基于adams汽车悬挂转向系统仿真与优化

基于adams汽车悬挂转向系统仿真
与优化
第一章引言
Adams/Car模块简介：Adams/car模块是MSC公司与Audi，BMW等汽车公司合作开发的轿车设计模块，它能够快速建立高精度的车辆子系统模型和整车模型，它可通过高速动画直观的在线各个工况下车辆运动学和动力学相应，并与操纵稳定性，，制动性，平顺性有关的性能参数。

Adams/car的一个主要特点是基于模版。

建立模版即定义部件，部件之间的连接以及其他模版和试验台如何交换信息。

其中后者则是基于模版的产品所特有的。

Adams/car的共享数据库里提供了包括各种悬架，转向系，动力总成以及车身的模版，因此用户在建模时，无需从零开始，可调用已有的模版进行调整，从而大大简化建模过程。

如果在用户所要求的悬架模型或其他模型adams/car没有提供模版，这时就需用户在“template builder”中自行创建。

第二章正文
2.1 悬架简介
悬架是连接车轮与车架的弹性传力装置,它与汽车的操纵稳定性、平顺性及安全性等性能均有关。

悬架运动学主要研究内容是车轮定位参数与悬架变形量(或车轮跳动量) 的关系,随着各种形式的独立悬架的出现和应用,车轮定位参数在行驶过程中所引起的运动学变化对汽车操纵稳定性有着很大的影响。

双横臂悬架作为目前应用最广泛的独立悬架之一,其主要优点是:运动规律可以设计,对前轮定位参数的变化和侧倾中心位置的变化设定自由度较大,如果能适当地选择设计参数,可以使车辆得到很好的操纵性和平顺性。

本文针对某轿车行驶过程中所产生的过多转向问题,针
对双横臂悬架的特性,利用ADAMS 软件对其进行建模分析,并根据仿真分析的结果确定优化目标对悬架运动学性能进行优化。

图2.2 基于双横臂前悬架子系统仿真
2.2创建悬挂与转向系统
轿车前后悬架为双横臂悬架。

主要结构由上下控制臂、转向节、转向横拉杆和减震器等组成。

其前悬架下控制臂为柔性体，如图 1 所示；而后悬架全部为刚体。

在建立悬架时，由于悬架左右是对称的，所以ADAMS/Car 中只需建立一侧的模型，另一侧会自动生成。

本车模型为后置发动机，所以在前悬架中没有传动轴。

与前悬架不同的是，后悬架没有横拉杆。

2.3定义车辆参数仿真
在标准模式“simulate-suspension Analysis-Set Suspension Parameters”中定义与前悬架系统分析相关车辆参数：轮胎自由半径为300mm,轮胎垂
直刚度为200N/mm,簧上质量为1400kg,质心高度为300mm,轴距为2765m。

图2.3设计悬架基本参数
2.4 建模分析结果图
在ADAMS/ Car 中建立前悬架模型后,对模型进行了上下跳动极限为±100mm 的双轮同向跳动试验。

此外,根据整车的实际情况,设置车轮定位参数的静态初始值:前束角为- 0. 5°;车轮外倾角为0°。

评价悬架运动学特性的指标主要有:悬架刚度，车轮外倾角，主销偏距，车轮前束角，侧倾转向，侧倾外倾系数，侧倾中心高度。

图2.4.1悬架刚度
图2.4.2车轮外倾角
图2.4.3主销偏距
图2.4.4车轮前束角
2.5施加基本推力
给质量为1400kg的车辆一个-0.5g的加速度，其前轮的制动比为后轮的制动比的36%，前左轮分配前制动力的55%，前右轮分配前制动力的45%，前轮的总制动力为：1400kg*0.5g*9.81m/s/g*0.64=4395N,左前轮制动力为2417N,右前轮制动力为1978N
图2.5.1设置基本推力
图2.5.2施加制动力后的悬架系统
2. 6绘制仿真曲线
下图为施加基本推力后的转向轮扭矩与转角和刮擦半径与转向角关系的曲线。

图2.6.1转向角与刮擦半径关系曲线
图2.6.2转向轮扭矩与转角的关系曲线
2. 7修改悬挂与转向系统
对双横臂悬架的下摇臂前点( lca_front) 、后点( lca_ rear) , 转向拉杆内点( tierod_inner) 、外点( tierod _outer) , 下摇臂球头销( lca_outer) 等五个坐标点的15 个坐标值( 每个点有X、Y、Z 三个方向坐标) 进行分析, 设定每个坐标值的变动范围在- 10mm~10mm 之间。

下图列出了硬点变化对定位参数的影响。

图2.6施加制动力后的悬架系统
2. 8分析修改后的模型
调整这些硬点后，得到修改后的模型。

图2.7修改后的悬挂与转向系统
2.9比较分析结果
进行一次仿真分析, 得到的曲线与原来曲线的比较图。

以下是优化前与优化后转向轮扭矩与转角的比较图( 实线为优化后的曲线, 虚线为优化前的曲线) :
图2.8修改后的关系曲线
转向轮扭矩与转角前后对比。

如图所示, 优化后, 转向轮扭矩与转角变化量比之前相比有所减小,在合理的范围内，使车辆直线行驶的稳定性有所提高。

达到了改善性能，优化的目的。

但是由于受到车身布置的限制，对硬点坐标的改变只能局限在一定的小范围内，所以得到的最优值也只是一个相对值，而非绝对的最优结果。

第三章结论
如果悬架结构设计不当, 将会大大影响汽车产品的使用性能(如转向沉重、摆振、轮胎偏磨、影响轮胎使用寿命等)。

采用ADAMS/ CAR 对悬架的布置进行了建模与分析, 通过对模型的硬点坐标、进行修改迭代, 对模型某项或是多项性能指标进行优化, 系统会自动找出一个最优结果通过调节相应的参数来满足设计要求。

但是由于受到车身布置的限制, 对硬点坐标的改变只能局限在一定的小范围内, 所以得到的最优值也只是一个相对值, 而非绝对的最优结果。

本文解决了汽车悬挂与转向系统参数不合理，等问题。

同时也说明了转向轮扭矩与转角的关系以及刮擦半径对转向角的影响。

在开发新车或在原来已有的车型基础上进行改进设计时, 在实际样件、样车制造出来之前, 完全可以利用ADAMS/CAR 提供的动态仿真环境, 对悬架甚至整车的一些主要性能进行事先预测、评估, 这样可以大大地缩短产品的开发周期。

参考文献
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