【《麦弗逊前悬架的仿真分析案例》4700字】

[5]参数名称英文名称数值/单位轮胎刚度TireStiffness200N/mm簧载质量SprungMass1300kg质心高度CGHeight300mm轴距Wheelbase2000mm轮胎半径TireUnloadedRadius300mm轮胎质量Tyremass18kg轮胎垂直刚度Tyreverticalstiffness200n/mm前传动比前制动比DriveRstioFrontBrakeRstioFront50%55%双轮同向跳动时前束角的仿真分析前束角有关定义及对汽车性能参数的影响前束角的定义从俯视角度来分析以汽车前轮单测轮胎为例：轮胎中心纵轴线与轮胎中心垂线方向上的夹角就叫做前束角。当汽车前轮的中心轴线在轮胎中心垂线右侧时，一般称为负前束，反之为正前束角。当车辆在运行时，由于道路的不平整，导致轮子的前后束角度也会随之增加或减少，以确保悬挂系统的稳定、转向性能（转向不足、转向过度），因此，车辆悬挂系统的前束角参数是车辆悬挂系统的重要参数之一。前束角对汽车相关性能的影响传统悬挂系统的前束主要用于补偿车身外倾角对车身的负面影响。它可以使车轮在运动前向后偏转，从而抵消部分由外倾角引起的偏转。根据外倾角参数的选择，调整前束角以达到最佳要求，防止车轮在行驶时打滑和快速磨损。性能提高，使用寿命延长。合理的前束值可以保证汽车在直线行驶时的稳定性。此外，前束角主要用于对后轮进行补偿，避免车辆在直线上行驶出现不稳定的情况。车辆在行进时，若车辆有后束流，则在道路上承受了横向作用力，其中一个轮子会前进，而另外一个则会倒退，从而使车辆产生转弯。，而且在向前行驶时，前束承受较小的阻力，而后束会承受较大的阻力，从而进一步增加汽车的转向角度，使汽车处于危险状态。车轮前束角理想的变化趋势。避免摩擦增大，提高抗滑能力，降低由于车轮的侧翻引起的线性运动能力降低，比在静止状态下有正确的前束值更重要，车辆在行驶过程中或在恶劣的路况下保证前束角不发生改变，如果变化大转向横拉杆受到的拉力大，会对横拉杆球头造成磨损，时间长了会出现松动从而导致异响。为提高车辆的转向性和驾驶稳定性，在车辆发生侧倾时，或受到侧向力的影响，轮胎向上跳动时外侧车轮的前束值通常被设计为较小的负弱值。在设计车轮前束时，经参考上表可知：当车轮上跳50mm时，前束角应在0~-0.5°范围内，当车轮跳下50mm时，参考表4.4理想的前束角变化范围为0~0.5°。车轮前束角的仿真分析图5.3同向跳动车轮前束角变化曲线主销偏移的变化曲线在坐标轴上的表示与其他参数表示不同，其他参数的变化曲线在X轴都表示车轮上、下跳动的行程分别为±50mm，Y轴表示具体变化度数。从5.3所示的变化曲线得知，轮子在±50mm的行程内跳动，其变化范围在-1.1497°～1.1023°，变化量为2.252°；而理想的变化取值范围在-0.5°～+0.5°之间,理想变化量为1°，变化区间超出了理想的范围，需要将此参数纳入为下一章节的优化目标。双轮同向跳动时车轮外倾角的仿真分析车轮外倾角有关定义及对汽车性能参数的影响前轮外倾角的定义汽车正面观察的外倾是由轮子的中轴和车体的中线所产生的角度，在车辆为空载的时候，车轮从前面看上去是个内八状态就是负外倾角，如果看上去是外八状态就是正外倾角。外倾角对汽车相关性能的影响。对汽车主销偏移距影响：与负外倾角相比，主销偏移比负外倾角要小得多，如果主销偏移过大，那么悬架回正率也会很高，导致车轮转向偏大。早期的汽车都是液压转向，或者还没有安装转向系统，所以很多车型都会把车轮设计成正的外倾角。对轮胎磨损的影响其实早期的车辆外形较一般会设计成正外外倾角，一方面如果车辆空载时车轮处于正倾角，再让车辆载人或载货之后车轮载重而受压力会有往负外倾角变化的趋势，这样正好能够抵消一部分，原来正外倾让车轮能够尽量垂直于地面来，增大车轮与地面的接触面，这样不仅能够使车辆有很好的抓地性还能让轮胎磨损得均匀。对过弯性能的影响：车轮负外倾可以提高车辆的过弯性能，汽车转向时，产生的离心力会传递给外部的轮子，此时外侧车轮所受的载荷有所增大。从车轮的运动状态来看，外侧车轮就像是一个向上弹跳的过程。如果是负外倾角设计正好可以抵消，因车轮的摆动所产生的倾斜角度的改变，使轮胎的负向外倾角度降低，使轮胎与路面保持垂直，接触面积大，能产生更大的横向作用力，同时，因汽车在转弯时，重心更接近于外侧车轮，所以转向所需的侧向力全部由外侧车轮提供，以前的正外倾角设计不能抵消车轮跳动带来的倾角变化，转弯性能会稍差一些，负外倾角的车辆转向响应更好，过弯极限能力也更强，所以有些改装车为了提高过弯性能，会把外倾角改得更大。有些改装车的人，为了不让自己的车太丑，都会把车的外倾角调整到一个夸张的角度。调整方式主要是通过调整控制臂的偏心螺栓，不过调整范围比较小，无法满足改装爱好者对大青甲的要求，如果要改装大的话，可以更换带有倾角调节的减震器，或者增加倾斜垫片来增加外倾角。当然，负外倾角过大也有坏处，负外倾角的设置会使车辆在直线行驶时车轮与地面接触较少，从而造成轮胎偏磨。前轮外倾角理想的变化趋势：汽车无论在直线、弯道、水平或凹凸不平的环境下行驶，其外倾角都会发生不同程度的变化，为避免对车辆性能造成不利影响，应将角度变化控制在合理范围内。例如，当汽车在弯道上行驶时，一定的车速会使车身重心向外转移，从而使外侧车轮角度有向外变化的趋势，从而影响到轮胎的侧倾。通过查阅文献得到参考表4.4，可知车轮在±50mm行程内上下摆动时的外倾角理想的变化趋势为1~2°。车轮外倾角的仿真分析图5.4同向跳动前车轮外倾角变化曲线如图5.4所示的变化曲线得知，轮子在±50mm跳动，内其变化范围在-0.8971°～1.3518°，变化量为2.2489°；而理想的变化范围在-1°～+2°,理想变化量为3°，数据变化范围在理想值之间符合变化趋势。双轮同向跳动时主销后倾角的仿真分析主销后倾角有关定义及对汽车性能参数的影响主销后倾角的定义主销后倾角就是从汽车侧面方向看，与轮胎平面中心铅锤方向的夹角。主销顶部在铅垂线的右边定义为正后倾角，反之在左边就定义为负后倾角。负后倾角用在比较早的汽车上，经过前人们的不断研究优化现在的汽车都是使用正后倾角。主销后倾角对汽车相关性能的影响在主销向后倾时，前轮在转弯时也会发生倾角，也就是说，随着方向的改变，轮的外倾角也会发生改变。当车辆未发生转向时车轮与水平地面是垂直的。从汽车的前往后看，如果在转弯时将方向盘的方向向右最大化，则前轮的外侧倾角会因为离心的侧向力导致左侧轮胎产生倾角。由于主销后倾的原因，导致了车轮在转弯时的外倾度出现了相同的情况。多亏了这种设计，汽车转向时产生的离心力才能转移到地面从而减小离心力，降低了在高速转向过程中发生的翻滚事故。另一方面，它还能将传递的离心力牢牢地往地面上压，从而提高轮胎的附着力，由此可以看出，适当增大主销的后倾角，可以提高车辆在转弯时的稳定性。但是一味的增大过角度会导致转向时方向盘变得沉重，同时前轮也会出现轻微地磨胎。汽车左右前轮的倾角要接近相等，否则在行驶时方向就会发生偏移。主销后倾角理想的变化趋势参考表4.4参数可知当轮胎在正负50mm范围内跳动时，向上跳动趋势会逐渐增大；向下跳动时趋势会逐渐减小，理想的变化范围在0°～3°。主销后倾角的仿真分析图5.5同向跳动主销后倾角变化曲线如图5.5所示的变化曲线得知，在±50mm行程跳动内，其变化范围在4.9355°～6.0991°，变化范围均在正值，总变化量为1.1636°；参考表4.3可知理想的变化范围在0°～+3°。变化的幅度略高于理想的范围，为了使之合理，还需要进一步的优化。双轮同向跳动时主销内倾角的仿真分析主销内倾角有关定义及对汽车性能参数的影响主销内倾角的定义车辆主销并非特定部件，而是由轮子在转向过程中旋转的中轴。在麦弗逊的悬架上。主销子的内倾是：从车头方向观察时，主销轴与地板垂直方向的角度。主销内倾角对汽车相关性能的影响主销内倾角对车辆低速回正力的贡献很大。当你在原地打方向盘的时候会注意到，你会感觉车身被抬高了。这是由于主销内倾角产生的现象。麦弗逊悬架主销内倾角一般较大，因为减震器上支撑座的位置原因，车辆抬升现象比较明显。与双叉臂主销内倾角相比，与麦弗逊悬架相比，双叉臂主销内倾角的大小提升现象较小。那么为什么主销内倾角出现这种现象呢？当车轮绕主销转动最大角度时，由于胎侧比胎面低，所以胎侧与地面接触有一个下降趋势。当车轮回正时有一个上升趋势所以车身才会上升。理想的变化趋势：在日常行车中，轮胎与凹凸不平的道路接触时，内倾角也会随着路状况而改变。也就是说主销内倾角不是固定的，针的内倾角度的改变愈少愈好。在行车过程中，在遇到坑洼的道路时，轮子会上下弹跳，内倾角度会改变；，参考表4.4主销内倾角变化范围在7°~13°。主销内倾角的仿真分析图5.6同向跳动主销内倾角变化曲线如图5.6所示的变化曲线得知，在±50mm的行程内跳动，其变化范围在11.7714°～13.1738°，总变化量为1.4024°；参考表4.3可知理想的变化范围在7°～13°，变化量为6°。变化范围小，符合变化趋势。双轮同向跳动时主销偏移距的仿真分析主销偏移距有关定义及对汽车性能参数的影响主销偏移距的定义从车辆正前方看，不打方向时，轮胎纵向中心线与主销轴的延长线在地面上交点的距离。它与其它参数相似的地方就是也有正负之分。以轮胎接触地面中心点为参考，主销轴的延长线在此中心点的内端称为正偏距，在中心点外端称为负偏距。主销偏移距对汽车相关性能的影响当汽车刹车时相对于轮胎会受到一个向后的力，加速时会受到一个向前的力。由于主销偏距的存在不管是向前还是向后的力都会产生一个力矩，这个力矩就会尝试的把车轮往某一个方向改变。如果两边轮胎受到力矩大小、方向一致，可以相互抵消；如果受到的力矩大小方向不一致就不能完全抵消，这时候不能抵消的力会导致车辆跑偏。这个时候就需要稍微大一点的负偏移距来解决车辆跑偏的问题了。主销偏移距的仿真分析图5.7同向跳动主销偏移距变化曲线如图5.7所示的变化曲线X轴表示轮上下跳动的行程，Y轴表示变化的距离。在±50mm的行程内跳动,其变化范围在16.5039mm～28.691mm，其变化量为12.1871mm；理想的变化范围在-10mm～+30mm,理想的变化量为10mm，变化量超出理想范围需要进行优化。双轮异向跳动时仿真分析的仿真分析前束角图5.8异向跳动与同向跳动车轮前束角变化曲线由图中变化曲线可知，同向跳动和异向跳动变化幅度相差不大。异向跳动前束角变化范围为-1.2045°～1.1549°，变化量为2.3594