汽车悬架系统仿真分析与优化开题报告Word下载.docx

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悬架的主要作用是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，比如支撑力、制动力和驱动力等，并且缓和由不平路面传给车身的冲击载荷、衰减由此引起的振动、保证乘员的舒适性、减小货物和车辆本身的动载荷。

不同的悬架设置会使驾驶者有不同驾驶感受。

外表看似简单的悬挂系统综合多种作用力，决定着汽车的稳定性、舒适性和安全性，是现代汽车十分关键的部件之一。

利用开发阶段所能获得的悬架系统基本参数，运用ANSYS建立悬架计算机仿真分析模型，仿真分析悬架运动学/弹性运动学特性，悬架多体运动仿真分析模型为整车动力学分析提供了便于装配的子模型，可以方便地对汽车动力学性能进行分析，预测悬架对汽车行驶性能（操纵稳定性、行驶平顺性等）的影响，为汽车悬架系统开发提供一种有效的现代化手段。

通过学习研究，我可以对所学相关专业课程知识进行复习总结，能了解悬架建模方法，掌握ANSYS软件使用，通过系统的毕业设计训练，可以使自己将本科期间所学知识进行系统化，对计算机应用技术有所提高。

二、本课题的主要研究内容（提纲）

1.基于ANSYS悬架系统建模。

1）麦弗逊式前独立悬架建模实例。

2）虚拟样机模型的建立。

3）悬架模型自由度分析。

2.基于ANSYS的动力学仿真分析。

1）麦弗逊前悬架系统仿真分析。

2）车轮同向激振仿真。

3）车轮弹塑性运动运动仿真。

3.对仿真分析进行比较。

1）对结果进行分析。

2）对悬架进行优化。

三、文献综述（国内外研究情况及其发展）1．国外发展情况

国外汽车动力学的研究经历了由试验研究到理论研究，由开环研究到闭环研究的发展过程。

早在80年代初，就有许多通用的软件可以对汽车系统进行分析计算，而且还有各种针对汽车某一类问题的专用多体软件。

研究的范围从局部结构到整车系统，涉及汽车系统动力学的方方面面。

80年代中期是多体系统动力学在汽车工程上应用发展最快的时期。

国外各主要汽车厂家和研究机构在其ＣＡＤ系统中安装了多体系统动力学分析软件，并与有限元、模态分析、优化设计等软件一起构成一个有机的整体，在汽车设计开发中发挥了重要作用。

目前市场上占有率最高的是美国MDI公司开发的ADAMS，其在汽车行业中的使用率为43%，该软件在为客户提供通用平台时，还专门提供了用于车辆分析的专门模块（ADAMS/Car），使用起来非常方便。

对悬架的研究包括控制方法设计和悬架系统设计等方面。

显然，采用不同的控制规律和数学模型，所获得的悬架特性是不一样的，因此，采用什么样的模型和控制方法以及如何选择与之对应的悬架结构，是悬架研究的一个重要方面。

国外学者在车辆悬架控制系统的研究方面做了大量的理论研究工作。

1968年，Bender结合预瞄信息，基于两自由度单轮车辆模型，提出了线性最优车辆主动悬架控制系统的设计方案。

通过安装于车身的路面位移传感器。

测得行驶中的汽车前方几米处的路面位移信号，并且将其结合到主动悬架的控制规律中。

1992年，Ych和Tsao首次在车辆上应用模拟控制，使车辆在非常不平的路面上行驶时，悬架质量仍基本保持水平，而且执行器始终工作在允许的范围内。

日本德岛大学芳村敏夫教授把模糊理论应用于车辆悬架控制系统，采用模糊推理构成主动控制规则，进行计算机模拟分析来控制车身的垂直振动和俯仰振动，结果验证了模糊控制方法的有效性。

1982年Lotus公司首先研制出有源主动悬架系统，在高速塞上装了全主动悬

架，同时瑞典Volvo公司在其VOLVO740车上安装了可以提高车身高度的试验性的Lotus电子主动悬架系统。

丰田车辆公司在1986年的Soarer车型采用了能分别对阻尼和刚度进行三级

调节的空气悬架。

1989年丰田Celica车型上装备了真正意义上的主动油气悬架系统。

尼桑公司在90年的InfiniteQ45轿车上装备了液压悬架系统，此外，保时捷、福特、奔驰等公司均在其高级轿车上装备了各自开发的主动悬架系统。

梅赛德斯——奔驰在1996年推出的F200概念车、雪铁龙公司的C5、桑蒂雅等车上都采用了主动悬架系统。

在军用车方面，由于越野和高速行驶的需要，所以使用主动悬架的愿望更为迫切，英国早在70年代，就在“蝎”式轻型坦克上试验了AP液压件公司的液力机械主动悬架。

Lotus公司与美国陆军坦克自动车司令部（TACOM）和Teledyne大陆车辆公司（TCM）联合组成小组，在1992年10月把一种简化的主动悬架装置安装在Hummer“蜂鸟”轮式车辆上，最大限度上提高了在崎岖不平路面上的行驶速度。

针对主动悬架的结构特点和控制规律，奔驰公司开发了主动悬架ABC（Active

BodyControl）系统。

传统的悬架工作方式主要是通过厚重的车身跳动，推压液压

油，通过阻尼减震器来抑制车身的振动，而ABC系统则通过感应车轮及车身的动

作，在任何大的车身振动之前及时对悬架系统做出调整，保持车身的平衡。

该系统能够很好地适应各种路面情况，即使在异常崎岖不平的地方，轿车也能保持优越的操纵性、舒适性及方向稳定性。

目前，世界上许多大公司正在加紧研制并推广应用主动悬架技术，对装有主动悬架的许多车辆使用结果表明，主动悬架有着被动悬架无可比拟的优越性，可以预见主动悬架有着巨大的应用场合与前景。

2．国内发展情况

国内汽车动力学的研究分析和计算的工作起步较晚。

七十年代初，长春汽车研究所和清华大学同时发展了汽车动力学的研究。

研究工作集中在平顺性、操纵稳定性性能指标的评价方法、试验方法及操纵稳定性力学模型的建立、模型的计算方法、性能预测方法和优化设计方法等。

首次分析了汽车悬置以上结构弹性体的一阶扭转振动对摆振性能的影响。

1989年，吉林工业大学的林逸利用R-W方法，建立了对汽车独立悬架中的单横臂及摆柱式悬架进行空间运动分析的通用计算程序[4]。

1991年，第二汽车制造厂的上宫文斌等人，采用自然坐标的概念，利用虚功原理建立汽车转向系统和悬架运动学分析方法。

1992年，清华大学的张海岑采用多刚体动力学中的牛顿．欧拉方法，建立了汽车列车七十四个自由度的非线形数学模型，其中包括多种轮胎模型、悬架系统模型、转向系统模型及带有比例阀、防抱死装置及考虑制动热衰退的制动系统模型，深入研究了汽车列车操纵稳定性和制动性。

1997年，清华大学的张今越采用多体系统动力学的理论方法，应用机械系统分析软件ADAMS，进行了汽车前后悬架系统和整车动力学性能仿真及优化研究，分析了汽车中柔性元素（橡胶减振元件）对动力学性能的影响。

武汉理工大学的鲍卫宁利用ADAMS/View软件，建立了麦弗逊式悬架的某轿车前悬架的多体动力学模型，并对车轮跳动和转向时，悬架的各种参数的变化进行分析。

合肥工业大学的王其东博士，进行了不同形式的动力学方程所描述的多体系统响应的灵敏度分析，推导了相应的公式，建立了汽车主要总成的多体动力学模型，并整合整车的多体模型，建立了道路输入模型，进行整车的动力学仿真。

提出了基于动力学仿真的汽车悬架CAD的思路，针对具体车型，进行了钢板弹簧的结构改进设计，将改进后的钢板弹簧装车进行了平顺性和操纵稳定性试验。

并将遗传算法的神经网络自适应模糊控制策略应用到汽车半主动悬架的控制中。

上海交通大学的赵亦希、黄宏成、刘奋以S型轿车前悬架系统为实例，利用ADAMS/Car模块，进行双轮反向激振动力学仿真，仿真结果是各种侧倾特性参数，对照轿车标准系数，对S型轿车侧倾的情况有一个全面了解，为设计和优化悬架系统提供了实用高效的方法。

江苏大学的汤靖、高翔、陆丹以多体系统动力学理论为基础，应用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS/Car专业模块建立某皮卡车麦弗逊式前悬架多体系统模型，并采用ADAMS/Insight模块进行性能分析，找出磨损严重的原因，同时进一步进行悬架布置优化设计，最终得出优化的悬架布置方案，较好地解决了轮胎磨损的问题。

合肥工业大学的乔明侠针对江淮汽车股份有限公司的瑞风商务车，利用多体动力学分析软件ADAMS建立了包括车身、前后悬架、转向系统、轮胎、人与椅等系统在内的整车多体模型。

开发了随机路面生成软件和平顺性评价程序。

实现了悬架偏频的仿真测量和不同等级路面、不同车速下随机路面输入的平顺性仿真。

吉林大学的乐升彬以某车的前双横臂独立悬架为研究对象，采用该车的实际结构参数，运用ADAMS/Car软件建立了该车的前悬架子系统、转向系子系统组成的悬架系统模型，应用该模型对该车前独立悬架模型进行了运动学、动力学仿真分析，得出了其车轮外倾角、前轮前束角、主销后倾角等前轮定位参数、悬架刚度、侧倾刚度、侧倾中心等参数在前轮左右轮心上下跳动时的变化规律。

并且利用前人的经验对这些特性曲线进行分析，发现原悬架存在不合理的地方，并针对存在的问题提出相应的解决方案。

3．国内外研究现状分析

ADAMS软件的成功应用使虚拟样机技术脱颖而出。

基于ADAMS的虚拟样机技术，可把悬架视为是由多个相互联结、彼此能够相对运动的多体运动系统，其运动学及动力学仿真比以往通常用几个自由度的质量——阻尼刚体（振动）数学模型计算描述更加真实反映悬架特性及其对汽车行驶动力学影响，也比图解法更

为直接。

在传统悬架系统设计、试验、试制过程中必须边试验边改进，从设计到试制、试验、定型，产品开发成本较高，周期长。

运用虚拟样机技术，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，提高产品的系统及性能，获得最优和创新的设计产品。

四、拟解决的关键问题

1、悬架模型的建立。

2、利用ANSYS仿真分析悬架运动学/弹性运动学特性，对汽车动力学性能进行分析，并根据分析结果对悬架进行优化。

五、研究思路和方法

1.利用开发阶段所能获得的悬架系统基本参数，运用ANSYS建立悬架计算机仿真分析模型。

2.仿真分析悬架运动学/弹性运动学特性，对汽车动力学性能进行分析。

全面分析悬架系统的性能要求及目标参数。

3.预测悬架对汽车行驶性能（操纵稳定性、行驶平顺性等）的影响，给出相应的悬架系统设计的性能评价指标，并对设计参数及评价指标进行优化选择。

六、本课题的进度安排

第3-4周：

联系导师，确定毕业设计课题。

搜集中英文相关资料，并做开题报告

第5周：

进一步深入了解课题内容，阅读相关文献，并翻译外文文献。

第6-7周：

建立悬架模型

第8-9周：

ANSYS仿真分析

第10周：

ANSYS结果分析、整理

第11-13周：

根据所搜集的资料和ANSYS结果分析撰写论文

第14-15周，答辩，修改论文

七、

参考文献

[1]

陈家瑞

汽车构造

.北京：

人民交通出版社，

2008

[2]

余志生

汽车理论

.北京:

机械工业出版社,

2000

[3]

王慧文，

孙晓娟，

张伟．汽车悬架控制技术的发展[J]．森林工程，1998

[4]孙建民，孙凤英．汽车悬架系统的发展及控制技术研究现状[J]．黑龙江工程学院学报，2001

[5]陈兵车辆智能悬架系统发展趋势研究[J]．起重运输机械，2005