后悬架最大总质量18211、悬架的空间几何参数在确定零件尺寸之前，需要先大体确定悬架的空间几何参数。麦弗逊式悬架的受力图如图3.2所示。根据车轮尺寸，确定G点离地高度为230，根据车身高度确定D大致高度为850，O点距车轮中心平面120，减震器安装角度10.7。图3.2 悬架空间受力示意图3.3 悬架的弹性特性和工作行程1、悬架频率的选择对于大多数汽车而言，其悬挂质量分配系数=0.81.2，因而可以近似地认为=1.0，即前后桥上方车身部分的集中质量的垂直振动是相互独立的，并用偏频，表示各自的自由振动频率，偏频越小，则汽车的平顺性越好。一般对于钢制弹簧的轿车，约为11.3Hz（6080次/min），约为1.171.5Hz（7090次/min），非常接近人体步行时的自然频率。取n=1.2HZ。2、悬架的工作行程汽车的前后偏频的计算公式如下：（3.1）（3.2）其中g为重力加速度其值取g=9.8 ,、为前后悬架刚度，、为前后悬架的簧载质量。对于一般采用钢制弹簧的轿车约为、为，0.850.95。粗取，。在0.850.95范围内符合要求。（3.3）（3.4）则悬架动挠度：=（0.50.7）取=0.5=0.5173.686.8悬架的动挠度是指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大变形，一般对于乘用车取7090、客车5080、货车6090。为了得到良好的平顺性，因当采用较软的悬架以降低偏频，但软的悬架在一定载荷下其变形量也大，对于一般轿车而言，悬架总工作行程（静挠度与动挠度之和）应当不小于160。而=173.6+86.8=260.4160 符合要求。3、悬架刚度计算已知：已知整车装备质量：m =1521kg，取簧上质量为1060kg；取簧下质量为60kg，则由轴荷分配范围表3.2可知：空载前轴单轮轴荷取60%：=456.3kg满载前轴单轮轴荷取50%：表3.2 各类汽车的轴荷分配范围车型空载满载前轴后轴前轴后轴轿车前置发动机前轮驱动（FF）56%66%34%44%47%60%40%53%前置发动机后轮驱动（FR）50%55%45%50%45%50%50%55%后置发动机后轮驱动（RR）42%50%50%58%40%45%55%60%货车4*2后轮单胎50%59%41%50%32%40%60%68%4*2后轮双胎，长头、短头车44%49%51%56%27%30%70%73%4*2后轮双胎，平头车49%54%46%51%32%35%65%68%6*4后轮双胎31%37%63%69%19%24%76%81%客车前置发动机前轮驱动前置发动机后轮驱动后置发动机后轮驱动悬架刚度：= 。 3.4 螺旋弹簧的设计3.4.1 螺旋弹簧的刚度1、螺旋弹簧类型的选择螺旋弹簧形式选择为两端碾细并并紧如图3.1（b）图所示，弹簧的材料为有淬火回火硅锰合金弹簧钢丝。其试验载荷，。图3.3 弹簧两端结构图由于存在悬架导向机构的关系，悬架刚度C与弹簧刚度是不相等的，其区别在于悬架刚度C是指车轮处单位挠度所需的力；而弹簧刚度仅指弹簧本身单位挠度所需的力。例如麦弗逊独立悬架的悬架刚度C的计算方法：如下图所示。图3.4 悬架几何关系示意图初步选定下摆臂长EH=491.62；半轮距B=785；减震器的布置角度=9.1，高度580。可知悬架刚度与弹簧刚度的关系如下：由图可知：C=(U*Cos/PCos) （3.5）式中C悬架刚度，弹簧刚度已知U=2200 P=2288.8 =4.67 =9.1得31.79 N/ 2、计算弹簧钢丝直径d根据下面的公式可以计算：式中 i弹簧有效工作圈数，先取8; G弹簧材料的剪切弹性模量，取Mpa; 弹簧中径，取110;代入计算得：d=11.98确定钢丝直径d=12，弹簧外径D=122，弹簧有效工作圈数n=8；3、弹簧校核（1）弹簧刚度校核弹簧刚度的计算公式为：代入数据计算可得弹簧刚度为： N/所以弹簧选择符合刚度要求。4、弹簧表面剪切应力校核弹簧在压缩时其工作方式与扭杆类似，都是靠材料的剪切变形吸收能量，弹簧钢丝表面的剪应力为：式中C弹簧指数（旋绕比），；曲度系数，为考虑簧圈曲率对强度影响的系数； P弹簧轴向载荷。已知=110，d=12，可以算出弹簧指数C和曲度系数： =110/2=9.16 P=N；则弹簧表面的剪切应力：Mpa=0.63=0.631569Mpa，因为MeasureFunctionNew，如图4.10所示，创建新的测量函数，如图4.11所示。图4.10 新建测量函数命令图4.11 函数编辑器在函数编辑器对话窗中的测量名称（Measure Name）栏输入：Kingpin_Inclination1，一般属性（General Attributes）的单位（Units）栏中选择“angle”，借助于函数编辑器提供的基本函数，编辑主销内倾角的函数表达式。具体编辑过程如下：首先，输入反正切函数“ATAN（）”；然后，将光标移动到括号内，在函数编辑器的函数选项中，选择“Displacement”中的“Displacement along X”，测量两点在X方向的距离，按，如图4-14所示。系统弹出助理对话窗，在“To Marker”栏中输入减振器上连接点处的Marker：Marker264，在“From Marker”栏中输入下控制臂外点处的Marker：Marker255，如图4-12所示，按“OK”，系统自动生成测量两点在X轴方向距离的表达式：图4.12 测量两点在X轴方向距离同样，测量两点在Y轴方向的距离时，选择选择“Displacement”中的“Displacement along Y”，系统弹出助理对话窗，在“To Marker”栏中输入减振器上连接点处的Marker：Marker264，在“From Marker”栏中输入下控制臂外点处的Marker：Marker255，如图4-13所示，按“OK”，系统自动生成测量两点在Y轴方向距离的表达式.如图4.14所示，按“OK”。就完成了测量主销内倾角的表达式输入。表达式：PI/2-ATAN(DY(MARKER_264,MARKER_255)/DX(MARKER_264,MARKER_255)同时，系统生成主销内倾角变化的测量曲线，如图4.15所示。经过分析发现主销内倾角并不是固定等于图4.13测量两点在Y轴方向距离图4.14 函数编辑器2图4.15 主销内倾角变化曲线3、测量主销后倾角在ADAMS/View菜单栏中，选择BuildMeasureFunctionNew，创建新的测量函数。在函数编辑器对话窗中的测量名称（Measure Name）栏输入：Caster_Angle11，一般属性（General Attributes）的单位（Units）栏中选择“angle”，借助于函数编辑器提供的基本函数，编辑主销后倾角的函数表达式：PI/2+ATAN(DY(MARKER_264,MARKER_255)/DZ(MARKER_264,MARKER_255)由软件自动生成的主销后倾角曲线（如图4.16）可以得到，主销的后倾角不是固定的，而是在到的范围内变化的。图4.16 主销后倾角变化曲线4、测量车轮外倾角在ADAMS/View菜单栏中，选择BuildMeasureFunctionNew，创建新的测量函数。在函数编辑器对话窗中的测量名称（Measure Name）栏输入：Camber_Angle1，一般属性（General Attributes）的单位（Units）栏中选择“angle”，借助于函数编辑器提供的基本函数，编辑主销后倾角的函数表达式：ATAN（DY（MARKER_191, MARKER_90）/DX（MARKER_191, MARKER_90）自动生成车轮外倾角变化曲线，如图4.17。由分析得到，车轮的外倾角的变化范围是在到之间不是固定为。图4.17 前轮外倾角变化曲线5、测量车轮接地点侧向滑移量在ADAMS/View菜单栏中，选择BuildMeasureFunctionNew，创建新的测量函数。在函数编辑器对话窗中的测量名称（Measure Name）栏输入：Sideways_Displacement，单位（Units）栏中选择“length”，借助于函数编辑器提供的基本函数，编辑车轮接地点侧向滑移量的函数表达式：DX（MARKER_247, MARKER_248）按“OK”，创建车轮接地点侧向滑移量的测量函数。同时系统生成车轮接地点侧向滑移量的测量曲线，变化范围-8.5mm到8.0mm如图4.18所示。图4.18 车轮侧向滑移量曲线6、测量车轮跳动量在ADAMS/View菜单栏中，选择BuildMeasureFunctionNew，创建新的测量函数。在函数编辑器对话窗中的测量名称（Measure Name）栏输入：Wheel_Travel，单位（Units）栏中选择“length”，借助于函数编辑器提供的基本函数，编辑车轮接地点侧向滑移量的函数表达式：DY（MARKER_247, MARKER_248）按“OK”，创建车轮跳动量的测量函数。同时系统生成车轮跳动量的测量曲线，车轮在正负50mm上下跳动，如图4.19所示。图4.19 车轮跳动量曲线7、测量前轮前束在ADAMS/View菜单栏中，选择BuildMeasureFunctionNew，创建新的测量函数。在函数编辑器对话窗中的测量名称（Measure Name）栏输入：Toe_Angle，一般属性（General Attributes）的单位（Units）栏中选择“angle”，借助于函数编辑器提供的基本函数，编辑主销后倾角的函数表达式：ATAN（D（MARKER_191, MARKER_90）/DX（MARKER_191, MARKER_90）自动生成车轮外倾角变化曲线，如图4.20。由分析得到，车轮的前轮前束角的变化范围是在到之间不是固定为。图4.20 前轮前束角变化曲线8、创建悬架特性曲线在ADAMS/View的主工具箱中，选择定制曲线按钮，系统进入定制曲线窗口。如图4.21、4.22所示图4.21、4.22 选择曲线类型选择曲线的数据来源（source）为测量值（Measure）。点击“Independent Axis”栏中的“Data”，分别选择主销内倾角（Kingpin_Inclination1）、主销后倾角（Caster_Angle11）、车轮外倾角（Camber_Angle1）、前轮前束角(Toe_Angle)及车轮接点侧向滑移量（Sideways_Displacement）的测量曲线为定制曲线的X轴，选择车轮跳动量（Wheel_Travel）为定制曲线的Y轴，按“Add Curves”，分别创建主销内倾角相对于车轮跳动的变化曲线，如图4.23所示；主销后倾角相对于车轮跳动量的变化曲线，如图4.24；车轮外倾角相对于车轮跳动量的变化曲线，如图4.25；前轮前束角相对车轮跳动量的变化曲线，如图4.26；车轮接地点侧向滑移量相对于车轮跳动量的变化曲线，如图4.27。图4.23 主销内倾角随车轮跳动的变化曲线图4.24 主销后倾角随车轮跳动的变化曲线图4.25 前轮外倾角随车轮跳动的变化曲线图4.26 前轮前束随车轮跳动的变化曲线图4.27 前轮接地点侧向滑移量随车轮跳动的变化曲线9、对仿真结果进行分析（1）主销内倾角的变化主销安装到前轴上后，其上端略向内倾斜，这种现象称为主销内倾。在横向垂直平面内，主销轴线与垂线之间的夹角叫做主销内倾角。主销内倾角的主要作用是：使前轮自动回正和使前轮转向轻便。主销内倾和主销后倾都有使汽车转向自动回正，保持直线行驶稳定的作用。所不同的是：主销后倾的回正作用与车速有关，而主销内倾的回正作用几乎与车速无关。因此，高速时后倾的回正作用大，而低速时则主要靠内倾起回正作用。此外，直线时前轮偶尔遇到冲击而偏转时，也主要靠主销内倾起回正作用。从图4.23可以看出主销内倾角在车轮跳动从最低点到最高点的过程中是从8.0到10.1，其初始值为9.16，变化范围值为2.1。在允许范围813内。（2）主销后倾角的变化主销装在前轴上后，其上端略向后倾斜，这种现象称为主销后倾。在纵向平面内，主销轴线与垂线之间的夹角叫做主销后倾角。主销后倾的作用是：保持汽车直线行驶的稳定性，并力图使转弯后的前轮自动回正。后倾角愈大，车速愈高，前轮的稳定效应也愈强。主销后倾角的选择要根据车辆的行驶状况而定，后倾角不宜过大，如果无助力转向，一般小于3。否则在转向时为克服此力矩需要在转向盘上施加较大的力。有些轿车的轮胎气压低弹性大，行驶时轮胎与地面的接触面中心向后移动，也会产生一种力矩，故后倾角可以减少，甚至变为负值，即主销前倾。一般认为主销后倾角的变化在23度是合理的范围。由图4.24中可以看到，主销后倾角在车轮跳动从最低点到最高点的过程中，从1.27增大到1.50，偏小。（3）前轮外倾角的变化前轮安装在车桥上，其旋转平面上方略向外倾斜，这种现象称为车轮外倾。前轮外倾的作用是提高前轮工作的安全性和操纵轻便性。空载时，一般车辆都具有一定的外倾角，这样可以抵消因载重发生承载变形而产生的车轮内倾角度。另外，车轮有了外倾角这也与拱形路面相适应。前轮外倾角大时，虽然对安全和操纵有利，但是过大的外倾角将使轮胎横向偏磨增加，油耗增多。一般车轮外倾角度为1左右。从图4.25中可看出车轮外倾角从-0.74变化到1.55，变化范围值达到2.29。因此前轮外倾角需要调整一些。可以进一步优化以利于减少轮胎磨损和油耗，达到延长轮胎寿命和节能目的。（4）前轮接地点侧向滑移量和前轮前束的变化为了减小车轮不必要的磨损，应该尽可能的减小车轮的侧向滑移量，但是由于悬架导向机构运动学上的特点，车轮横向滑移是不可避免的。同时车轮具有弹性特征，所以适当的滑移量也是允许的。车轮侧向滑移量主要是由车轮外倾带来的，前束即是为了消除车轮外倾带来的边滚边滑现象。侧向滑移量变化过大就会导致汽车行驶时轮胎磨损加剧，减小轮胎使用寿命。以前研究表明一般将侧向滑移量控制在6mm范围内为佳。从图4.27可以看出该悬架系统的侧向滑移量变化偏大，从-8.5到8.0mm，侧向滑移量在车轮上下跳动50mm的过程中出现了-8.5mm的最大值。因此，结果不够理想，有待进一步优化。前轮前束。前轮有了外倾作用，滚动就类似于滚锥，从而导致两侧车轮向外滚开。这样就会导致许多不良后果。为此，在安装前轮时，使汽车两前轮的旋转平面不平行，两轮前边缘距离小于后边缘距离，这就称为前束。只要前束和外倾角配合适当，轮胎滚动的偏斜方向就会抵消。如果前束过大或过小，轮胎偏磨仍会增加，滚动阻力增大导致直线行驶能力下降。图4.26可以看出前轮前束角变化是从-0.54到0.57，变化范围值为1.11。前轮前束一般为012mm，在许用范围内。4.6 悬架参数化ADAMS/View提供参数化设计与分析功能，可以在很大程度上缩短设计时间，提高工作效率。通过这个功能，可以将参数设置为可变量，在分析过程中只需修改参数值即可方便地更新整个样机模型及计算分析。基于上述仿真分析结果，本文在允许范围内对麦弗逊悬架模型作了结构调整以达到优化的目的，即进行了优化设计。参数化方法及过程：（1）创建设计变量(Design Variable)；调整悬架的主销后倾角和主销内倾角的初值会影响到整车的一些原始各项性能，如整车质心高度，故不能做较大的更改。而下摆臂的摆动轴线位置对侧向滑移量以及其它定位参数影响较大，故选取设计变量如下：a下摆臂球铰点坐标(x，y，z)；b下摆臂轴线与xy平面的夹角和在xz平面的夹角。在参数化分析中，ADAMS/View采用不同的设计参数值，自动地运行一系列的仿真分析，然后返回分析结果。设计者可以观察设计参数变化的影响。ADAMS/View提供了3种类型的参数化分析过程：设计研究（Design Study）：设计研究考虑一个设计变量的变化对样机性能的影响，帮助用户分析哪些设计变量对于样机的灵敏度比较高；试验设计（Design of Experiments，DOE）：试验设计可以考虑多个设计变量同时发生变化，对样机性能的影响，可以同时分析设计变量对系统的影响大小及这些变量之间的联系；优化分析（Optimization）：通过优化分析：可以获得在给定的设计变量变化范围内，目标对象达到最大或最小值的工况。本文采用设计研究方法，来考虑各个变量对悬架性能的影响。（2）模型参数化。4.6.1创建设计变量在ADAMS/View菜单栏中，选择BuildDesign Variable New，如图4.28所示，创建设计变量。系统弹出创建设计变量对话框，变量名称（name）取系统默认的“DV_1”（此变量代表下控制臂长度），变量类型（Type）选择“Real”，变量单位（Units）选择“length”，变量的标准值（Standard Value ）取491.62，在“Value Range by”栏中选择“Absolute Min and Max Values”，输入变量的最小值（Min Value）为441.62，输入变量的最大值（Max Value）为541.62，如图4.29所示，按“Apply”，创建设计变量“DV_1”。在设计变量对话框中，变量名称（name）取系统默认的“DV_2”（此变量代表下控制臂与X轴的夹角），变量类型（Type）选择“Real”，变量单位（Units）选择“Angle”，变量的标准值（Standard Value ）取0，在“Value Range by”栏中选择“Absolute Min and Max Values”，输入变量的最小值（Min Value）为-10，输入变量的最大值（Max Value）为10，按“Apply”，创建设计变量“DV_2”。在设计变量对话框中，变量名称（name）取系统默认的“DV_3”（此变量代表下控制臂与水平面夹角），变量类型（Type）选择“Real”，变量单位（Units）选择“Angle”，变量的标准值（Standard Value ）取4.67，在“Value Range by”栏中选择“Absolute Min and Max Values”，输入变量的最小值（Min Value）为0，输入变量的最大值（Max Value）为10，按“Apply”，创建设计变量“DV_3”。图4.28 创建设计变量命令图4.29 创建设计变量对话框4.6.2设计点参数化将光标放置在设计点POINT_1，按鼠标右键，选择“Modify”，系统弹出列表编辑器，选择设计点POINT_1的X坐标，在列表编辑器顶部输入窗中，按鼠标右键，选择Parameterize Expression Builder，如图4.30所示，使用函数编辑器输入设计点坐标的函数表达式。系统弹出函数编辑器，需要输入设计POINT_1的X坐标函数表达式（见图4.34）：.model_1.ground.POINT_86.loc_x-.model_1.DV_1*COS(.model_1.DV_2)*COS(.model_1.DV_3)。图4.30 选择表达式编辑器具体的输入方法如下：在函数编辑器下部的“Getting Object Date”栏中选择“Design Point”，输入设计点POINT_86的名称（可以通过鼠标右键拾取），按“Get Date Owned By Object”按钮，如图4.31所示，可以获得设计点的相关数据。图4.31 获得目标数据选项系统弹出选择数据对话框，选择“Loc_X”如图4.32所示，按“OK”，系统选取点POINT_86的坐标值：.model_1.ground.POINT_86.loc_x。图4.32 选择数据对话框在“Getting Object Date”栏中选择“Design Variable”，输入设计变量“DV_1”的名称，按“Insert Object Date”按钮，如图4.33所示，系统选取设计变量DV_1的值。同样可以获取“DV_2”和“DV_3”的值。图4.33 获得目标数据选项表达式编辑完成后，按“Evaluate”按钮，函数编辑器计算表达式的值，并在“Function Value”中显示出来。如图4.34所示。按函数编辑器的“OK”键，将函数表达式输入到设计点POINT_1的X坐标栏中。图4.34 编辑结果重复以上步骤，在设计点POINT_1的Y坐标栏中输入表达式：(.model_1.ground.POINT_86.loc_y-.model_1.DV_1*COS(.model_1.DV_2)*SIN(.model_1.DV_3)；在设计点POINT_1的Z坐标栏中输入表达式：(.model_1.ground.POINT_86.loc_z + .model_1.DV_1 * SIN(.model_1.DV_2) * COS(.model_1.DV_3)；完成以上函数表达式输入后，按列表编辑器的OK，将设计点进行了参数化。如图4.35所示。图4.354.6.3实体参数化在ADAMS/View的工作窗口中，将光标放置在下控制臂上，按鼠标右键，如图4.36所示，修改下控制臂的圆柱体。在修改圆柱体对话窗中，将圆柱体的长度（length）设置为变量“DV_1”如图4.37所示，按“OK”，完成下控制臂的参数化。图4.36 下拉式菜单图4.37 修改圆柱体对话框将PART_18的圆柱体长度（Length）用下面的函数表达式表示，如图4.38所示：(SQRT(.model_1.ground.POINT_1.loc_x-.model_1.ground.POINT_28.loc_x)*2+(.model_1.ground.POINT_1.loc_y-.model_1.ground.POINT_28.loc_y)*2+ (.model_1.ground.POINT_1.loc_z -.model_1.ground.POINT_28.loc_z)*2)。图4.38 函数编辑器通过以上步骤，对设计点参数化影响的PART_18的圆柱体长度进行了参数化。4.7 优化前悬架模型4.7.1方法本文采用设计研究方法，来考虑各个变量对悬架性能的影响。在建立好参数化模型后，当取去不同的设计变量，或者当设计变量值的大小发生改变时，在仿真过程中，悬架的性能将会发生变化。而样机的性能怎样变化，是设计研究主要考虑的内容。单击菜单栏中的Simulationdesign evaluation命令，系统弹出如图所示的Design evaluation tools对话框。如果点选Design study单选钮，即可进行设计研究。在设计研究过程中，设计变量按照一定规则在一定的范围内进行取值。根据设计变量值的不同，进行一系列仿真分析。在完成设计研究后，输出歌词仿真分析的结果。通过各次仿真分析结果的研究比较，可以得出以下内容。设计变量的变化对悬架性能的影响；设计变量的最佳取值；设计变量的灵敏度，即悬架有关性能对设计变量值的变化的敏感程度。前面对悬架各定位参数随车轮跳动的变化情况已作较详细分析。现在列出它们的变化范围：主销内倾角（Degrees）：8.00-10.10;主销后倾角（Degrees）：1.27-1.50；车轮外倾角（Degrees）：-0.74-1.55；前轮前束角（Degrees）：-0.52-0.55；前轮接地点侧向滑移量（Length）：-8.5-8.0。可以较明显的看出，主销内倾角、主销后倾角、前轮前束角在技术要求内变化，前轮接地点侧向滑移量值较大，变化范围也较大。车轮外倾角虽然超出1的界限，但也大体符合要求。下面研究前轮接地点侧向滑移量，研究分析如何使滑移量减小，以减轻轮胎的磨损，并给出优化结果。选择前轮接地点侧向滑移量的绝对值作为目标函数，通过下控制臂长度DV_1、下控制臂与x-y平面夹角DV_2、下控制臂与x-z平面夹角DV_3的优化分析，使前轮接地点侧向滑移量绝对值减小。在ADAMS/View菜单栏中，选择BuildMeasure FunctionNew，创建测量函数。在函数编辑器中，输入测量名称（Measure name）：OBJECT_FUN，等等如图4.39所示。系统生成目标函数OBJECT_FUN曲线窗口。在ADAMS/View的主工具箱中，选择仿真按钮，设置终止时间为1，工作步长为100。然后点击开始按钮进行仿真，如图所示。图4.39 生成目标函数图4.40 仿真结果4.7.2优化模型在ADAMS/View菜单栏中，选择Simulate菜单中的Design Study命令，系统弹出优化设计变量对话框，优化的函数为测量的目标函数，优化的设计变量为DV_1、DV_2、DV_3，选择和选入项如图所示。图4.41 Design study命令下面依次进行DV_1、DV_2、DV_3对悬架性能影响研究。1、下控制臂长度对车轮侧滑量影响分析以下控制臂长度为研究对象，让此变量从最小到最大分10阶段变化。单击优化设计变量对话框底部的Start按钮，ADAMS对汽车前悬架进行优化设计分析，系统同时生成目标函数相对于迭代次数变化的曲线窗口。系统在完成对前悬架的优化后，通过曲线窗口，可以直观地看目标函数在优化过程中的变化情况。得到车轮侧滑量随DV_1变化图，如图4.42所示，横坐标为时间。图4.42 下控制臂长度对车轮侧滑量影响示意图2、下控制臂与x-y平面夹角对车轮侧滑量影响分析以下控制臂与x-y平面夹角为研究对象，让此变量从最小到最大分10阶段变化，得到车轮侧滑量随DV_2变化图，如图4.43所示，横坐标为时间。图4.43 下控制臂与x-y平面夹角对车轮侧滑量影响示意图3、下控制臂与x-z平面夹角对车轮侧滑量影响分析以下控制臂与x-z平面夹角为研究对象，让此变量从最小到最大分10阶段变化，得到车轮侧滑量随DV_3变化图，如图4.44所示，横坐标为时间。图4.44 下控制臂与x-z平面夹角对车轮侧滑量影响示意图从以上图中可以看到，下横臂长度DV_1对车轮侧向滑动的影响不大，相对于下横臂长度DV_1对侧滑的影响，下控制臂与x-y平面夹角DV_2的影响稍大些，而下控制臂与x-z平面夹角DV_3影响较大,车轮侧向滑移量的变化幅度对DV_3的变化非常敏感，即较小的DV_3变动量即可引起车轮侧向滑移量的变化。4.7.3优化方案结合4.5节的仿真结果和4.7.2节中分析的每个变量对目标函数的影响，总结出以下规律：（1）随着DV_1的增大，目标函数的相应减小，但减小幅度不大，即下控制臂长度的影响力不大，也可以适当增大一些，有利于减小前轮外倾角、车轮侧滑量的变化，如图4.45；图4.45 下控制臂长度的影响程度（2）DV_2有一定影响力，应增加一些角度，如图4.46；图4.46 DV_2的影响程度（3）随着DV_3的减小，目标函数值也相应减小，根据数据变化趋势可以判断它的影响力较大。所以优化时应减小这个角度，这样会有利于减小车轮侧滑量，如图4.47。图4.47 DV_3的影响程度结合底盘布置的要求，适当调整所有设计变量，具体调整结果如表4.4所示：表4.3优化的参数变量名变量名初始值下控制臂长度DV_1491.62mm下控制臂与x-y平面夹角DV_20下控制臂与x-z平面夹角DV_34.67表4.4调整后参数值变量名变量名初始值下控制臂长度DV_1505mm下控制臂与x-z平面夹角DV_21.0下控制臂与x-z平面夹角DV_优化结果根据上面的讨论结果，得出修正后的参数值，然后更新模型，再次进行运动学仿真，得到各目标参量的变化曲线。图4.48 优化后主销内倾角变化曲线如图4.48所示，与原悬架相比，优化后主销内倾角在车轮跳动过程中从8.010.1变化为9.4211.60，整体有所增大，且变化幅度略有增加，符合要求。图4.49 优化后主销后倾角变化曲线如图4.49所示，与原悬架相比，优化后主销后倾角在车轮跳动过程中变化范围为2.0752.438。具有理想的的变化趋势，主销后倾角处在合理范围，有利于汽车制动时的操纵稳定性。图4.50 优化后前轮外倾角变化曲线如图4.50所示，优化后前轮外倾角在车轮跳动过程中从-0.66 增大到1.50，最大值大于1。可以看出：（1）当车轮跳动量为0mm时，即汽车处于设计状态时，车轮的外倾角大小为0.33，车轮具有轻微的正外倾角，使汽车在加载的状态下车轮尽可能垂直于稍微有点拱形的路面，减少了轮胎磨损和滚动阻力；（2）悬架在车轮上下跳动时具有理想的外倾角变化趋势：车轮上跳时，外倾角朝负值变化：车轮下落时，外倾角朝正值变化，并且变化幅度减小了。汽车转向时，改善了车身内侧承受侧向力的性能，获得较高的侧偏性能，基本达到性能要求。图4.51 优化后前轮前束角变化曲线如图4.51所示，可以得出：（1）当车轮跳动量为Omm时，即汽车负载处于设计状态时，车轮具有弱正前束。设计状态前轮前束取在零附近是为了控制直行时由路面的凸凹引起的前束变化，确保良好的直行稳定性。（2）车轮前束的变化范围为-0.28到0.26。悬架在车轮上下跳动时具有理想的前束变化趋势：上跳时车轮产生正前束；下落时车轮产生负前束，使汽车具有弱的不足转向特性，有利于提高汽车的操纵性能；并且与车轮外倾角有非常合理的匹配(上跳时，负外倾角对负前束；下跳时，正外倾角对正前束)。图4.52 优化后车轮侧滑量变化曲线当车轮上下跳动时，几乎不可避免的引起车轮侧滑，导致轮距不断变化。汽车行驶过程中的轮距变化相当于车轮有一个侧偏角，从而引起相应的侧向力，并导致汽车直线行驶能力下降，同时还会造成滚动阻力的增大和对转向系的影响。典型的轿车轮距变化引起的侧向力的数值如图4.53所示。如图4.52所示，优化后车轮侧滑量的变化趋势明显好转，由优化前的-8.5mm8.0mm变化为-7.48mm6.82mm，车轮的侧滑量变化幅度减小，且基本维持在正负7.0mm，满足性能要求。图4.53 轮距变化引起的侧向力4.7.5 优化结果的评价从上一节的优化结果可以看出，优化后主销内倾角在车轮跳动过程中从8.010.1变化为9.4211.60，仍在许用范围813。主销后倾角整体有所增大，但始终小于3。前轮前束角也有所改善。前轮侧滑量也得到改善。影响汽车操纵稳定性的前悬架的几个重要的性能参数的变化规律都实现了较合理的调整。4.8 本章小结在整车运动过程中, 由于路面存在一定的不平度, 此时轮胎和车身之间的相对位置将发生变化, 这也将造成车轮定位参数发生相应的变动。如果车轮定位参数的变动过大的话, 将会加剧轮胎和转向机件的磨损并降低整车操纵稳定性和其他相关性能, 所以原则上, 车轮定位参数的变化量不能太大。本章利用虚拟样机软件ADAMS分析汽车悬架的运动过程。在ADAMS/View中按照悬架的关键点，建立悬架的样机模型。再给与路面激励，得到悬架的参数在汽车行驶中的变化曲线。以车轮侧滑量最小为目标，利用ADAMS软件对影响悬架特性的部分因素进行优化设计，得到较理想的的悬架导向机构尺寸。按照优化后的结构参数，重新建模得到的悬架运动特性有了明显的改善，各项前轮定位参数的变化更加趋于合理。因此，在虚拟样机技术分析中，可以在不建立悬架实物情况下，分析悬架的参数是否合理，为实车模型提供优化参数。第5章麦弗逊前悬架三维实体建模前面几章重点讨论研究了麦弗逊前悬架的虚拟实验分析，即在多体动力学仿真软件上进行悬架的建模和运动学分析，并对其优化设计。优化的结果确定出了较理想的悬架空间结构。根据几个重要的关键点并结合前面初步计算确

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