悬架系统运动学分析流程.docx
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悬架系统运动学分析流程
编号：
版本：
1.0密级：
秘密
悬架系统运动学分析流程
编制/日期：
赵晓峰2005-10-22
校对/日期：
审核/日期：
批准/日期：
奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院CAE部
2005年10月22日
前言
悬架是现代汽车上重要总成之一，它把悬架（或车身）及车轴（或车轮）弹性连接在一起。
其主要任务是传递作用在车轮和车架（或车身）之间一切力和力矩，并且缓和路面传给车架（或车身）冲击载荷，衰减由此引起承载系统振动，保证汽车行驶平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想运动特性，保证汽车操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。
本流程主要以车轮平行跳动为例，介绍了车轮上下跳动时各主要参数变化情况分析过程。
单轮跳动、反向跳动分析过程及此基本一致。
本版本为第一版本，由于作者能力有限，如果有不妥之处，敬请指正，并在以后版本中逐步改善。
1、分析目标
通过对悬架跳动仿真分析来查看各主要参数随轮跳变化状况，从而预估悬架性能，为悬架设计提出建议。
2、问题描述
平行跳动、单轮跳动及反向跳动建模及分析过程所需要步骤基本一致，流程图2-1可以直观反应这一过程。
图2.1.1分析流程图
3、仿真分析过程
3.1、数据准备
在建立悬架模型之前，首先要对所建悬架拓扑结构进行详细分析，根据分析结果，提出详细参数需求。
悬架系统建模时通常也会包含转向系统和稳定杆系统。
悬架系统建模所需数据庞大，但总体上可以分为：
1、关键点
关键点位置及整车状态有关，因此在提供关键点数据时最好说明所提供数据对应整车状态。
各关键点对应状态应该保持一致。
2、元件特性
包括各衬套刚度及阻尼特性、弹簧特性、减振器阻尼特性、压缩及伸张限位块特性、转向助力特性、齿轮齿条传动比，稳定杆扭转刚度等。
3、整车质量及几何参数
整车质量及几何参数主要是指前后轴轴荷，前后轴簧载或非簧载质量。
整车质心位置及轮距和轴距等参数。
4、关键部件参数质量及惯量参数
如控制臂及副车架质量、质心位置及转动惯量等，惯量参数要指明所在坐标系。
可按已有参数需求表模板编制建模所需参数表。
3.2、建模过程
在ADAMS/car中建立模型通常分为三个步骤，首先在templatebuilding界面中建立模板，然后利用所建模板在standardbuilding界面中建立各子系统，最后运用suspensiontestrig将各子系统装配成一个整体悬架系统。
3.2.1、建立模板
在templatebuilding界面中建立模板时基本步骤可参照流程图3.2.1。
图3.2.1建模流程图
3.2.2、建立子系统
模板建立完成后，便可在standardbuilding界面中利用模板新建各子系统。
新建时应该准确设定各子系统MinorRole.如图3.2.2所示。
图3.2.2建立新子系统
3.2.3、建立悬架装配系统
完成各子系统建模后，便可将各个子系统装配起来，形成整个装配系统。
在含有转向系统及稳定杆系统模型中，新建时选择SteeringSubsystem和OtherSubsystem便可将其加入。
整个悬架系统是通过SuspensionTestRig装配起来。
图3.2.3建立新装配系统
3.3、模型检验及调试
◆运动检查：
悬架系统建立完毕后，在作正式分析之前需要查看悬架建模参数设置是否有疏忽，并进行各种跳动检验，以确认建立悬架能否准确完成要求运动分析、各主要结果数据变化是否合理。
◆模型调试：
如果通过检查发现不正常运动或结果，应该查找原因并对模型进行调试，直至达到要求。
错误原因可参考第四部分常见问题描述。
3.4、提交分析
平行跳动分析时，按照图3.4.1设定分析参数：
图3.4.1提交分析
图中设定值只作为参考，根据要求可自行修改。
反向跳动及单轮跳动及此基本相同。
3.5、查看分析结果
分析完成后，在主菜单中找到Review→Animationcontrol,可以查看仿真完成后动画效果。
也可选择Review→PostprocessingWindow或者直接使用快捷键F8，便可转到Postprocessor中进行后处理。
◆查看曲线图：
在Postprocessor中可以查看主要参数变化曲线。
具体操作方法如下：
方法一：
在Postprocessor主菜单中选择plot→createplots后弹出如图3.5.1所示界面，便可创建一组主要参数变化曲线。
：
图3.5.1生成图线
说明：
作图所需结构文件mdi_suspension_parallel_travel.plt位于share文件夹下，点右键即可找到。
方法二:
用方法一有些图形是做不出来，这就需要单独绘制某一分析结果曲线图，具体见图3.5.2。
图3.5.2绘制曲线图
通过以上操作便可得到前束随轮跳变化曲线，如图3.5.3：
图3.5.3前束变化曲线
◆数据输出：
曲线图是由许多数据点组成，如果需要可以通过Export命令将这些数据点以ASCAII、表格或网页形式输出。
◆录制动画：
在PostProcessor中新建页面，点击右键选择loadanimation选择所作分析，便可查看动画，选择控制面板中R键，便可输出AVI等各种格式录影文件。
3.6、分析结果评价
在运动学分析完成后，需要对表3.6.1中参数随车轮跳动而发生变化进行分析：
评价对象
简要评价指标
外倾角
CamberAngle
◆从提高转向性能出发，侧顷时车轮对地面外倾角最好不变。
◆较大前轮外倾角变化会引发横向力，影响直行稳定性。
◆外倾变化上跳时：
－2～+0.5/50mm.
前束角
ToeAngle
◆保持车轮在上下跳动过程中前束不变。
◆前束变化影响直行稳定性、车辆稳态响应。
◆车轮上跳时前束值多设计成零至弱负变化，取弱负变化是为了使车辆获得弱不足转向特性。
◆设计值取在零附近是为了控制直行时由路面凹凸引起前束变化，确保良好直行稳定性。
◆上跳对应前束变化最好呈直线。
◆前束变化理想特性为：
上跳，零至弱负变化（-0.5°/50mm）
◆当前轮驱动时，前轮在外力作用下有增大前轮前束趋势。
因此，可以有适当负前束。
主销内倾角
KingpinInclinationAngle
◆转向主销倾角7°～13°，希望取小值
主销偏置距
ScrubRadius
◆为了保证制动时左右车轮既存在制动力不同也能稳定运动效果，主销偏置距多为负
◆转向主销偏移距-10～30mm希望为负。
◆较小偏置距使转向操纵轻便。
主销后倾角
CasterAngle
◆主销后倾设计较大时，外顷转向轮外倾角会向负方向变化，这样车辆不足转向特性较弱，最大横向加速度会增大。
◆前置前驱：
0～3°；前置后驱：
3～10°
◆当设计范围合理时，及之相应回正力矩，角反馈较为合理。
主销拖距
CasterMomentArm
◆后倾拖距大，有利于提高转向轮回正能力和直行稳定性。
◆使转向轮保持力及转向力加大。
◆设计范围：
0～30mm.
悬架刚度
WheelRate
◆普通级别以下轿车满载时，前悬架偏频在1.00～1.45Hz，后悬架要求在1.17～1.58Hz
◆高级轿车满载时，前悬架偏频要求在0.80～1.15Hz‘后悬架要求在0.98～1.30Hz
◆为了使汽车有较小纵向角振动，推荐后悬架静挠度是（0.8～0.9）前悬架静挠度
悬架侧倾刚度
TotalRollRate
◆0.5g侧向加速度下整车侧倾角一般在2°～5°范围内
◆前悬架侧倾角刚度应略大于后悬架侧倾角刚度，比值一般为1.4～2.6
悬架侧倾中心高度Roll
CenterLocation
◆独立悬架侧倾中心高度一般在0～150mm范围为宜。
随车轮跳动，侧倾中心高度变化最好控制在3070mm内，希望取较小值。
侧向力变形转向系数
LateralForce
SteerCompliance
◆轿车前悬架侧向力变形系数为0.6（不足）～0.22°/KN（过多）
◆后悬架侧向力变形系数为0.02（不足）～0.22°/KN（过多）
侧向力变形外倾系数
LateralForceCamberCompliance
◆轿车前悬架侧向力变形外倾系数为0.24～0.75°/KN（不足）
◆后悬架侧向力变形外倾系数为0.20～0.82°/KN（不足）
悬架横向刚度
LateralForce
SteerCompliance
◆一般取横向柔度为0.3mm/980N（接地点负荷）～2mm/980N（接地点负荷）
悬架侧倾外倾系数
RollCamberCoefficient
◆轿车前侧倾外倾系数要求为0.61～0.88°/°（不足）
◆轿车后侧倾外倾系数要求为0～0.86°/°（不足）
悬架侧倾转向系数
RollSteer
◆侧倾转向系数在0.2（不足）～0.1°/°（过多）
◆侧倾转向系数在0.13（不足）～0.06°/°（过多）
轮距变化
TotalTrack
◆轿车轮距变化应该在-5mm/50mm～5mm/50mm（单轮）范围内
说明：
简要评价指标只是做了最一般性描述。
最好指标是各参数有相应目标值，当然各工程师经验在这里也显得非常重要。
3.7、数据提交及存档
仿真分析完成后，可将模型源文件夹（*.cdb）及分析报告等文件存档。
4、常见问题描述
悬架系统运动学分析过程中常见到问题可参照表4.1：
编号
常见问题
一般修改方法
1
悬架不能跳动或者跳动不正常
1、检验Communicator设定是否正确。
2、检查运动副及衬套设置是否存在过约束或者过多自由度问题。
2
悬架实际跳动行程及提供值不符
1、适当调整bumpstop和reboundstop行程。
2、适当调整bumpstop和reboundstop刚度特性，使其压缩量及实际值保持一致
表4.1常见问题描述
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