关 键 词：

含图纸文档 基于 UGADAMS 汽车 悬架 三维 建模 分析 图纸 文档

资源描述：

基于UGADAMS的汽车悬架三维建模及分析【含图纸文档】,含图纸文档,基于,UGADAMS,汽车,悬架,三维,建模,分析,图纸,文档

内容简介：

科研设计 ( RE S E AR C H & D ES ) ： 文章编号 ： 1 0 0 2 4 5 8 1( 2 0 0 6 )0 5 0 0 1 3 0 4 麦弗逊前悬架的虚拟设计及优化 张 俊 何 天 明 Z HANG J u n ， HE T i a n mi n g f 武汉理工大学汽车工程 学院，武汉 湖北 4 3 0 0 7 0 ) 摘 要 ：在A d a m s ， v i e w 模块中对某高尔夫球车的麦弗逊式独立悬架进行了虚拟设计建模和运动学仿真分析，研究分 析了前轮定位参数随车轮上下跳 动时的变 化规律 。评价 了悬架数据的合理性 。采用优化分析方法进行 优化处理 ，缩短 了 开发 周 期 。 关键词：麦弗逊悬架：运动学分析 ；优化设计 中图分类号 ：U 4 6 3 3 3 麦弗逊式独立悬架具有结构简单 、维修方便 等众多优点 但是由于主销轴线位于减震器上支 点和下摆臂外支点的连线上 当悬架变形时 ，主 销轴线也随之改变 车轮定位参数和轮距也都会 相应发生改变 变化量可能会很大 ，直接影响到 整车的操纵稳定性和对轮胎 的磨损 。在与一家公 司合作开发一款 电动高尔夫球车的项 目中，前悬 架采用麦弗逊式独立悬架 并且厂家准备 自制零 部件 。为了节约成本和缩短开发周期 ，在具体零 件设计前首 先做好悬架 的虚拟设计 及运动学分 析 。 1建立模 型 1 1 总体建 模 方案 前悬架准备设计成转向器为齿轮齿条传动式 的麦弗逊式独立悬架。该高尔夫球车的一些设计 要求 ：该 车采 用 1 8 ” 轮胎 ，宽 2 1 0 ram，直 径 是 4 5 7 2 ram轮毂直径 2 2 0 ra m相 比一般 的轿车宽 径 比偏大 ：前轮距 8 5 0 ram；负载较小 ，乘坐 2成 年人 预计 总质量 为 5 5 0 k g ； 车速较低 ，最高 车速 2 5 k m h 应用 多体 运动学分析方 法 ，首 先抽象 出如图 1 所示的运动学仿真系统模型。 麦弗逊悬架左右对称于汽车纵 向平面 ，由下 文 献标 识码 ：B B l 一 车身 ；2 一 弹簧 ；3 一 减震器上体 ；4 - 转 向拉杆总成 ；5 - 转 向齿 条 ；6 一 下摆臂 ；7 转 向节总成 ；8 - 车轮总成 图 1麦弗 逊悬架简化运动分析模型图 摆臂 、转 向节总成 ( 包括减震器下体 、轮毂轴) 、 转向横拉杆 、减震器上体 、转向器齿条 、车轮总 成及车身组成 。各刚体之 间的连接关系如下 ：减 震器上端与车身的球铰链 A接 ，下摆臂一端( 简 化为点 )通过转动副 C与车身相连，另一端通 过球 铰 B与转 向节 总成 相 连 ，A B的 连线 构 成 主 销轴线 。转 向节 总成与减震 器上体用 圆柱 副约 束 只能沿轴线移动和转动 。转 向横拉杆一端通 过球铰 D与转向节总成相连 ，另一端通过球铰 E 与转向齿条相连。运动分析时 ，转 向齿条与车身 同定 车轮 总成和转 向节 总成也通过固定副 F相 连 车身相对地面不动。由于运 动学无需考虑受 1 3 一 北 京 汽 车 维普资讯 北 尿 汽 车 科研设计( R E S E A RC H DE S I G N) 力 问题 ，因此 不考 虑减 震器 的阻尼和弹簧 的刚 度，假设车轮不转动 ，车轮为刚性体。 1 2模型关键点的预定 先确定设计 的目标参数：主销 内倾角 8 5 。 。 主销后倾角 2 5 。 ，车轮外倾角 1 5 。 。由前轮前束 角 和车 轮外倾 角 的理想关 系式 8一C 2 D和 C= 2 D I _ r + 4 L 叫 ” ，根据设计参数计算出前轮前束 角约为 O 5 。 。在虚拟设计阶段 ，这些参数不必完 全准确 ，可 以通过后续 的优化设计 来调整 。用 C AD软件预设计一些关键点的空间坐标 f 由于悬架 的对称性。只设计右半悬架的参数1 。坐标系采取 A D A MS V I E W 建模中默认的坐标系。参见表 1 。 表 1 关键空间点的坐标 名称 X Y Z 减震器与车身的铰点 A 一 1 3 0 4 2 0 0 下摆臂的球铰点 B - 2 0 3 - 5 0 2 0 5 2 下摆臂与车身的铰点 C 0 0 0 1 车轮的外侧 中心点 - 4 2 0 2 3 1 9 2 I 2 7 转向拉杆和转 向节的铰点 - 1 5 0 3 0 - 7 0 转 向拉杆和齿条 的铰点 一 2 0 7 0 - 7 0 l - 3 建 立仿真模 型 依据表 l 点 的位 置 ，在 AD A MS V I E W 模块 中建立该车麦弗逊前悬架系统的多刚体运动学分 析模型 ，由于对称 ，只建立右半悬架模 型。如图 2所 示 。 l 4 量 誊 图 2麦弗逊悬架的运动分析模型 f A DA MS ) 2模型的仿真分析 进行双侧车轮平行跳动仿真来分析主销内倾 角 、主销后倾角 、车轮外倾角 、前轮前束角以及 车轮侧滑量的变化规律 。 在 A D A MS中分别设置所需测量参 数的测量 函数 。以 G r o u n d和测试平 台之 间的移动 副为驱 动副，创建驱动 ，驱动函数为 ：D i s p( t i m e )= 4 0 x s i n( 3 6 0 d t i me ) ，即测 试 车轮 跳 动 的 范 围 为 4 0 ra m。以车轮 的跳动量为 X轴绘制悬架特性 曲 线 如 图 3 ： 由 图 中可 以看 出 ：主销 内倾 角 的 变 化 为 6 6 6 5 。 到 l 0 3 5 1 。 ，变化量 为 2 7 0 6 。 ，较为正常 ； 主销后倾角从 2 - 3 l l 。 到 2 7 2 5 。 随悬架压缩而轻 微增加 状态 比较理想 ：车轮外倾角从 3 6 0 0 。 变 图 3悬架特性曲线 ( 左边 为角度刻度 、有边为距离刻度) 维普资讯 化到 0 3 0 3 o 。变化量 为 3 2 9 7 。 ，略微偏大 ；前轮 前束角变化 比较大 ，从一 4 5 6 8 。 变化到 1 7 2 3 。 ，变 化 量达 到 6 2 9 1 。 ；车 轮滑移 量从 下跳 4 0 ram的 1 9 3 5 m m 到上 跳 4 0 ra m 的一 9 2 3 5 m m，变 化量 较 大特别是轮胎下跳 时的变化过大。 由此得 到的分析结果是 ： f 1 1主销内倾角和 主销后倾角的变化状态较 为正常说明了模型的建 立是大致成功的； ( 2 )车轮的偏移量过大 ，行驶 时车轮轮距变化较大 。将会 导致轮胎严重磨损 ； ( 3 1前束角变化的不合理 ，进一步加大轮胎的磨 损 以及影响到操纵性能 提出优 化 目标 ：保证 主销后倾 角的理 想状 科研设计 ( I S E AR CH 壁 l ： 态 、适 当减小主销 内倾角和车轮外倾角的变化量 的前提下 ，改善前轮前束角的变化状态 ，控制车 轮 的滑移量 。 3优化设计 分析上面提 出来的问题和参考以前的研究固 ， 进一步缩小 问题的范 围。主要通过调节摆臂铰点 C的高度和拉杆铰点 E的位置来解决问题。将这 2点 的 坐标 参 数 化 ，设 计 相 关 的变 量 ，使 用 A D A MS I n s i g h t 模块强大的分析能力 。评价各 因素 对车轮定位参数和车轮侧滑的影响程度，见表 2 。 表 2 各参数 的影响比较表 ( 变量的变化范 围为 2 0 mm 左右) 摆臂铰点 C的高度 拉杆 铰点 E ( Y方向) X Y Z 主销内倾 角 较高 减小 为优 极低 极 低 极低 主销后倾 角 一般 减小 为优 极低 极 低 极低 车轮外倾 角 较高 ，减小 为优 一般 增大为优 一般 减小为优 极低 前轮前束角 较 高 增大为优 较高 ，增大为优 较高 减小为优 较小 增 大为优 车轮侧 滑量 较高 。减小 为优 极低 较小 ，减小 为优 极低 由表 2可 以看到 。摆臂 铰点 C的高度 很重 要 ，并且需要减小 ，而且所 引起的前轮前束角变 化增 大可 以通过调整拉杆 铰点 E的 Y坐标来优 化。经过分析优化和一些相关的调整后 ，得到表 表 3 优化 后 的关键 点 坐标 名称 X Y Z 减震器与车身的铰点 A 一 1 3 0 4 2 0 0 下摆臂 的球铰点 B - 2 0 1 - 5 5 2 0 5 2 下摆臂与车 身的铰点 C 0 1 8 0 车轮 的外侧 中心点 - 4 2 0 2 3 1 9 2 2 7 转 向拉杆和转 向节的铰点 一 1 4 5 2 8 - 7 0 转 向拉杆和齿条的铰点 - 2 4 2 - 6 0 3所列的关键点的新坐标 。 再重新做车轮平行跳动仿真 得到如图 4的 悬架特性图。由图中可 以看到优化的结果都达到 了要求 证 明了优化过程的正确性。由图中可 以 看 出 ： ( 1 )主销后倾角继续 保持理想 的变化状 态 。主销 内倾角从 7 0 6 9 。 变化到 9 4 8 1 。 ，变化量 减小到 了 2 4 2 2 。 ； f 2 )前轮前束角的变化状态改 善 明显 ，车 轮 的外倾 角 得 到 了优 化 ，见 图 5 ； f 3 )车轮侧滑量明显减 小 了，从一 2 6 5 m m变化到 1 2 7 2 ram，结合前轮前束 角的优化 。可以较好地 改善轮胎的磨损状况。 4 结论 通过 AD AMS的建模和运动学仿真分析 ，较 好地完成 了具体零部件设计前的虚拟设计和优化 1 5 北 京 汽 车 维普资讯 科研设计 ( RE S E ARC H D E S I GN) 一 一 _一一 I， r _ 一 - - ， 一 一 ， 。 优咆后 前轮韵束龟 ， T 鼬 轴 盘州 嚏 删 臻 ： 端 M f,3 ： 懒 ew 蝻 鼎 荆 一 T ，J ， 亿孵酣 聃米霜 图 4优化后的悬架特性图 图 5 优化前后 车轮外倾角和前轮前 束角 的对 比 过程 缩短了高尔夫球车的开发 周期 ，改善了悬架 的性能 。较好 地控制 了定位参数 的变化范 围和 避免 了轮胎的严 重磨损 。此虚拟 设计 的平 台参数 化以后 。为后续 相关产品的设计工作打下了基础。 在悬架布置 的优 化分析过程 中得 出以下结论 ： f 1 )摆臂和车 身的链 接铰点的高度对于各定位 参数 的影响都 比较大 应重点考 虑 ； ( 2 )转 向拉杆 的布置 只对前 轮前束 有影响 ，对其他 的参数影 响不 大 。 参考文献 1 魏道高 前轮定位 参数的研究与展 颦 J 合肥T业 大学学报 ，2 0 0 4 2 王国林 车轮跳 动对 定位参数影响的 试验分析 J 农业 机械学报 ，2 0 0 5( 7 ) 收稿 日期： 2 0 0 6 0 7 0 4 ( 上接第 3页) 另外 ，国内柴油车的配件价格相对较高 并 随着汽车工业的高速发展 ，汽车柴油化已经 且维修点数量很少 ，维修费用高。 是世界范 围内的趋势 ，在我国，柴油车发展缓慢 4 结 束 语 蓉 鎏 妾 用 、 环 保 的 柴 油 车 “ 十一 五 ”规划 提 出 “ 实 现 2 0 1 0年人 均 国内 生产总值 比 2 0 0 0年翻一番 ”与 “ 单位国内生产 总值能源消耗 比 十五 期末 降低 2