刚柔耦合双横臂悬架性能分析
摘 要：
刚柔耦合双横臂式独立悬架是汽车常用的悬架之一，尤其在轿车的前轮上被应用广泛。其优点在于设计简单、性能稳定可靠，可以通过选择合理空间导向杆系的铰接点的位置和控制臂的长度，使得悬架具有所需的运动特性，并且形成恰当的侧倾中心和纵倾中心，从而保证汽车有良好的行驶平顺性和方向稳定性。通过基于虚拟样机技术对悬架模型进行运动仿真，分析悬架定位参数对性能的影响。
本论文的主要研究内容：
1、根据长城哈弗系列汽车的刚柔耦合双横臂式悬架的定位参数，运用PROE软件建立刚柔耦合双横臂式独立悬架的零部件模型，然后再进行装配约束。
2、基于虚拟样机技术，运用ADAMS软件对刚柔耦合双横臂式独立悬架进行动态模拟仿真分析，做出车轮外倾角、车轮前束、主销后倾角、主销内倾角随着车轮跳动量的变化曲线以及车轮转向时内外车轮的转角误差曲线。
3、根据ADAMS软件对刚柔耦合双横臂式独立悬架做出的运动仿真分析的结果，研究刚柔耦合双横臂式独立悬架的各结构参数对车轮定位参数的影响。
通过基于虚拟样机技术，对刚柔耦合双横臂式独立悬架和转向机构的建模和动态仿真，从而对刚柔耦合双横臂式独立悬架的主要性能进行预测和评估，为刚柔耦合双横臂式独立悬架设计提供依据，从而简化悬架系统设计开发过程，缩短产品开发周期，减少产品开发费用和成本，提高产品质量及性能。
关键词：刚柔耦合双横臂独立悬架；车轮定位参数；虚拟样机；动力学
1 绪论
1.1 现代汽车设计
随着现代科学技术的高速发展，人们越来越关注汽车的行驶舒适性和安全性。在传统的汽车设计方法中，一般只会先理论研究，然后制造出样机，通过无数次的实验不断地改进设计参数，最终才能达到设计要求。这种传统的设计方法设计周期长，设计费用高，于是人们就想到利用计算机来解决一些人们不能解决的问题。
“嫦娥一号”奔月卫星发射后首先会进入一个与地球同步且需要16个小时才能飞行一圈的椭圆轨道（近地点距离为200公里，远地点距离为5.1万公里），随后“嫦娥一号”奔月卫星通过推进器加快运行速度，再进入一个需要48小时才能飞行一圈的椭圆轨道（近地点距离为500公里，远地点距离为12.8万公里）。此后，奔月卫星要经过114小时的连续飞行才能到达月球，期间“嫦娥一号”奔月卫星要不断地加速，并且在到达卫星预定月球飞行轨道附近时，利用运载火箭的反向减速装置减速。由于月球引力的作用，“嫦娥一号”探月卫星会成为环绕月球飞行的一颗卫星，并且最终在距离月球表面200公里的轨道上开展拍摄月球三维影像等的工作。卫星飞行的整个过程总共需时114个小时，距离地球接近38.44万公里。而过去，中国发射的卫星距离地面一般都在3.58万公里左右。“嫦娥一号”奔月卫星整个发射过程要进行四次地球表面变轨，然后脱离地球，到达月球附近时要进行三次近月制动，只有精确的控制这一系列的变轨、制动，“嫦娥一号”奔月卫星才能顺利的离开地球，到达月球。航天局的工程师们正是利用了虚拟样机技术，首先在卫星发射之前，不断地模拟卫星的发射升空、奔月、绕月飞行，最终得到最优化的飞行参数信息，只有这样才能到达对“嫦娥一号”奔月卫星的精准控制，最终完成绕月飞行的任务［1］。
虚拟样机技术（Virtual Prototyping, VP）是把对整体模型零部件的设计和分析技术应用到产品的研究设计开发中，并对计算机上已经建好的模型进行仿真分析，从而得出模型产品的主要性能，进而对模型产品进行设计优化以及改善产品性能的一项新技术［1］。
虚拟样机技术的应用贯穿在整个汽车设计当中，它可以用在概念设计和方案论证中，虚拟样机技术让汽车设计师们实现了把自己的创造力付诸实践的梦想，虚拟样机技术在汽车设计的研制初期的应用，使得汽车设计师们更加直观的对虚拟的汽车模型进行设计和性能评测，这对提高设计质量、减少设计错误、加快汽车的研发周期有重要的意义［2］。
1.2 本文主要研究内容及意义
学习和掌握刚柔耦合双横臂式独立悬架系统的性能优缺点，并能根据所掌握的专业知识尽可能的提出有利于悬架性能提高的优化设计方案。利用PROE软件建立刚柔耦合双横臂式独立悬架系统的参数化模型，并运用ADAMS软件对参数化的悬架模型进行仿真分析，并且针对存在的问题提出相应的解决方案，最终做出车轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角、车轮前束变化规律、车轮跳动量仿真曲线以及内外车轮的转角误差曲线。
汽车悬架系统对整车行驶动力学（行驶稳定性等）有举足轻重的影响，并且刚柔耦合双横臂式独立悬架导向系统在运动型车系中应用最为广泛。基于ADAMS的汽车悬架系统虚拟样机技术，可把悬架视为是由多个相互连接、彼此能够相对运动的多体运动系统，建模中充分考虑刚柔耦合双横臂式独立悬架系统中各种弹性体的特性，模拟出最真实的悬架系统以及悬架的作用环境，通过虚拟样机的仿真分析得出性能最为优化的刚柔耦合双横臂式独立悬架导向系统。在传统悬架系统设计、试验、试制过程中必须一边试验一边改进，定型之前往往要经过多轮的设计、试制、试验，产品开发成本较高，周期长［3］。然而运用基于ADAMS的虚拟样机技术，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，明显提高产品质量及性能，获得最优化和创新的设计产品，为人们驾车出行带来更好的安全保障；为汽车行业带来更多的新鲜“血液”；为汽车企业创造更多的效益［4］。
目 录
1 绪论 1
1.1 现代汽车设计 1
1.2 本文主要研究内容及意义 2
2 悬架的设计概述及结构分析 3
2.1 悬架的类型 3
2.2 悬架的设计要求 11
2.3 小结 11
3 柔性件代换分析 12
3.1 刚柔耦合双横臂式独立柔性件代换 12
3.2 刚柔耦合双横臂式独立悬架的结构参数 13
3.3 小结 14
4 基于PROE的刚柔耦合双横臂式独立悬架的设计分析 15
4.1 PROE软件应用简介 15
4.2 悬架的几何建模 18
4.3 小结 21
5 基于ADAMS的刚柔耦合双横臂式独立悬架的仿真分析 23
5.1 ADAMS软件应用简介 23
5.2 悬架分析系统的建立 24
5.3 悬架的性能评价指标 28
5.4 悬架的车轮跳动仿真 33
5.5 悬架的车轮转向仿真 37
5.6 小结 40
结论 41
参考文献 42
致谢 44
参考文献
1 吴国富.例析弹簧的基本特征及应用.物理教学讨论，2008
2 苏文力.基于虚拟样机的抓斗卸船机结构动力学仿真研究：[学位论文]，武汉理工大学，2007
3 鲍卫宁.基于ADAMS软件的轿车悬架动态模拟与仿真：[学位论文]，武汉理工大学，2002
4 杜武军.基于多柔体虚拟样机的组合臂架动力学仿真：[学位论文]，武汉理工大学，2007
5 燕来荣.现代汽车悬架的新技术.汽车文摘，2004
6 黄燕娟.沙滩摩托车改装成水稻秧田播种机底盘设计：[学位论文]，华南农业大学，2009
7 常云霞.推土机集中连杆操纵机构设计和运动仿真：[学位论文]，河北工业大学，2003
8 李珂.基于多体力学的独立悬架和转向系统优化研究：[学位论文]，河北工业大学，2009
9 岳宏伟.车架装退套机机构研究及运动仿真：[学位论文]，武汉理工大学，2005
10 李莉.汽车轮毂3D敏捷/综合设计系统研发：[学位论文]，东北大学，2007
11 段成龙.数控滚压机执行机构的虚拟设计与仿真分析：[学位论文]，中国地质大学，2006
12 余伟巍，万欣，徐东升等.Unigraphics NX4.0中文版标准实例教程.机械工业出版社，2006
13 陈俊.基于刚柔耦合双横臂独立悬架对轿车转向机构优化设计：[学位论文]，合肥工业大学，2007
14 王朝琦.车辆前轮定位参数和转向梯形优化的研究：[学位论文]，河南科技大学，2008
15 郑胜敏.微型倒三轮电动车转向系统设计及其ADAMS仿真：[学位论文]，武汉理工大学，2008
16 兰新武.赛车转向梯形优化设计.装备制造技术，2010
17 勾治践等.基于ADAMS/VIEW的刚柔耦合双横臂式独立悬架机构运动学分析，机械设计与制造，2007
www.bysj360.com www.bysj360.com/html/4463.html www.bysj360.com/html/4461.html www.bysj360.com/html/4458.html www.bylw520.net www.bylw520.net/html/4503.html www.bylw520.net/html/4507.html
