国内外研究现状4doc.docx
《国内外研究现状4doc.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《国内外研究现状4doc.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
国内外研究现状4doc
国内外研究现状4
1.扭力梁与四连杆悬架K＆C特性分析与评价
1.2乘用车后悬架应用的现状及趋势
虽然现代汽车的后悬架种类较多，结构差异较大，但一般都是由弹性元件、减振元件和导向构件组成。
简单的划分，可以将乘用车的后悬架分为两大类，被动后悬架和主动后悬架（包含半主动悬架）。
被动后悬架的刚度和阻尼是按照经验来设计的，刚度和阻尼在行驶过程中是不能够变化的，只能被动的接受来自路面的冲击和振动，故称被动后悬架。
主动后悬架，可以根据汽车的行驶条件进行动态自适应调节，使车辆始终处于最佳的行驶状态[3]。
当前，国内外主流车商的乘用车中，后悬架所采用的大都是被动后悬架，应用最多是扭转梁式悬架。
而定位较低的A，A0级乘用车则无一例外，全部采用了扭转梁式后悬架。
近年来，各大汽车公司新开发的A级乘用车，逐步开始采用多连杆式后独立悬架，但在市场中所占比例较低。
扭转梁式后悬架在欧系厂商中使用的最为广泛，如德国大众汽车公司的帕萨特B5，高尔夫Ⅳ，Polo，宝来，捷达，桑塔纳，途安，开迪等等；法国PSA汽车集团，雪铁龙C2,C4,富康，爱丽舍，塞纳，凯旋，标志206，307等车型；法国雷诺的风景，拉古娜，梅甘娜等；德国欧宝的雅特，赛飞利。
其它采用扭转梁式悬架的乘用车为，日系丰田汽车公司的花冠（卡罗拉），威姿，威驰，Yaris；本田汽车的飞度，city；日产汽车的颐达，骐达，骊威；铃木雨燕，SX4等等。
国内自主品牌奇瑞QQ，A1，A5系列，风云，旗云；长安奔奔，比亚迪F3，吉利金刚等车型。
包括B级，甚至是C级车都曾大量使用扭转梁悬架作为其后悬架。
因为当时公路建设水平不高，汽车设计车速也较低，对操纵稳定性，高速行驶性能要求不高。
随着世界经济，建筑水平的提高，对汽车的操纵稳定性的要求相应的提高了，在较高级别乘用车的设计中，逐步的引入的结构更为复杂的各类悬架。
其中，以多连杆式悬架为典型代表，但扭转梁式后悬架仍然占有很到的份额。
近年来新开发的乘用车中，特别是A级或以上的新车型，多连杆后独立悬架出现的比率较高。
国内上市的采用多连杆式悬架新车如下：
大众的速腾，斯柯达明锐，福特福克斯，马自达3系等少数几个车系。
在整个A级及其以下级别的乘用车市场中，所占份额较少。
之所以出现这种情况，是因为这两种后悬架的特点所决定的。
扭转梁式悬架结构简单，可靠，制造，维护成本低，舒适型较差；多连杆式悬架控制精确，承载能力强，制造、维护成本高，设计困难；汽车制造商出于成本和市场的定位，绝少在A0，A00级别的乘用车上使用设计制造成本较高的悬架，基本上都选用了成本占有很大优势，而且稳定可靠的扭转梁式悬架。
随着人们对汽车行驶的平顺性和操纵稳定性要求的提高，具有安全、智能和清洁的绿色智能悬架将是今后汽车悬架发展的趋势。
一方面，由于被动悬架方面，随着多连杆后悬架的设计理论的成熟，制造成本的降低，可靠度的提高，必将被广泛的采用，扭转梁后悬架的使用将逐步减少。
另一方面，具有智能调节刚度和阻尼作用的主动悬架的应用将会得以不断扩大，但会向着更低能耗，更稳定，更清洁的方向发展。
2.基于多体动力学的轿车扭转梁悬架运动学及NVH特性下的参数匹
配优化研究
国外发达国家在汽车悬架运动学和动力学方面的研究开展的比较早。
1956年，Segel等首先创建了“线性二自由度”和“线性三自由度”的悬架数学模型；随着对汽车动力学性能研究的不断深入，美国和日本分别在六十年代末、七十年代初建立了多种多自由度非线性的
悬架动力学模型。
米奇克在《汽车动力学》专著中采用了坐标变换的方法将车轮坐标系变换为车身坐标系来计算车轮定位参数的变化。
K.N.Morman在《汽车前悬架静力学和动力学分析的非线性模型和方程》一文中同样采用了坐标变换的方法对汽车悬架进行了运动和动力学分析。
1987年，德国WolfgangMatschinsky从悬架的理论建模、橡胶支撑的模型出发对悬架弹性运动学特性作了较为深入的理论分析[5]。
进入90年代后，随着计算机的普及发展，国外研制了很多基于多体系统动力学理论开发的仿真分析软件，如ADAMS和DADS等，用于对汽车悬架系统进行仿真计算。
2000年，HidekiSugiura将ADAMS软件应用到了悬架的设计中，分析了悬架安装点位置、悬架弹性、阻尼元件对悬架运动学的影响[6]；
2006年，XiaoboYang在ADAMS中建立了包括弹性车身在内的整车刚柔耦合模型，详细分析了悬架中各橡胶衬套对脉冲激励下车身方向盘和座椅导轨响应的影响[7]；
2007年，伊朗khodro公司的BehzadHamedi在ADAMS软件中建立了包含柔性扭转梁的悬架模型，分析了横梁不同结构设计下车轮定位角的变化情况[8]。
我国对汽车悬架运动学和动力学的研究开始于六、七十年代。
1963年和1976年，郭孔辉教授分别在《关于悬架稳定性及其分析法问题的探讨》（《第一届全国汽车年会论文集》1963年8月）和《操纵稳定性的基本分析》（汽车技术》1976年第2期）对汽车悬架的运动和动力学研究方法做出了十分重要的探索。
1983年《汽车技术》第二期上，王良曦发表了《双控制臂扭杆悬架刚度的解析计算》，这篇文章对双横臂独立悬架运动过程中悬架的动力学特性进行了详细的分析。
1989年，北京工业学院的祝嘉光教授在北京工业学院学报上发表了题为《双横臂悬架的几何计算及其应用》的文章，提出了空间变换结合空间解析几何的悬架运动学分析方法。
从八十年代中后期开始，我国部分高等院校相继将多刚体系统动力学方法引入到汽车悬架运动学和动力学研究中，其中应用多体动力学开展汽车悬架运动学和动力学研究较多的著名高校有吉林工业大学、清华大学、上海交通大学、北京理工大学、同济大学、合肥工业大学等。
至今为止，研究领域也从开始的刚体系统的运动学和动力学研究扩展到了包含柔体的系统运动学和动力学研究，许多学者的研究成果对我国的汽车制造企业的产品开发起到了指导性作用。
1989年，吉林工业大学的林逸利用R-W方法，建立了对汽车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[14]。
1992年，清华大学的张海岑采用多刚体动力学的Newton-Euler方法，建立了汽车的七十四个自由度的非线性数学模型，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，深入研究了悬架系统对汽车的操纵稳定性和制动性能的影响[15]。
1997年，清华大学的张越今采用多刚体系统动力学方法，应用ADAMS软件，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[16]。
2002年，中国农业大学的王国权采用两种方法建立了车辆平顺性分析的动力学模型：
8自由度车辆平顺性分析的微分方程模型，模型考虑了驾驶员和车身的侧倾，在H级路面输入条件下，进行了时域仿真求解，得到车辆和驾驶员在汽车坐标系中各个方位上随时间历程的运动位移；利用ADAMS软件建立了包含悬架系统的卡车虚拟汽车模型，全面地考虑了影响平顺性的各种因素，然后通过对路面功率谱的变换生成适合于ADAMS/Tire的路面文件，实现了整车样机在随机输入激励下，车辆振动模型的时域仿真求解[17]。
2005年，合肥工业大学的乔明侠在ADAMS软件中建立了76个自由度的商务车多体动力学模型，对其进行了平顺性分析，通过对比试验结果与仿真结果，验证了模型的精确性，
在此基础上，利用试验优化方法，对悬架参数进行了优化分析[18]。
2006年，泛亚汽车技术中心有限公司的舒进利用ADAMS软件建立了具有柔性扭转梁的整车多体模型，进行了后悬架静态特性分析和整车操稳性仿真分析，通过仿真数据与试验结果对比，说明采用柔性扭转梁模型能较大影响悬架特性，分析结果比较接近实际情况[19]。
2007年，上汽股份有限公司技术中心的廖芳在ADAMS中建立了全参数化的扭转梁悬架模型，通过对悬架模型进行运动学分析，获取了车轮定位角、悬架侧倾角刚度等参数的变化曲线，与利用K&C试验台得到的试验曲线接近[20]。
2008年，合肥工业大学的骆涛在ADAMS软件中分别建立了89自由度的整车多刚体动力学模型和257自由度的整车刚柔耦合动力学模型，对比分析了多刚体动力学模型和刚柔耦合动力学模型的运动学和平顺性的仿真结果[21]。
4.某微型车扭转梁后悬架结构分析与优化
1.2国内外汽车悬架发展概况
1.2.1扭转梁后悬架介绍
悬架作为汽车总成的一部分，对汽车的性能好坏至关重要。
大多车辆上的悬架由以下几部分组成:
导向机构、减震器、横向稳定机构、弹性元件和缓冲块等。
它把车架或车身与车轴或车轮弹性的连接起来，并传递车轮和车架之间的一切力和力矩，缓和路面传给车架的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的震动，保证汽车行驶平顺性，使车轮在遇到路面不平和载荷变化的情况下保持理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速稳定行驶的能力。
根据左右两侧车轮运动是否相互关联，悬架可分为非独立悬架和独立悬架两种形式。
非独立悬架的结构特点是汽车两侧车轮分别安装在一根整体式的车轴两端，车轴则通过弹性元件与车架相连接。
这种悬架的特点是当一侧车轮因道路不平而跳动时，将要影响另一侧车轮的工作，因此称为非独立悬架或相关悬架。
独立悬架则是两侧车轮分别安装在断开式的车轴两端，每段车轴和车轮单独通过弹性元件与车架相连。
这样当一侧车轮跳动时，对另一侧车轮不产生影响，因此称为独立悬架[4]。
独立悬架分为双横臂式、单横臂式、双纵臂式、单纵臂式、单斜臂式和麦弗逊式等几种类型。
非独立悬架结构简单，工作可靠，而被广泛应用于货车前后悬架中以及轿车的后桥。
非独立悬架跟据弹性元件的不用同又可分为钢板弹簧式、螺旋弹簧式和空气弹簧式等。
扭转梁后悬架在车轮跳动的过程中左右两侧的车轮既相互干涉，同时又由于其具有一定的柔度，在两侧车轮反向跳动的时候，扭转梁会发生一定的变形，使得两侧车轮干涉的情况又得到缓解。
本文主要是对扭转梁悬架的结构进行优化与设计。
扭转梁后悬架结构如图1.1所示，图中横梁与左右两纵臂焊接，两纵臂前端连接到车身上。
扭转梁悬架自身有着诸多的优点，使其至今仍然被应用在小型和中型前轮驱动的轿车上。
扭转梁的主要优点包括以下几方面[5l:
1）所需要的车身空间小，易于匹配、安装和拆卸;
2）铰链点少，结构简单，成本低;
3）簧载质量较小;
4）横梁兼具稳定杆的功能;
5）有较低的侧倾不足转向特性;
6）较好的抗纵倾能力。
同时，扭转梁悬架也有自身的缺点，包括:
l）横梁中具有较大的扭转和剪切应力，焊缝中的应力大;
2）允许的后轴载荷受到后轴强度的限制;
3）反向轮跳时，左右车轮会产生一定的相互影响;
4）由路面引起的振动和噪声很难减弱等。
由于扭转梁悬架有着诸多优点，所以在A级以下级别的车型上得到了广泛的应用，但是其本身的缺点又使得对扭转梁的研究还有着较大的空间，具有相当的实际意义和应用价值。
本文将围绕扭转梁展开优化、分析和设计，目的是使扭转梁的结构得到改进，使悬架性能以及整车性能得到提升。
1.2.2扭转梁的研究概况
2006年，华晨公司的刘艳华在《轿车扭转梁后悬架的开发研究》[6]一文中，基于AdamS软件建立扭转梁模型，并对扭转梁不同布置位置和不同开口角度时悬架性能的进行比较。
由于该论文中只做了悬架性能方面的考虑，而悬架性能的好坏要通过整车匹配才能最终的反映到整车的性能上，仅通过悬架K&C性能无法确定整车的性能优劣，因此本文主要分析整车的操纵稳定性，从操稳方面来评价扭转梁悬架结构的改变对整车性能的影响。
2006年，泛亚汽车技术中心有限公司的舒进、赵德明在《基于MSCAdamS的汽车柔性扭力梁后悬架特性分析及操稳性仿真》[57]一文中，利用AdamS软件建立了整车多体模型，该模型具有柔性扭转梁结构，并分析了该悬架进行的静态特性以及整车操稳性能，通过对比，得出悬架特性受柔性扭转梁模型的影响较大的结论。
该论文中的比较结果如图1.2一图1.3所示。
图中，1为实车试验曲线，2为柔性体模型的仿真曲线，3为刚性体模型的仿真曲线。
介于该文章的分析结果，本文将采用与实际情况更加接近的柔性体模型来进行建模，从而提高分析的准确性和可信度。
2007年，上汽技术中心的廖芳等人在《概念设计阶段扭转梁式后悬架建模方法研究》[58j一文中，上汽技术中心的某员工通过对全参数化的扭转梁悬架模型进行运动学分析，对比车轮定位角、悬架侧倾角刚度等参数的仿真曲线与试验测得的试验曲线，发现该模型的仿真曲线很接近试验曲线，如图1.4所示:
5.扭力梁悬架结构与运动特性分析
1.2国内外研究现状
1.2.1悬架结构疲劳研究概况
近年来，随着计算机技术的飞速发展，计算机辅助工程（CAE）技术被越来越多的应用于汽车结构设计研发过程中，在缩短开发周期、降低开发成本等方面取得了巨大的成功。
尤其对于汽车悬架这样的结构复杂的多体系统，其零部件的边界条件很难通过手工计算或实验的方法获得，即使通过实验测试方法获得，其实验过程也非常复杂，成本也很高，而借助虚拟样机得到零部件的边界条件，是一种十分高效的方法，并能够获得较为准确的载荷边界条件，因而可以辅助悬架的有限元强度和疲劳分析。
对于悬架疲劳分析来说，如何获得准确的路面载荷谱，是运用虚拟试验技术进行疲劳分析的关键技术之一。
目前，全球各大汽车公司在该领域都进行了大量的研究，并有所突破。
国外各大汽车供应厂商和研究机构，如Ford，BMW，Audi，Volvo和GM等汽车公司的产品研发机构都在其CAD系统中安装了多体动力学分析软件，并与有限元软件、优化软件一起构成了一个有机整体。
美国的权威机构SAE（美国汽车工程师协会）在60年代出版的《零件疲劳设计手册》直至今天仍是业内工程师进行汽车零部件疲劳可靠性设计与试验的重要理论依据之一。
德国的学者沃勒由于提出了S-N曲线，因而被称为“疲劳试验之父”，由于其理论参数简单明了，直至今天S-N曲线在疲劳的分析计算领域中依然占有于十分重要的地位。
日本在疲劳研究方面也做出了巨大的贡献，疲劳计数法中最为常用的雨流循环计数法就是由日本的学者Endo和Matsuishi提出的。
在国内，由于有限元算法十分繁琐，并加上悬架的结构非常复杂，所以在早期缺乏相关
软件的情况下，很难运用有限元法进行悬架结构的疲劳分析计算，因而在该领域的研究发展也较为迟缓。
1993年，同济大学的付耀民教授运用有限元法建立了复合式悬架车桥的结构模型，通过试验验证后，应用于车桥横梁的受力分析。
1994年，华南理工大学的黄向东教授采用了有限元模拟分析汽车悬架的新方法，探讨研究了悬架有限元建模过程中的一些特殊问题及其解决措施，通过仿真和实验结果的对比分析了有限元分析的精度和可靠性，并通过应用实例证实了这种方法的优越性及其在汽车设计研究方面的巨大潜力。
上海大众公司与同济大学进行合作，在虚拟道路应用研究方面取得了巨大的成功，实现了对轿车后桥总成有效地疲劳加速试验，大大缩短了室内疲劳试验的周期，并提出了我国典型地区、和上海大众EVP强化道路之间的载荷谱当量关系。
随着我国在该领域的相关理论研究和软硬件设备的不断健全，在悬架疲劳研究分析方面将会有快速的发展。
1.2.2悬架K&C特性研究概况（已采用）
悬架K&C特性包括悬架的运动学特性和弹性运动学特性（Kinematics&Compliance,简称K&C特性）[5-6]。
悬架运动学主要研究车轮跳动或转动过程中车轮定位角、轴距、轮距、悬架各向刚度等参数的变化规律。
而悬架弹性运动学是在考虑橡胶衬套等弹性元件对悬架性能影响的情况下，研究由车轮和路面之间的各向力和力矩的作用所引起的车轮定位参数的变化和车身姿态的变化。
悬架的运动学特性和弹性运动学特性相互联系，共同影响悬架的性能。
悬架K&C特性作为悬架重要的性能指标对汽车的平顺性、操纵稳定性等都有直接的影响。
1.2.3国外关于悬架K&C特性分析
国外很早就开始了关于悬架运动学方面的研究。
70年代初，德国的学者耶尔森.莱姆帕尔就在著作《汽车底盘基础》中对汽车运动学及弹性运动学做了详细的介绍和深入的探讨，详细介绍了车轮定位参数及其对汽车操控性能的影响，并就底盘与整车的一些运动特性展开了分析，这本书在汽车底盘动力学方面的分析与介绍既详尽又基础，深受德国业内人士的赞赏，至今还是汽车行业工程技术人员的常备参考书。
德国的学者阿达姆.措莫拖在著作《汽车行驶性能》[7]中介绍了悬架运动学特性对汽车行驶性能的影响，同时较为系统地分析了悬架弹性运动学特性对汽车的操纵稳定性的影响。
美国学者托马斯.圣吉列斯比所著的《汽车动力学基础》[8]以书中就汽车的舒适性、稳态转向特性、加速性能、制动性能、悬架系统等方面详细介绍了动力学方面的问题，并对一般悬架K&C所关注的性能产开了研究，从理论上解释了其变化规律对底盘运动性能的影响，也是汽车系统动力学学者的必备研究资料。
德国学者哈斯.皮特维拉麦特所著的《汽车动力学模拟及其方法》[9]、德国学者沃尔夫冈.马特车斯基编写的《汽车悬架》[10]以及日本学者安部正人所著的《汽车的运动与操纵[11]等著作中都对汽车悬架K&C特性及其对车辆操纵稳定性的影响进行了系统深入的探讨分析。
德国雷根斯堡大学的吉格.瑞尔博士所著的《汽车系统动力学》[12]、美国曼哈顿大学的学者雷纳.贾森所著的《汽车系统动力学之理论与应用》[13]对悬架系统及底盘都做了全面系统的论述，在汽车系统动力学领域的探索非常深入，也对国内的悬架系统研究很有帮助。
文章《车辆底盘系统的设计与制造》对轿车悬架系统的开发流程做了非常全面的介绍，尤其是在悬架运动学与弹性运动学方面的阐述对轿车悬架系统的改进与调校非常有益，文中对悬架K&C特性及其对汽车性能的影响都做了系统的论述，从K&C产生的机理层面分析了悬架设计参数对悬架K&C特性的影响，并提出了选架设计的一般方法和解决相关问题的措施。
国外在悬架K&C特性实验研究方面也比较先进，已有几十年的历史了。
一些汽车工业发达的国家也开发出了测试悬架系统特性的台架试验设备，也具有了相对成熟的技术，在悬架系统研究设计方面起到了非常重要的作用。
目前，全球的悬架K&C试验台的供应商主要有[14]：
英国的Lotus和ABD、美国的MTS、德国的IKA、法国的Michelin、意大利的宾法
升级会员 