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基于ADAMS的麦弗逊式独立悬架的运动仿真设计说明


浙江 XX 大学毕业设计(设计说明)

本科毕业设计设计说明
题目:1.8MT 轿车前悬架运动学仿真及设计

学 专 班 学

院: 业: 级: 号:

学生姓名: 指导老师: 提交日期: 2011 年 4 月 11 日

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初始说明: 1.设计原始参数: 满载质量:1579kg,前轴荷:799kg ,后轴荷:780kg ,前轮距:1470 mm , 后轮距:1470mm,轴距:2610 mm,前悬架弹簧刚度:24.7N/mm,后悬架弹簧刚 度 16.56N/mm,轮胎型号 205/50 R16。 2.ADADS 建模硬点数据: 初始: loc_x hpl_arm_front hpl_arm_out hpl_arm_rear hpl_spring_lower hpl_strut_lower hpl_strut_upper hpl_tierod_inner hpl_tierod_outer hpl_wheel_center 优化后: loc_x hpl_arm_front hpl_arm_out hpl_arm_rear hpl_spring_lower hpl_strut_lower hpl_strut_upper hpl_tierod_inner hpl_tierod_outer hpl_wheel_center -200.0 -30.0 200.0 0.0 0.0 0.0 200.0 180.0 0.0 loc_y -400.0 -700.0 -390.0 -650.0 -650.0 -600.0 -400.0 -720.0 -800.0 loc_z 205.0 180.0 220.0 500.0 450.0 800.0 287.0 270.0 300.0 -200.0 0.0 200.0 0.0 0.0 0.0 200.0 150.0 0.0 loc_y -400.0 -700.0 -390.0 -650.0 -650.0 -600.0 -400.0 -690.0 -800.0 loc_z 225.0 200.0 240.0 500.0 450.0 800.0 300.0 3000.0 300.0

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一、基于 ADMAS-CAR 的麦弗逊式前悬架建模过程
1.打开 CAR 建模器 1.1 打开 ADMAS-CAR 的建模模式

1.2 新建悬挂模板 macpherson:单击 File(文件) ,New(新建)命令,填写新建模板对话框。

2.创建模板部件 2.1 创建控制臂(下摆臂) 采用硬点到一般部件,再到几何外形的方式建立控制臂。这里约定选择的材料类型为钢材。 2.2 创建硬点 单击 Build(创建) ,Hardpoint(硬点) ,New(新建)

在这里选择所有的实体为左边,ADMAS/CAR 自动创建相对纵向中心线的对称部件, 纵向可以设置为任何轴线,它取决于如何设置环境变量,默认纵向中心线为 X 轴。 同样步骤设置控制臂前后硬点参数如下: arm_front arm_rear (-150,-350,0) (150,-350,0)

全屏显示模型,在主窗口可以看见全部 6 个硬点:

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2.3 创建控制臂--一般部件 单击 Build(创建) ,Parts(部件) ,General Part(一般部件) ,New(新建)命令:

2.4 创建控制臂几何形体 单击 Build(创建) ,Geometry(几何体) ,Arm(三角臂) ,New(新建) :

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2.5 创建转向节 转向节由转向节三角臂(wheel_carrier)和转向节立柱(carrier_link)组成。 2.6 创建转向节使用的硬点 单击 Build(创建) ,Hardpoint(硬点) ,New(新建) :

Wheel_center Strut_lower tierod_outer

(0,-800,100) (0,-650,250) (150,-650,250)

2.7 创建转向节三角臂 单击 Build(创建) ,Parts(部件) ,General Part(一般部件) ,Wizard(向导)命令:

2.8 创建转向节立柱几何体 单击 Build(创建) ,Geometry(几何体) ,Link(系杆) ,New(新建)命令:

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2.9 创建滑柱 单击 Build(创建) ,Parts(部件) ,General Part(一般部件) ,New(新建)命令:

2.10 创建减震器 首先建立一个硬点定义减震器,然后按需要定义减震器属性文件。 2.11 创建减震器上的硬点 strut_upper 2.12 定义减震器 单击 Build(创建) ,forces,Damper(减震器) ,New(新建)命令: (0,-600,600)

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2.13 定义螺旋弹簧 2.14 创建弹簧的下硬点 spring_lower (0,-650,300)

2.15 创建悬挂主螺旋弹簧(main spring) 单击 Build(创建) ,forces,Spring(弹簧) ,New(新建)命令:

2.16 创建横拉杆 tierod_inner 2.17 创建横拉杆部件 单击 Build(创建) ,Parts(部件) ,General Part(一般部件) ,Wizard(向导)命令: (200,-350,250)

2.18 创建前束和外倾角参数变量 单击 Build,Suspension Parameters(悬架参数) ,Toe/Camber Values(前束/外倾参数) ,Set (设置) :

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2.19 创建轮毂 单击 Build(创建) ,Construction Frame(结构框) ,New(新建) :

2.20 创建轮毂部件 单击 Build(创建) ,Parts(部件) ,General Part(一般部件) ,New(新建)命令:

2.21 创建轮毂圆柱几何体 单击 Build(创建) ,Geometry(几何体) ,Cylinder(圆柱体) ,New(新建)命令:

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3 部件间连接 3.1 定义转向节与滑柱之间的棱柱副 3.2 在转向节与滑柱之间创建一个棱柱副 单击 Build(创建) ,Attachments(连接) ,Joint(约束) ,New(新建)命令:

3.3 定义控制臂的连接 3.4 在控制臂的前硬点位置(hardpoint arm front)创建安装件 subframe_to_body。单击 Build(创建) ,Parts(部件) ,Mount(安装件) ,New(新建)命令:

3.5 创建控制臂前轴套 单击 Build(创建) ,Attachments(连接件) ,Bushing(轴套) ,New(新建) :

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3.6 创建控制臂后轴套

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3.7 创建控制臂与安装件连接的转动副

3.8 创建控制臂与转向节连接球形副(球头)

3.9 定义滑柱的连接方式 3.10 定义一个安装件 strut_to_body

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3.11 创建一个滑柱与安装件连接的轴套

3.12 创建一个滑柱与安装件连接的球形副

3.13 定义转向节连接方式

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3.14 定义横拉杆与转向节之间球形副(球头)tierod_outer

3.15 为万向副创建一个安装件 tierod_to_steering

3.16 创建横拉杆与安装件 tierod_to_steering

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3.17 定义轮毂连接方式,定义一个铰接副连接轮毂和转向节

3.18 定义主销线 Build,Suspension Parameters(悬挂参数) ,Characteristic Array(特征数组) ,Set(设置) :

4.定义通讯器 4.1 单击 Build(创建) ,Communicator(通讯器) ,Info(信息)命令:

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4.2 单击 Build(创建) ,Communicator(通讯器) ,Output(输出) ,New(新建) :

4.3 测试通讯器 单击 Build(创建) ,Communicator(通讯器) ,Test(测试) :

5.创建悬架子系统 单击 File(文件) ,New(新建) ,Subsystem(子系统) :

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6.悬挂总装配 单击 File(文件) ,New(新建) ,Suspension Assembly(悬挂组合) :

7.执行仿真分析 7.1 定义载荷 这里设定弹簧轴向载荷为 3870N, 在弹簧属性文件上查得自由长度为 205.7mm, 此时弹 簧的长度为 135mm。修改其安装长度:在任意一个弹簧上单击右键并选择 Modify(修改) 。

7.2 设置运动分析模式 单击 Adjust,Kinematic Toggle,设置 Current Mode(当前模式)为 Kinematic(运动学)后 单击 OK 按钮。

7.3 执行车轮同向激振仿真

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单击 Simulate,Suspension Analysis,Parallel Wheel Travel:

7.4 动画显示结果 单击 Review,Animation Controls(动画控制) ,Play(播放) ,观察结果。

7.5 绘制结果图 启动 ADMAS/PostProcessor。 单击 Plot(绘图) ,Create Plots(创建绘图) 。 调用标准绘图配置文件:单击 File,Input,Plot Config File,如图:

ADMAS/Car 自动绘制一系列基于绘图配置文件的分析结果图,可以使用绘图页浏览树观察

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各项仿真结果的绘图:

观察结果图后返回 ADMAS/Car 主窗口。 7.6 执行弹塑性运动仿真 单击 Adjust(调整) ,Kinematic Toggle:

7.7 执行弹塑性运动仿真 单击 Simulate,Suspension Analysis,Parallel Wheel Travel:

7.8 绘制弹塑性运动分析图 将两次仿真的结果绘制在同一页面上以便比较:

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二、ADMAS 仿真分析与验证
1.前轮外倾角 汽车在曲线行驶时, 车身的侧倾使得车轮的外倾角相对于地面向正的外倾角变化, 从而 降低了承载能力较高的外侧车轮的侧偏特性。 所以常常将悬架设计为车轮向上跳动时, 外倾 角朝负值方向变化; 车轮下落时, 外倾角朝正值方向变化。 理想的变化范围是 - 2°/50 mm~ 0.5°/50 mm。据下图分析可知,此独立悬架车轮外倾角在车轮上跳 50mm 时,外倾角变化 大约-1.6°,下跳 50mm 时,变化大约 0.4°,均在理想的变化范围内。

2.车轮前束角 前束对轮胎偏磨有一定影响, 若前束角和外倾角配合恰当, 轮胎滚动的偏斜方向会抵消。 若前束过大或者过小,轮胎的偏磨还会增加,滚动阻力增加将导致车辆直线行驶性能下降。 一般前束变化较理想的设计特性值为:前轮上跳时为 0°/50 mm~ - 0.5°/50 mm 。前束变 化范围为 - 1.4°/50 mm~ 1.2°/50 mm ,不合理需优化,具体曲线图如图所示之:

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3.主销后倾角 主销后倾角对转向时的车轮外倾变化影响较大, 若主销后倾角设计较大, 则外倾转向轮 的外倾角会向负方向变化。 其作用在于保持汽车直线行驶的稳定性, 并力图使转弯后的前轮 自动回正。后倾角越大车速越高,前轮稳定效应愈强,但后倾角不宜过大,一般要求 2°~ 3°。由图可知在所建模型下,在车轮上下跳动 50 mm,主销后倾角变化范围在 - 0.15°~ 0.19°,变化量较小,变化趋势基本符合要求,但后倾角的值偏小。

4.主销内倾角 当车轮跳动时,若主销内倾角变化较大,将会转向沉重,加速轮胎磨损。因此希望在车 轮的跳动过程中,主销内倾角的变化量不要太大。车轮上下跳动量为 100 mm 时,一般希望 主销内倾角的变化范围在 7.0°~ 13.0°左右。据图分析可知,此独立悬架主销内倾角在车 轮上跳 50mm 时, 内倾角变化大约 10.4°, 下跳 50 mm 时, 变化大约 8.1°, 在理想范围内。

三、优化设计

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修改前硬点:

修改后硬点:

修改后各参数及其图如下: 1.前轮外倾角

变化范围在 0.25°~ - 1.7°

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理想的变化范围是 0.5°/50 mm~ - 2°/50 mm,所以符合要求。 2.车轮前束角

变化范围在 0.29°~ - 0.2° 理想的变化范围是 0°/50 mm~ - 0.5°/50 mm,所以符合要求。 3.主销后倾角

变化范围在 2.4°~ 3° 理想的变化范围是 2°~3°,所以符合要求。 4.主销内倾角

变化范围在 7.9°~ 10.1°

理想的变化范围是 7.0°~ 13.0°,所以符合要求。

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