汽车前悬架体系建模仿真与分析

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1、汽车前悬架体系建模仿真与分析第1章绪论1.1课题的、背景和意义汽车悬架需要保证汽车操纵稳定性、行驶速度和行驶平顺性。伴随着汽车形式驶速度的不断提高，人们要求汽车具有更高的行驶舒适性和操纵稳定性，传统的非独立性悬架的弹性元件为钢板弹簧，这种结构已难以适应人们的要求[1]。因此，现代的轻型车已经比较普遍地采用了独立式悬架。重型汽车作是汽车产业的一个重要组成部分，以为受生产成本及制造技术等方面因素限制，基本仍然采用传统钢板弹簧结构的非独立悬架[2]。本文针对某重型汽车制造厂计划生产的新型重型汽车，尝试采用三桥全独立结构悬架替代前桥钢板弹簧结构非独

2、立悬架以及中后桥平衡悬架，以改善重型车辆的越野性、操纵平顺性和稳定性，然而由于三桥全独立结构悬架造成车辆结构趋于复杂，而且该技术还不完全成熟，采用传统设计方案必将增加汽车开发周期并提高研发成本。本课题采用虚拟样机的方式，对某重型汽车的双横臂独立悬架系统进行了三维实体建模和动力学仿真，探索了虚拟样机技术实际应用与重型汽车设计研发上的途径，为该车型实际开发提供理论上的依据，且尽可能地缩短新车型的研制周期。对于现代的汽车，车辆在动力学方面的性能尤其重要，在实体车辆生产之前，利用数字化虚拟样机技术进行车辆动力学仿真分析，针对分析结果进行动力学参数的

3、优化，可以大大降低研发风险。车辆动力学问题是一个复杂的多体系统的动力学问题，当前国外的很多汽车企业都己经采用数字化虚拟样机技术进行车辆的动力学仿真分析，并将设计理念从设计到试验，到改进设计，到再试验，再设计转为从设计到仿真再到试验，在产品设计初期解决大部分产品开发问题。掌握和推广数字化虚拟样机技术有助于提高于我国汽车产业技术水平及降低汽车研发的成本和周期并提升企业的竞争力。当前，虚拟样机技术主要应用于轿轻型、微型汽车的开发设计中，在重型汽车设计中的很少采用。国外在此方面的研究和应用实例很少，在国内基本是盲区。本课题采用计算机仿真技术对独立悬

4、架进行计算机仿真分析，分析结果为厂方汽车悬架方案的正确快速决策提供了有价值的参考依据，具有现实的工程意义。1.2国内外的研究现状及分析根据对车辆行驶工况适应的不同程度，悬架通常被分为被动悬架系统、半被动悬架系统、半主动悬架系统和主动悬架系统。传统的悬架一般是被动悬架，经过多年发展和完善，已基本能达到车辆行驶的平顺性和安全性的要求，设计被动悬架的过程就是确定悬架弹簧和减振器的性能参数，确保系统的平顺性和安全性间保持一个合理的平衡点，这种方案只在某种特定工况下才能保证最合理，而不能随路况、车速等相关条件自动变化悬架参数。半被动悬架的某些性能参数

5、可以由司机依据路面载荷等条件在一定的范围内进行认为调节。半主动悬架的阻尼系数可以根据行驶状态做无级调节，并且从最小调节到最大的周期要求不超过几毫秒，阻尼响应比较快。全主动悬架不但阻尼系数连续可调，而且悬架刚度也可调，在悬架系统上增加一个辅助装置来控制作用力。GM公司ErsPiel.Labrosse先生1954年在设计悬架的过程中第一次提出了主动悬架的思想。1965年，SI汽车悬架系统，TEMSI(TOYOTAElectronicModulatedSuspension)基本工作原理是：采用电控单元探测车辆的运动状态，接受司机的控制命令，根据车

6、辆的不同行驶条件，自动调节前后减振器软、硬状态；凌志LS-400的悬架系统是一种电动控制的主动悬架，它由ECU、调节器、继电器、传感器、悬架和执行器等组成，能实现速度、路面以及车高的自动控制[6-8]。第2章汽车悬架系统在整车中的作用及其性能要求2.1汽车悬架系统的作用汽车悬架系统主要有以下几点作用：（1）减缓路面起伏产生的冲击，缓冲由此击产生的振动，保证汽车的行驶平顺性。（2）传递车轮与车身间的力和力矩。保证车轮按照理想的的轨迹运动，使汽车有良好的操纵稳定性，（3）减缓轮胎摩损，缓解侧倾，并且消减点头、仰头的趋势。2.2汽车悬架系统组成及

7、各部分作用尽管现代汽车悬架系统有各种各样的结构，但其主要由弹性元件、导向机构和减振器等几部分构成（图2-1）。大多数汽车悬架系统都装有专门的减震器。减震器的功能时消减振动。这些振动来受到冲击的弹性元件系统，持续振动会使人感到不舒适和疲劳。常见减振器形式有：摇臂式液力减振器、充气式减振器、筒式液力减振器和阻力可调式减振器等。当前应用比较多的是筒式液力减振器，这种减振器的常见结构如图2-2。其原理是，车架相对于车桥做振动时，活塞相对于缸筒往复式运动，减振器壳体中的油液反复从一个腔通过一个窄孔被挤压到另一个内腔。这样，油液的摩擦形成阻尼力，使振动

8、的能量转变成热能，散发到外界。第3章前悬架系统的建模与基本参数............21-353.1前悬架系统结构组成..........21-223.2前悬架系统基本参数的确