adams的双横臂式汽车前悬架的优化设计
摘 要 悬架是汽车的车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并减少由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。对悬架结构进行设计优化有利于提高汽车操作稳定性与行驶的平顺性。本次毕业设计的主要任务是完成某车前悬架的结构优化设计，该车前悬架采用的是双横臂独立悬架。论文主要介绍了双横臂独立悬架的结构和运动特点，通过ADAMS软件CAR模块对汽车双横臂独立悬架进行建模仿真和优化。对优化前后的车轮定位参数和前轮距进行分析比较，从而得到最优方案。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景和意义 1
1.2课题研究的主要内容 1
第二章 汽车悬架系统的结构分析 3
2.1汽车悬架系统的组成与功用 3
2.2汽车悬架的分类 3
第三章 双横臂独立悬架的运动学分析 5
第四章 双横臂独立悬架的建模与分析 6
4.1虚拟样机技术 6
4.1.1 ADAMS软件及其CAR模块介绍 6
4.1.2ADAMS/CAR建模过程 7
4.2前悬架建模 7
4.3前悬架建模参数的输入 11
第五章 双横臂独悬架的优化设计 16
5.1硬点参数的优化 16
5.2悬架优化前与优化后的结果对比分析 16
5.3本章小结 19
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
第一章 绪论
1.1课题研究的背景和意义
众所周知，舒适性是轿车最重要的使用性能之一，舒适性直接影响着人们驾车的体验。同时汽车的固有振动特性和舒适性紧密相连，汽车悬架的特性之中，固有振动特性又有着重要的联系。由此可见，汽车的悬架对乘坐舒适性影响重大。从而，悬架的设计制造在汽车设计制造过程中尤为重要。悬架可以分为主动悬架、半主动悬架、被动悬架。这是根据悬架的阻尼和刚度的变化来分类的。半主动悬架又可以根据阻尼的等级分为有级式与无极式两种。
历史上第一
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个由螺旋弹簧组成的被动悬架在1934年被研究出来。我们通常依据经验或者优化设计来确定被动悬架的参数值。由于它是一系列路况的综合，不能概况一切复杂的路况，所以减振的结果不是很理想。为了解决这类不足，由此用了非线性刚度弹簧和汽车车身高度的调节的方法，虽然有了一些效果，但还是没有办法彻底解决被动悬架的缺点。1973年对于半主动悬架的研究开始展开，是由D.A.Crosby和D.C.karnopp首次提及。半主动悬架优点很突出，它相比而言，工作的时候不用消耗汽车本身的动力，并且组成简易，同时其性能也可以和主动悬架相媲美，发展的空间巨大。现代交通在飞速的发展，所有汽车的速度也在不断地提高，从而被动悬架的不足之处也渐渐地暴露出来，所以舒适性和稳定性都很优秀的主动悬架被研究出来。在1954年美国通用公司开始着手研发主动悬架。接下来在20世纪80年代，全世界各大有名的汽车公司和生产厂家都开始研究发展这类悬架。其中奔驰、沃尔沃、洛特斯、丰田等在这领域成为了姣姣者。主动悬架可以让汽车在复杂路况高速行车中，舒适平稳，车轮噪声低，转向与制动时汽车维持水平状态。突出优点是乘坐舒适，但同时这种悬架结构比较复杂，耗能较高，可靠性也比较差。
国内在半主动和主动悬架的研究比较落后，和国外的技术不在一个水平线，所以我国汽车大都使用被动悬架。在20世纪80年代欧美日等国的半主动悬架技术渐渐完善，其中福特和日本公司取得了不错的成就。由于主动悬架自身存在着许多难以攻克的技术瓶颈，不足很难弥补，并且涉及的领域复杂，所以发展一直很慢。现今主动悬架还是在大排量的高端汽车中采用。我国研究此类悬架的研究团队不多，而且相关领域的消息鲜有提及。
1.2课题研究的主要内容
本课题重点研究汽车双横臂独立悬架，利用ADAMS软件对汽车的双横臂独立前悬架系统进行优化设计。具体工作要求如下：
（1）通过阅读相关文献，掌握汽车悬架系统的组成、作用及设计要求，对几种独立悬架的导向机构进行比较分析；
（2）学习ADAMS软件CAR模块，学会汽车悬架系统的建模、仿真与优化设计方法；
（3）对样车前悬架进行测量，得到双横臂独立悬架建模所需的硬点位置。
（4）利用ADAMS软件CAR模块对建立的双横臂独立悬架进行优化设计，对优化前后的转向轮定位参数进行比较分析，提出改进方法。
第二章 汽车悬架系统的结构分析
2.1汽车悬架系统的组成与功用
汽车悬架是汽车的车架（或承载式车身)与车桥（或车轮）之间的一切联接装置的总称。悬架的主要作用有：
（1）联接车桥和车架。
（2）缓冲不平路面对汽车产生的冲击力。
（3）对车轮相对于车身的跳动起导向作用。
汽车的悬架主要由弹性元件、减振装置和导向机构，如图1所示。此外，还辅设有横向稳定器和缓冲块。
（1）弹性元件的作用是承受和传递垂直载荷，缓冲并抑制不平路面所引起的冲击。
（2）减振器用以加快振动的衰减，使车身和车轮的振动得以控制。
（3）导向装置是用来传递纵向力、侧向力及其力矩，并约束车轮按一定轨迹运动。
（4）横向稳定器是一种辅助弹性元件，以防止车身在不平路面上行驶或转向时发生过大的横向倾斜 。
图21 悬架系统的组成
2.2汽车悬架的分类
按照导杆机构的形式、结构特点，汽车悬架可分为非独立悬架和独立悬架两大类。非独立悬架根据所用弹性元件不同可分为钢板弹簧、螺旋弹簧、空气弹簧、油气弹簧非独立悬架；独立悬架有横臂式独立悬架、纵臂式独立悬架、斜臂式独立悬架、麦弗逊式独立悬架、多连杆悬架。
独立悬架的结构特点是两侧的车轮各自独立地与车架或车身弹性联接，可独立跳动。车子在道路行驶过程中，并不是每个车轮都会同时受到来自路面的冲击，同一瞬间每个车轮所承受的冲击都是不一样的。所以，汽车在行驶过程中的受力状态在采用独立悬架的情况下更加的合理，独立悬架能够使汽车车轮和路面有着更合理的接触，和非独立悬架比较能够让车子得到更优秀的行驶平顺性和操纵稳定性。
本论文主要研究用于汽车所采用的双横臂独立悬架，通过ADAMS软件对车子的双横臂独立前悬架系统进行优化设计。
双横臂悬架可分为等臂长和不等臂长两类。等臂长的双横臂式独立悬架是平行四边形机构，在车轮上下跳动时，即使车轮平面不会倾斜，但会让轮距产生较大变化，这会让车轮发生横向滑移。不等臂长的双横臂式独立悬架如果两臂的长度采用合理，便能够让主销角度与车轮矩变化都不太大。这类结构有助于降低轮胎磨损，增加车子的行驶平顺性和方向稳定性。所以不等长的双横臂式独立悬架在当今的汽车发展中应用比较普遍。
图22轿车上使用的不等臂长双横臂独立悬架
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景和意义 1
1.2课题研究的主要内容 1
第二章 汽车悬架系统的结构分析 3
2.1汽车悬架系统的组成与功用 3
2.2汽车悬架的分类 3
第三章 双横臂独立悬架的运动学分析 5
第四章 双横臂独立悬架的建模与分析 6
4.1虚拟样机技术 6
4.1.1 ADAMS软件及其CAR模块介绍 6
4.1.2ADAMS/CAR建模过程 7
4.2前悬架建模 7
4.3前悬架建模参数的输入 11
第五章 双横臂独悬架的优化设计 16
5.1硬点参数的优化 16
5.2悬架优化前与优化后的结果对比分析 16
5.3本章小结 19
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
第一章 绪论
1.1课题研究的背景和意义
众所周知，舒适性是轿车最重要的使用性能之一，舒适性直接影响着人们驾车的体验。同时汽车的固有振动特性和舒适性紧密相连，汽车悬架的特性之中，固有振动特性又有着重要的联系。由此可见，汽车的悬架对乘坐舒适性影响重大。从而，悬架的设计制造在汽车设计制造过程中尤为重要。悬架可以分为主动悬架、半主动悬架、被动悬架。这是根据悬架的阻尼和刚度的变化来分类的。半主动悬架又可以根据阻尼的等级分为有级式与无极式两种。
历史上第一
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
个由螺旋弹簧组成的被动悬架在1934年被研究出来。我们通常依据经验或者优化设计来确定被动悬架的参数值。由于它是一系列路况的综合，不能概况一切复杂的路况，所以减振的结果不是很理想。为了解决这类不足，由此用了非线性刚度弹簧和汽车车身高度的调节的方法，虽然有了一些效果，但还是没有办法彻底解决被动悬架的缺点。1973年对于半主动悬架的研究开始展开，是由D.A.Crosby和D.C.karnopp首次提及。半主动悬架优点很突出，它相比而言，工作的时候不用消耗汽车本身的动力，并且组成简易，同时其性能也可以和主动悬架相媲美，发展的空间巨大。现代交通在飞速的发展，所有汽车的速度也在不断地提高，从而被动悬架的不足之处也渐渐地暴露出来，所以舒适性和稳定性都很优秀的主动悬架被研究出来。在1954年美国通用公司开始着手研发主动悬架。接下来在20世纪80年代，全世界各大有名的汽车公司和生产厂家都开始研究发展这类悬架。其中奔驰、沃尔沃、洛特斯、丰田等在这领域成为了姣姣者。主动悬架可以让汽车在复杂路况高速行车中，舒适平稳，车轮噪声低，转向与制动时汽车维持水平状态。突出优点是乘坐舒适，但同时这种悬架结构比较复杂，耗能较高，可靠性也比较差。
国内在半主动和主动悬架的研究比较落后，和国外的技术不在一个水平线，所以我国汽车大都使用被动悬架。在20世纪80年代欧美日等国的半主动悬架技术渐渐完善，其中福特和日本公司取得了不错的成就。由于主动悬架自身存在着许多难以攻克的技术瓶颈，不足很难弥补，并且涉及的领域复杂，所以发展一直很慢。现今主动悬架还是在大排量的高端汽车中采用。我国研究此类悬架的研究团队不多，而且相关领域的消息鲜有提及。
1.2课题研究的主要内容
本课题重点研究汽车双横臂独立悬架，利用ADAMS软件对汽车的双横臂独立前悬架系统进行优化设计。具体工作要求如下：
（1）通过阅读相关文献，掌握汽车悬架系统的组成、作用及设计要求，对几种独立悬架的导向机构进行比较分析；
（2）学习ADAMS软件CAR模块，学会汽车悬架系统的建模、仿真与优化设计方法；
（3）对样车前悬架进行测量，得到双横臂独立悬架建模所需的硬点位置。
（4）利用ADAMS软件CAR模块对建立的双横臂独立悬架进行优化设计，对优化前后的转向轮定位参数进行比较分析，提出改进方法。
第二章 汽车悬架系统的结构分析
2.1汽车悬架系统的组成与功用
汽车悬架是汽车的车架（或承载式车身)与车桥（或车轮）之间的一切联接装置的总称。悬架的主要作用有：
（1）联接车桥和车架。
（2）缓冲不平路面对汽车产生的冲击力。
（3）对车轮相对于车身的跳动起导向作用。
汽车的悬架主要由弹性元件、减振装置和导向机构，如图1所示。此外，还辅设有横向稳定器和缓冲块。
（1）弹性元件的作用是承受和传递垂直载荷，缓冲并抑制不平路面所引起的冲击。
（2）减振器用以加快振动的衰减，使车身和车轮的振动得以控制。
（3）导向装置是用来传递纵向力、侧向力及其力矩，并约束车轮按一定轨迹运动。
（4）横向稳定器是一种辅助弹性元件，以防止车身在不平路面上行驶或转向时发生过大的横向倾斜 。
图21 悬架系统的组成
2.2汽车悬架的分类
按照导杆机构的形式、结构特点，汽车悬架可分为非独立悬架和独立悬架两大类。非独立悬架根据所用弹性元件不同可分为钢板弹簧、螺旋弹簧、空气弹簧、油气弹簧非独立悬架；独立悬架有横臂式独立悬架、纵臂式独立悬架、斜臂式独立悬架、麦弗逊式独立悬架、多连杆悬架。
独立悬架的结构特点是两侧的车轮各自独立地与车架或车身弹性联接，可独立跳动。车子在道路行驶过程中，并不是每个车轮都会同时受到来自路面的冲击，同一瞬间每个车轮所承受的冲击都是不一样的。所以，汽车在行驶过程中的受力状态在采用独立悬架的情况下更加的合理，独立悬架能够使汽车车轮和路面有着更合理的接触，和非独立悬架比较能够让车子得到更优秀的行驶平顺性和操纵稳定性。
本论文主要研究用于汽车所采用的双横臂独立悬架，通过ADAMS软件对车子的双横臂独立前悬架系统进行优化设计。
双横臂悬架可分为等臂长和不等臂长两类。等臂长的双横臂式独立悬架是平行四边形机构，在车轮上下跳动时，即使车轮平面不会倾斜，但会让轮距产生较大变化，这会让车轮发生横向滑移。不等臂长的双横臂式独立悬架如果两臂的长度采用合理，便能够让主销角度与车轮矩变化都不太大。这类结构有助于降低轮胎磨损，增加车子的行驶平顺性和方向稳定性。所以不等长的双横臂式独立悬架在当今的汽车发展中应用比较普遍。
图22轿车上使用的不等臂长双横臂独立悬架
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