利用Adams进行悬架仿真分析洪伟文档格式.docx

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第1章转向轮定位参数

1.1转向轮定位参数

转向桥在保证汽车转向功能的同时，应使转向轮具有自动回正作用，以保证汽车稳定直线行驶。

即当转向轮在偶遇外力作用发生偏转时，一旦作用的外力消失后，应能立即自动回到原来直线行驶的位置。

这种自动回正作用是由转向轮的定位参数来保证的，也就是转向轮、主销、和前轴之间的安装应具有一定的相对位置。

转向轮的定位参数主要有主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束。

1.1.1主销后倾角

设计转向转向桥时，使主销在汽车的纵向平面内，其上部有向后的一个倾角

，即主销轴线和地面垂直线在汽车纵向平面内的夹角。

主销后倾角

能形成回正的稳定力矩。

当主销具有后倾角

时，主销轴线与路面的交点位于车轮与路面的交点前面，当汽车直线行驶时，若转向轮偶然受到外力作用而稍微偏转，能保证车轮回到原来的中间位置，保证汽车稳定直线行驶。

现在一般采用的

角不超过2°

-3°

，现代高速汽车由于轮胎气压降低、弹性增加，从而引起稳定力矩增大。

此时

角可以减小刀接近于零，甚至为负值。

1.1.2主销内倾角

主销在汽车的横向平面内，其上部向内倾斜一个

角，即主销轴线与地面垂直线在汽车横向平面内的夹角。

主销内倾角

也有使车轮自动回正的作用，主销的内倾还使主销轴线与路面交点到车轮中心平面与地面交先的距离减小，从而减小转向时驾驶员施加在转向盘上的力，使转向轻便。

一般内倾角

不大于8°

。

1.1.3前轮外倾角

通过前轮中心的汽车横向平面与前轮平面的交线与地面垂线之间的夹角

，若空车时前轮正好垂直于路面，则满载时，车桥因承载变形而可能出现前轮内倾，这会加速汽车轮胎的偏磨损。

因此安装前轮时应预先使其有一定的外倾角，已防止车轮内倾。

前轮的外倾角是在转向节设计中确定的。

设计时使转向节轴颈的轴线与水平面成一角度，一般外倾角

为1°

左右。

1.1.4前轮前束

前轮具有外倾角之后，在滚动时就类似于管锥，导致两侧前轮向外滚开。

由于转向横拉杆和车桥的约束使前轮不可能向外滚开，前轮将在地面上出现边滚边滑，从而加速轮胎的磨损。

因此在安装前轮时，使汽车两前轮的中心面不平行，两轮前边缘距离B小于后边缘距离A，A-B之差即为前轮前束。

前轮前束可以通过改变横拉杆的长度来调整。

一般前束值位0-12mm。

1.2仿真分析方法

本文主要通过对双横臂悬架的运动学进行仿真分析，通过原始悬架硬点在Adams中进行悬架结构的建模，进行仿真分析后，通过对比四个定位参数的推荐值，修改悬架硬点，调整转向轮定位参数，使之在合理范围内。

第二章利用Adams/View进行悬架建模

2.1原始数据

双横臂悬架硬点

（-228,360,-109）

（-228,360,71）

（0,351,0）

（-305,12,-82）

（-305,12,125）

（0,53,0）

（-417,177,-114）

（-24,165,-114）

（-161,435,0）

（-95,57,2）

（-126,238,0）

（-729,177,-114）

（-539,177,-114）

（43,153,0）

（129,153,0）

（179,153,0）

2.2建立双横臂悬架模型

由于悬架左右对称，为了方便建模方便，只建立一个车轮上的悬架，同时，为了方便建立运动学仿真模型，通常对悬架做以下简化和假设：

（1）假设所有杆件都是刚体，不考虑杆件的变形；

（2）运动副的摩擦力忽略不计。

2.2.1新建模型

步骤一：

打开Adams/View2013,点击新建模型。

步骤二：

输入模型名称,选择重力方向，单位和工作路径。

特别注意：

Adams里的路径必须是不包含中文的。

2.2.2设置工作环境

在设置（setting）菜单中选择单位（units），将长度单位设置为厘米（mm），

点击OK

在设置（setting）菜单中选择工作栅格（workinggrid），将工作栅格尺寸设置为750，格距为10。

点击OK。

在设置（setting）菜单中选择图标（Icons），将ModelIcons的所缺尺寸改为2.点击OK。

2.2.3建立设计点

在“物体”一栏中，选择“基本形状”点击“设计点”出现点的基本特征设置

由于双横臂悬架的硬点较多，点击“点表格”并单击“创建”图标，按照所给原始数据输入16个坐标，点击“应用”然后：

“确定”

然后：

“确定”,出现16个设计点如下：

2.2.4建立模型

以下以上摇臂为例子：

点击“实体”，选择“创建圆柱体”

在左侧对话框中，勾选“半径”，设置为1cm。

步骤三：

鼠标左击POINT_1和POINT_3

步骤四：

重复步骤一，并选择“添加到现有部件”，鼠标左击步骤三建立的圆柱体，然后点击左击POINT_2和POINT_3

步骤五：

点击“实体”，选择“创建球体”，

步骤六：

在左侧对话框中，选择“添加到现有部件”，并勾选“半径”，设置为2cm。

，鼠标左击步骤四建立的圆柱体和POINT_1生成球体。

同样的方法，在POINT_2和POINT_3生成球体。

以上六步即完成上摆臂的建模，如下图

使用相同的方法，对下摆臂，减震器，立柱，转向机构（转向横拉杆，齿条）进行建模。

完成后如下图：

2.2.5添加运动副

以上已经完成了对悬架的实体建模，接下来是对杆件之间、杆与法兰面，以及杆与车身添加约束，控制它们的运动连接方式，即运动副。

2.2.5.1添加固定副

由于此模型分析转向轮上下跳动的运动状态，故车身和地面是相对静止的，所以需在车身和地面上添加固定副。

点击“连接”，在“运动副”中左击“创建固定副”

，先左击“ground”，再左击“body”，然后左击“Point_13”,即在车身和地面之间生成固定副，如图所示:

同理可以添加齿条（转向机构）与车身（地面）之间的固定副。

2.2.5.2添加转动副

点击“连接”，在运动副中点击“创建转动副”

，

，先左击“Lower_Arm”，再左击“ground”，然后左击“Point_4”,即在下摆臂和车身（地面）之间生成转动副，如图所示：

同理可以添加上摆臂与车身（地面）之间的转动副。

2.2.5.3添加球副

点击“连接”，在运动副中点击“创建球副”

，先左击“Lower_Arm”，再左击“Spindle_Wheel”（车轮轮毂上的立柱），然后左击“Point_6”,即在下摆臂和立柱（车轮）之间生成球副，如图所示：

同理可以添加上摆臂与车身（地面）之间、减震器下端与下摆臂之间以及转向横拉杆与立柱之间的球副。

2.2.5.4添加虎克副

点击“连接”，在运动副中点击“创建虎克副”

先左击“Strut_Upper”（减震器活塞杆），再左击“ground”（车轮轮毂上的立柱），然后左击“Point_9”,方向向量选择沿减震器活塞杆方向，向上点击“Point_11”,向下点击“Point_10”即在减震器活塞杆和车身之间生成虎克副，如图所示：

同理可以添加齿条与转向横拉杆之间的虎克副。

2.2.5.5添加移动副

点击“连接”，在运动副中点击“创建移动副”

，先左击“Strut_Upper”（减震器活塞杆），再左击“Strut_Lower”（减震器油缸），向上点击Point_9，这样就在减震器活塞杆与减震器油缸连接处添加了移动副。

如下所示:

所有运动副添加完毕后如图所示：

2.2.6添加驱动

在研究车轮上下跳动时转向定位参数的变化时，为了模仿车轮在不平路面上的跳动，需要在车轮中心处添加一个垂直于地面的驱动，使车轮上下跳动。

点击“驱动”一栏中的一般驱动里的“点驱动”

点击车轮和地面，车轮中心点，方向选择垂直向上（z轴），即在车轮中心处添加了车轮上下跳动的驱动。

右击刚刚建立的“点驱动”，选择“修改”，方向“沿z”,在函数一栏中输入点驱动的函数，控制车轮上下跳动量。

函数为：

80*sin（360d*time），即点驱动控制的车轮上下跳动量为±

80mm

完成之后对此双横臂悬架进行一次2s,100步的仿真分析，观察悬架系统的建模是否正确。

2.3建立测量参数

验证完悬架系统之后，需要创建函数表达式测量转向轮的4个定位参数。

2.3.1创建主销后倾角的测量函数

点击“设计探索”栏中的“建立新的测量函数”

，在对话框中双击数学函数里的“ATAN”，输入反正切函数“ATAN（x）”。

将光标放在括号内，选择“位移”点击“DistancealongZ”，点击“辅助”，系统弹出辅助对话框，在终点标记点一栏，右击“标记点”—“浏览”，选择“Lower_Arm.MAR_7”。

在始点标记点一栏，通过同样方法，选择“Upper_Arm.MAR_7”，同样测量两点在Y方向距离时选择“DistancealongY”,其余都与Z方向上选择一样的点即可。

将测量名称改为“.suspension.houqingjiaodu”，以下单位选择“角度”，点击“OK”，主销后倾角的测量函数创建完成。

函数编辑器

2.3.2创建主销内倾角的测量函数

编辑操作同上图，选择“位移”点击“DistancealongX”，点击“辅助”，“标记点”选择“Lower_Arm.MAR_7”,始点标记点选择“Upper_Arm.MAR_7”，同样测量两点在Y方向距离时选择“DistancealongY”,其余都与X方向上选择一样的点即可。

将测量名称改为“.suspension.neiqingjiaodu”，函数为：

ATAN（-DX（Lower_Arm.MAR_7,Upper_Arm.MAR_7）/DY（Lower_Arm.MAR_7,Upper_Arm.MAR_7））主销内倾角的测量函数创建完成。

2.3.3创建车轮外倾角的测量函数

编辑操作同上，选择“位移”点击“DistancealongY”，点击“辅助”，“标记点”选择“TA_ref”,始点标记点选择“Spindle_Wheel.MAR_1”，同样测量两点在X方向距离时选择“DistancealongX”,其余都与Y方向上选择一样的点即可。

将测量名称改为“.suspension.waiqingjiao”，车轮外倾角的测量函数创建完成。

2.3.4创建车轮前束角的测量函数

编辑操作同上，选择“位移”点击“DistancealongZ”，点击“辅助”，“标记点”选择“TA_ref”,始点标记点选择“Spindle_Wheel.MAR_1”，同样测量两点在X方向距离时选择“DistancealongX”,其余都与Z方向上选择一样的点即可。

将测量名称改为“.suspension.qianshujiao”，车轮前束角的测量函数创建完成。

四个定位参数的测量函数创建完成之后，进行一次2s，100步的仿真，得到角度随时间变化的曲线如下：

第3章利用Adams/View进行悬架的优化

3.1优化目标

主销后倾角：

不超过2-3°

主销内倾角：

前轮外倾角：

前轮前束角：

为0-30′。

3.2主销后倾角优化

由仿真测得原始主销后倾角为0°

，要时主销后倾角度小于2°

，则应该增大Point_3的z坐标，经过测试，当z=2时，

为0.38°

；

当z=5时，后倾角约为0.96°

当z=8时，

约为1.5°

当z=10时，

约为1.9°

取Point_3的z坐标等于8。

3.3主销内倾角优化

主销内倾角修正后得到主销内倾角曲线显示，

约为-2.5°

到4.5°

要使

增大，则应该减小Point_3的x坐标，经过测试，当x=-2时，

约为-2°

到5°

当x=-5时，

约为-1.5°

到6°

当x=-10时，

约为0°

到7.2°

当x=-12时，

到7.5°

当x=-15时，

到8.25°

取Point_3的x坐标等于-12。

3.4前轮外倾角和前轮前束角优化

调整Point_14和Point_16的x,y,z值，使得前轮外倾角

左右，前轮前束角

调整后Point_14和Point_16坐标分别为（45,153,-1）、（180,154,0）

车轮外倾角为-2°

至-5°

，前束角为-4°

，均值控制在所需范围内。

第4章总结

本次仿真分析是在已知悬架硬点的基础上，通过Adams/View进行双横臂悬架的建模，以及运动学的仿真分析，并通过改变四个定位参数的的相关坐标，优化悬架结构，使之满足悬架系统的要求。

利用Adams/View初次对结构进行优化，学习该软件的建模，运动分析，模拟机构的运动过程。

虽然本次对前轮约束和前轮外倾角的优化偏出范围，但总体结果还算符合要求，并且学习到了测量函数的运用，提升了对该软件的应用能力。