基于adams-car汽车前悬架仿真研究和优化设计

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1、基于Adams/Car汽车前悬架仿真研究和优化设计摘要：针对某车型的麦弗逊前悬架系统，用车辆多体动力学仿真软件Adams/Car建立该悬架的虚拟样机模型，对其进行双轮同向跳动激振仿真分析，并综合评价该悬架的车轮定位参数、主销后倾拖距和转向角随轮跳的响应特性•在仿真分析的基础上，针对不合理的结构设计参数，利用Adams/Insight模块进行基于设计变量灵敏度分析的优化设计•优化后的悬架参数能很好地满足设计要求，从而达到提高该悬架系统整体性能的目的.关键词：麦弗逊悬架；Adams/Car；灵敏度分析；优化设计中图分类号：U461.1文献标志码：B0

2、引言作为车辆的重要组成部分，悬架系统是车架与车桥之间一切传力和连接装置的总称，主要由弹性元件、减振器和导向机构等3部分组成.[1]悬架的主要功能是传递车轮与车身之间的力和力矩，并缓和汽车驶过不平路面时所产生的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，使其具有理想的运动特性，保证汽车的行驶平顺性和操纵稳定性.[2]麦弗逊式独立悬架是汽车上经常采用的悬架型式之一，因其具有结构简单紧凑、质量较轻、经久耐用和很强的道路适应能力等特点而得到广泛运用.为分析某车型麦弗逊前悬架运动性能，提高该车的操纵稳定性，根据悬架各部件的参数与彼此之间的相对运动关系，利用多体系统

3、动力学仿真软件Adams/Car,建立该悬架的虚拟样机模型，并针对前悬架进行双轮同向跳动仿真试验，对悬架定位参数随车轮跳动度的响应规律进行研究•针对不合理的悬架硬点参数，运用Adams/Insight优化模块进行结构优化设计，使该悬架系统整体性能达到最优，从而改善车辆的操纵稳定性，最终达到优化设计的目的.1悬架虚拟样机模型的建立遵循Adams/Car软件自上而下的建模理念，并结合分析车辆的几何定位参数、质量特性参数、力学特性参数和外界参数,首先在"TemplateBuilder”（模板建模器）下分别创建仿真分析所需的悬架系统和转向系统模板模型.由

4、于悬架左、右两侧对称布置，在构建悬架模板模型时，只需建立悬架的一侧，另一侧可由软件按照悬架纵向中心对称面自动生成•建立该车麦弗逊前悬架所需的左侧关键硬点坐标值见表1.3.2车轮外倾角汽车车轮外倾角主要作用是为提高转向轮工作时的安全性和转向操纵轻便性，同时，车轮外倾角和主销内倾角共同作用形成包容角，使转向车轮产生回正作用•在行驶状态下，车轮外倾角动态变化，它对车辆直行稳定性、稳态响应特性等有着非常重要的影响.综合考虑车辆转向性能和操纵稳定性，车轮外倾角在上、下跳动过程中，应该有一个较合适的变化范围，一般设计理念认为：车轮上跳时对车身的外倾角变化为(

5、-2°〜0.5°)/50mm较为合适.[5]仿真试验得到的车轮外倾角随轮跳的响应特性曲线见图2(b).可知，车轮跳动过程中，外倾角的变动范围为-0.64°〜0.56°,上跳时为-0.64°〜-0.32°,变化幅度满足悬架设计要求.3.3主销内倾角设计主销内倾角的目的是为保证车辆低速行驶时，汽车同样具有一定的回正作用，并使汽车在转弯时使车轮产生有利倾斜•在悬架设计过程中，如果主销内倾角设置过大，会导致汽车的回正力矩偏大，而且在汽车发生转向时，会使驾驶员转向沉重，严重降低汽车的操纵稳定性，也加快轮胎的磨损；如果设置过小，会使汽车直线行驶的稳定性能力变

6、差.在实际设计中，主销内倾角较合适的变化范围为7。〜13°,并希望尽量取较小值[5].仿真试验得到的主销内倾角随轮跳的响应特性曲线见图3(a),可知，车轮跳动过程中，主销内倾角的变动范围为11.2。〜13.6°，变化幅度不能满足设计要求，需要后续改进.3.4转向角车轮上、下跳动过程中，转向盘固定，由于转向拉杆的作用，左、右车轮会产生绕主销的转动，使得左、右车轮产生转向角•设计上要求控制该角度在较小范围内，以免汽车操控性变坏和轮胎磨损加剧.仿真试验得到的转向角随轮跳的响应特性曲线见图3(b),可知，车轮跳动过程中，左轮转向角的变化范围为-0.1°〜

7、0.18。，右轮的转向轮响应曲线与左轮响应曲线关于零线对称，两轮转向角变化均控制在±1°内，满足设计悬架设计要求.3.5主销后倾角和主销后倾拖距设计主销后倾角的目的主要是使转向轮获得自动回正能力，使车轮在滚动过程中保持良好的行驶稳定性•主销后倾角变化对车辆的稳态转向特性影响很大，如果主销后倾角设置过大，会使驾驶员转向沉重；设置过小，会产生转向不稳定现象，导致车轮剧烈抖动，加剧轮胎的磨损［5］.实际设计中，主销后倾角较理想的设计值变化范围［5］为：前置的驱动车为0〜3。，前置后驱动车为3。〜10。・主销后倾拖距与主销后倾角一起，用于保证足够的侧向力

8、回正力矩，以利于汽车直线行驶•合理的后倾拖距能提高车辆行驶时抗路面的干扰能力，并提供给驾驶员合适的路感.mm.主销后倾拖距设计值的适宜变