汽车空气悬架的运动学仿真分析及优化设计
汽车悬架系统优化设计及性能分析
汽车悬架系统优化设计及性能分析一、介绍汽车悬架系统是车辆不可或缺的部分。
它主要负责车辆的支撑和减震工作，为行驶过程提供了舒适性和稳定性。
因此，汽车制造商在设计汽车悬架系统时非常重视性能和稳定性，尤其是在高速行驶和曲线驾驶方面。
在本文中，将探讨汽车悬架系统的优化设计和性能分析。
首先，我们将了解悬架系统的基本概念和组成部分。
接着，将讨论悬架系统的优化设计和性能分析方法，其中会包括液压悬挂系统和空气悬挂系统。
最后，我们将介绍一些常见的汽车悬架问题，并给出解决方案。
二、汽车悬架系统的基本概念和组成部分汽车悬架系统是由许多组成部分组成的。
基本上，悬架系统包括垂直弹簧、水平限制器、减震器、保持器和底盘等部件。
这些部分的设计和性能影响着车辆的轻重平衡、转向能力、制动力等。
垂直弹簧是悬架系统中最基本的部分之一。
其主要作用是支持车载负载和路面扭曲。
在一般情况下，垂直弹簧采用钢制线圈弹簧或橡胶制减震器。
水平限制器是悬挂系统中的一种保护设备。
其主要作用是控制车辆在水平和纵向方向上的运动。
减震器是悬架系统的关键部分。
它负责控制车辆在行驶过程中发生的震动。
减震器的作用是将垂直弹簧支持的能量转换成热能。
保持器主要是为了使车辆在转向时保持稳定。
在悬架系统中，保持器往往被视为弹簧与减震器之间的连接。
底盘是整个悬挂系统的核心部分。
它由上下两个零件组成。
下部通常由车身连接杆和悬架机构组成，而上部是用于固定悬架和与车体连接的结构。
底盘的作用是支撑整车负荷和稳定性。
三、悬架系统的优化设计和性能分析方法悬架系统的优化设计和性能分析一直是汽车工业中的重要问题。
优化设计方法的主要目标是减少悬架系统重量和体积，并增加车辆的稳定性和操纵性。
在性能分析方面，主要是采用试验、仿真和计算三种方法，以获得更准确的结果。
试验是最常用的分析方法之一。
它包括车辆实际测试、路试和底盘试验。
这种方法可以测量和分析悬架系统的各种性能参数，例如侧倾角、轮胎接地面、悬架行程、制动力等。
基于ADAMS的汽车悬架装置的仿真分析与优化
主销后倾角随车轮跳动的变化
主销内倾角随车轮跳动的变化
计算机辅助工程分析
昆明理工大学
2、测试前悬架模型
外倾角变化为范围-0.7～1.1
侧向滑移变化为范围-8 ～ 22
前轮外倾角随车轮跳动的变化
前轮接地点侧向滑移随车轮跳动的变化
5、优化前悬架模型
优化过程中最大侧向偏移变化曲线
优化过程中侧向偏移变化曲线
优化后侧向偏移变化仿真
计算机辅助工程分析 昆明理工大学
5、优化前悬架模型
优化结果显示
通过数据显示， 车轮在跳动± 100mm时，接地 点最大侧向滑 移从优化前的 18.063变为优化 后的1.1893,极 大解决了轮胎 磨损严重的问 题
计算机辅助工程分析
昆明理工大学
1、创建前悬架模型
汽车悬架系统是比较复杂的空间机构。基于ADAMS的虚拟样 机技术，可把实际悬架及转向系统的结构抽象为下图所示动力学 仿真模型。 弹簧 车轮 上横臂
主销
转向拉杆 转向节 下横臂 拉臂
昆明理工大学
测试台
计算机辅助工程分析
2、测试前悬架模型
对车轮进行平行跳动仿真来分析车轮外倾角、主销内倾角、主 销后倾角的变化，由于前束角是为了消除车轮外倾带侧向滑移量过大，上跳-100ram处滑移值22mm，在100ram处 为-8mm，该车行驶时轮胎将严重磨损； 2．车轮定位参数在车轮上下跳动过程中变化都不太大，对此皮卡 车性能影响不大。
计算机辅助工程分析
昆明理工大学
3、细化前悬架模型
通过创建设计变量，按下表对模型参数化。
设计变量 DV_1 DV_4 DV_7 ··· ···
基于ADAMS的悬架系统动力学仿真分析与优化设计
基于ADAMS的悬架系统动力学仿真分析与优化设计一、概述本文以悬架系统为研究对象，运用多体动力学理论和软件，从新车型开发中悬架系统优化选型的角度，对悬架系统进行了运动学动力学仿真，旨在研究悬架系统对整车操纵稳定性和平顺性的影响。
文章提出了建立悬架快速开发系统平台的构想，并以新车型开发中的悬架系统优化选型作为实例进行阐述。
简要介绍了汽车悬架系统的基本组成和设计要求。
概述了多体动力学理论，并介绍了利用ADAMS软件进行运动学、静力学、动力学分析的理论基础。
基于ADAMSCar模块，分别建立了麦弗逊式和双横臂式两种前悬架子系统，多连杆式和拖曳式两种后悬架子系统，以及建立整车模型所需要的转向系、轮胎、横向稳定杆等子系统，根据仿真要求装配不同方案的整车仿真模型。
通过仿真分析，研究了悬架系统在左右车轮上下跳动时的车轮定位参数和制动点头量、加速抬头量的变化规律，以及汽车侧倾运动时悬架刚度、侧倾刚度、侧倾中心高度等侧倾参数的变化规律，从而对前后悬架系统进行初步评估。
1. 悬架系统的重要性及其在车辆动力学中的作用悬架系统是车辆的重要组成部分，对车辆的整体性能有着至关重要的作用。
它负责连接车轮与车身，不仅支撑着车身的重量，还承受着来自路面的各种冲击和振动。
悬架系统的主要功能包括：提供稳定的乘坐舒适性，保持车轮与路面的良好接触，以确保轮胎的附着力，以及控制车辆的姿态和行驶稳定性。
在车辆动力学中，悬架系统扮演着调节和缓冲的角色。
当车辆行驶在不平坦的路面上时，悬架系统通过其内部的弹性元件和阻尼元件，吸收并减少来自路面的冲击和振动，从而保持车身的平稳，提高乘坐的舒适性。
同时，悬架系统还能够根据车辆的行驶状态和路面的变化，自动调节车轮与车身的相对位置，确保车轮始终与路面保持最佳的接触状态，以提供足够的附着力。
悬架系统还对车辆的操控性和稳定性有着直接的影响。
通过合理的悬架设计，可以有效地改善车辆的操控性能，使驾驶员能够更加准确地感受到车辆的行驶状态，从而做出更为精确的操控动作。
基于ADAMS的悬架系统动力学仿真分析与优化设计
基于ADAMS的悬架系统动力学仿真分析与优化设计摘要：本文基于ADAMS软件，对悬架系统进行了动力学仿真分析与优化设计。
通过建立悬架系统的模型，应用动力学仿真技术，研究了悬架系统在不同工况下的动力学性能，并进行了相应的优化设计。
仿真结果表明，通过优化设计，悬架系统的动力学性能得到了明显的提升，进而提高了整车的操纵稳定性和行驶舒适性。
1. 引言随着汽车工业的发展，悬架系统的性能对于整车的操纵稳定性和行驶舒适性起着至关重要的作用。
因此，对悬架系统进行动力学仿真分析和优化设计具有重要的理论意义和工程应用价值。
2. 悬架系统模型建立首先，根据悬架系统的实际结构和工作原理，建立了悬架系统的运动学和动力学模型。
模型包括弹簧、减振器、转向杆等各个部件，并考虑了车轮与地面之间的接触力和摩擦力。
通过ADAMS软件的建模工具和功能，对悬架系统进行了准确地建模。
3. 悬架系统动力学仿真基于悬架系统的模型，进行了不同工况下的动力学仿真分析。
通过设定不同的工况参数，如路面不平度、悬架系统参数等，研究了悬架系统在不同路况下的动力学性能。
仿真结果显示了悬架系统的悬架行程、车体加速度、横向加速度、滚动转矩等关键参数的变化规律。
4. 悬架系统优化设计根据悬架系统动力学仿真的结果，对悬架系统进行了优化设计。
通过改变悬架系统的参数和结构，优化了悬架系统的动力学性能。
具体而言，通过增加弹簧刚度、调整减振器阻尼等方式改善了悬架系统的行程和刚度特性。
通过优化悬架系统的参数，达到了提高整车操纵稳定性和行驶舒适性的目的。
5. 结果与分析通过悬架系统动力学仿真和优化设计，得到了悬架系统在不同工况下的性能变化趋势。
仿真结果表明，通过合理的优化设计，悬架系统的行程和刚度均得到了明显的改善。
同时，整车的操纵稳定性和行驶舒适性也得到了显著提升。
6. 结论本文基于ADAMS软件，对悬架系统进行了动力学仿真分析与优化设计。
通过建立悬架系统的模型，进行了不同工况下的仿真分析，并进行了相应的优化设计。
浅谈汽车悬架系统建模与仿真
浅谈汽车悬架系统建模与仿真摘要：汽车悬架系统较为复杂，而且多种构件组成，构件与构件之间的相互配合运转也较为复杂，因此使用传统的方式来对汽车悬架的特性进行分析便面临着诸多困难。
本篇文章从悬架运动学和动力学仿真来分析汽车悬架特性的研究中所发挥的重要作用，并且就汽车悬架系统的设计开发进行探讨。
关键词：汽车悬架系统；建模；仿真本篇文章以国内某品牌汽车自主生产的SUV汽车前悬架为例，通过ADAMS/CAR 建立前悬架三维实体模型，前悬架相关数据参数，包括构件的质量、转动惯量等参数，来确定前悬架的几何定位参数、减震器、扭杆等参数，依据这些数据来确定运动学和动力学仿真模型的建立。
1. 前悬架模型建立利用ADAMS/CAR建立仿真模型时，建模顺序自下而上，最后得到前悬架模型，通过装配试验来确定模型建立的正确与否。
利用ADAMS/CAR软件建立仿真模型时要确保各个零部件关键点的位置要准确，这样才能确保建立的仿真模型的准确性。
通过对比汽车理零件的设计图纸以及三维实体模型的实际测量，获得前悬架中零件关键的位置。
设计图纸上可以查询悬架零件的质量，在多体系统的运动中，在运动过程中具有某种联系并且具有相同的运动轨迹而且固定在一起的部件可以看做是一个运动部件。
一个运动部件具有同样的质心和转动惯量。
获取运动部件的质心和转动惯量的参数可以通过称重和计算或者试验获取。
利用CAD技术来完成部件实体模型，将构件的材料密度等参数输入既可以获得部件的质量、质心和转动惯量。
2. 悬架系统的仿真结果分析利用ADAMS/CAR软件可对悬架系统进行分析，通过对车轮的垂直跳动来分析出前束角、车轮外倾角、后倾角及主销内倾角的参数变化。
在轮胎的接地点施加侧向力、回正力矩来测量前束角和车轮侧偏角的参数变化。
2.1车辆悬架仿真实验建立好悬架仿真模型之后，接下来就可以对其进行分析，悬架转向系统仿真分析的过程大体包括：打开悬架数学模型，然后设置好轴距、驱动力分配等悬架参数，之后进行仿真实验，根据实验结果绘制试验曲线图。
汽车底盘悬架系统的动力学建模与优化设计
汽车底盘悬架系统的动力学建模与优化设计作为汽车底盘中重要的一部分，悬架系统承担着车身支撑以及减震的重要功能。
一个优秀的悬架系统可以提供良好的操控性和驾驶舒适性，对汽车的性能和安全性有着至关重要的影响。
本文将探讨汽车底盘悬架系统的动力学建模与优化设计，旨在提升汽车悬架系统的性能。
一、悬架系统动力学建模悬架系统的动力学建模是优化设计的基础。
动力学建模的目的是描述悬架系统在不同工况下的运动规律和力学特性。
常用的悬架系统动力学模型包括质点模型、弹簧-阻尼-质量模型以及多体动力学模型等。
质点模型是最简单的悬架系统动力学模型，它基于质点运动学和动力学原理来描述悬架系统的运动规律。
质点模型可以用来分析悬架系统的振动特性和悬架与车身的相对运动。
弹簧-阻尼-质量模型是一种常用的悬架系统动力学模型，它把悬架系统看作是由弹簧、减震器和质量单元组成的动力学系统。
这种模型能够更加准确地描述悬架系统的力学特性，包括悬架系统的减震性能和下垂量等。
多体动力学模型是最复杂的悬架系统动力学模型，它考虑了悬架系统的多个部件之间的相互作用。
多体动力学模型可以有效地预测悬架系统在复杂路况下的运动规律和力学响应。
二、悬架系统优化设计基于悬架系统的动力学模型，可以进行悬架系统的优化设计。
悬架系统的优化设计旨在提升汽车的操控性、驾驶舒适性和安全性。
1. 悬架系统刚度与减震器调校悬架系统刚度对汽车的操控性和驾驶舒适性有着重要的影响。
较高的悬架系统刚度可以提高车辆的操控性能，但对驾驶舒适性会产生不利影响。
因此，在悬架系统的优化设计中，需要根据车辆的使用环境和性能要求来选择合适的悬架系统刚度。
减震器是悬架系统中起到减震功能的重要部件。
通过对减震器的调校，可以改善车辆在不同路况下的驾驶舒适性和操控性能。
减震器调校需要考虑悬架系统的刚度、减震器特性以及车辆的动力学特性等因素。
2. 悬架系统动态特性与操控性优化悬架系统的动态特性对车辆的操控性能有着重要的影响。
空气悬架实验报告
一、实验目的1. 了解空气悬架的结构和原理；2. 掌握空气悬架的调整方法；3. 分析空气悬架在实际行驶中的性能表现；4. 评估空气悬架的优缺点。
二、实验器材1. 空气悬架实验车；2. 空气悬架调整工具；3. 数据采集设备；4. 计算机软件。
三、实验原理空气悬架系统主要由空气弹簧、减振器、导向机构、电子控制系统和气泵等部件组成。
通过调节空气弹簧的气压，实现对悬架刚度和阻尼系数的调整，从而改善汽车的行驶性能。
四、实验步骤1. 空气悬架结构观察观察实验车辆空气悬架的结构，了解各部件的名称和功能。
2. 空气悬架调整根据实验要求，对空气悬架进行如下调整：（1）调整空气弹簧气压，观察悬架刚度和阻尼系数的变化；（2）调整导向机构，观察车轮定位角的变化；（3）调整减振器阻尼系数，观察车身振动的衰减情况。
3. 数据采集在实验过程中，使用数据采集设备记录以下数据：（1）空气弹簧气压；（2）车轮定位角；（3）车身振动加速度；（4）车速。
4. 数据分析利用计算机软件对采集到的数据进行处理和分析，得出以下结论：（1）分析空气悬架调整对悬架刚度和阻尼系数的影响；（2）分析空气悬架调整对车轮定位角的影响；（3）分析空气悬架调整对车身振动加速度的影响；（4）评估空气悬架的优缺点。
五、实验结果与分析1. 空气悬架调整对悬架刚度和阻尼系数的影响通过实验发现，调整空气弹簧气压可以改变悬架刚度和阻尼系数。
当气压增大时，悬架刚度增大，阻尼系数减小；当气压减小时，悬架刚度减小，阻尼系数增大。
这表明，空气悬架可以实现对悬架性能的精确控制。
2. 空气悬架调整对车轮定位角的影响实验结果表明，调整导向机构可以改变车轮定位角。
当调整导向机构时，车轮前束和外倾角发生变化，从而影响车轮的接地性能。
这说明，空气悬架可以实现对车轮定位角的调整，以提高车辆的行驶稳定性。
3. 空气悬架调整对车身振动加速度的影响通过实验发现，调整空气悬架参数可以降低车身振动加速度。
空气悬架车辆动力学性能仿真分析与研究
10.16638/ki.1671-7988.2017.21.018空气悬架车辆动力学性能仿真分析与研究沈涛，李飞，苏天晨，赵金悦（华晨汽车工程研究院能量管理室，辽宁沈阳110141）摘要：文章基于非线性动力学理论，对膜式空气弹簧悬架进行了理论分析与试验研究，建立了空气弹簧悬架系统的动力学模型。
在此基础上，对空气弹簧悬架系统进行动力学求解，分析其动力学行为，以及可能发生的混沌现象的临界条件。
然后，基于ADAMS/Car软件进行了整车仿真模型的建立，提出了在整车系统中对空气悬架的特性及发生的混沌现象进行分析。
提出了以整车操纵稳定性为目标函数，通过优化悬架设计点，缓解空气悬架的混沌现象，并在一定程度上改善了整车的操纵稳定性。
关键词：空气弹簧；非线性动力学；混沌；ADAMS；操纵稳定性中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)21-48-05Research and Simulation Analysis of Dynamic Performanceon Air Suspension and VehicleShen Tao, Li Fei, Su Tianchen, Zhao Jinyue（Brilliance Automotive Engineering Research Institute Energy Management Section, Liaoning Shenyang 110141）Abstract:Based on the nonlinear dynamics theory, the membrane type air spring suspension is studied theoretically and experimentally, and the dynamic model of the air spring suspension system is established. On this basis, the dynamics of the air spring suspension system is solved, and the dynamic behavior and the critical conditions of the chaotic phenomena are analyzed. Then, the whole vehicle simulation model is built based on ADAMS/Car software, and the characteristics of the air suspension and the chaotic phenomena are analyzed. The vehicle handling stability is taken as the objective function, and the chaos of the air suspension is alleviated by optimizing the suspension design point, and the handling stability of the whole vehicle is improved to a certain extent.Keywords: Air Spring; NonlinearDynamics; Chaos; ADAMS; Handling StabilityCLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)21-48-05前言随着社会经济的发展，用户越来越最求汽车更好的乘坐舒适性及安全稳定性，汽车底盘悬架系统作为整车的最重要部分之一，其性能的好坏直接影响了汽车整体的性能。
车辆悬架模型的仿真与分析
车辆悬架模型的仿真与分析目前，关于汽车模型的研究很多。
詹长书等人研究了二自由度懸架模型的频域响应特性。
李俊等人模拟了不同车速和路况下二自由度车辆模型的动力学。
郑兆明研究了二自由度车轮动载荷的均方值。
基于Matlab建立了更加复杂的悬架模型，分析了其在模拟路面作用下的响应，分析了系统阻尼参数和刚度参数变化对车身动态响应的影响。
标签：汽车悬架；模型；模拟据公安部交通管理局统计，截至2019年3月底，全国机动车保有量达3.3亿辆，其中汽车达2.46亿辆，驾驶人达4.1亿，机动车、驾驶人总量及增量均居世界第一。
随着汽车数量的迅速增加，人们开始越来越重视汽车的乘坐舒适性，平顺性是舒适性的重要组成部分。
振动是影响平顺性的主要因素，因此车身系统参数的合理设计对提高汽车的舒适性和安全性具有重要意义。
1车辆悬架模型传统的悬架系统一般由弹性元件和参数固定的阻尼元件组成。
本文选择汽车后轮的任意悬架系统建立四分之一模型。
该模型的简图如下图1所示。
其中，1是螺旋弹簧，2是纵向推力杆，3是减震器，4是横向稳定器，5是定向推力杆。
2悬架刚度分析2.1悬架垂直刚度分析悬架系统的垂直刚度可以通过分析悬架两个车轮在同一方向上的运行情况来获得。
因为装有发动机的车辆的前轴载荷变化很大，所以前悬架通过调节螺旋弹簧的刚度和自由长度来确保车身姿态。
后悬架的轴重变化不大，只有螺旋弹簧的自由长度略有调整，后悬架螺旋弹簧的刚度没有调整。
这导致带有发动机的B 车型前悬架刚度略有增加。
除了悬架结构和参数的匹配外，前后悬架固有频率的正确匹配是降低车辆振动耦合度、有效提高车辆乘坐舒适性的重要方法之一。
由于B型前悬架的轴重变化很大，通过调整前悬架螺旋弹簧的刚度，前悬架和后悬架的偏置频率比几乎不变。
2.2悬架倾角的刚度分析一般来说，乘用车的前后侧倾刚度比要求在1.4和2.6之间，以满足略微不足的转向特性的要求。
B车型前悬架的侧倾刚度略高于C车型，这是由前悬架刚度的增加引起的。
基于ADAMS和MATLAB的空气悬架系统仿真与试验研究
基于ADAMS和MATLAB的空气悬架系统仿真与试验研究空气悬架系统是一种采用空气弹簧作为弹性元件、电磁阀作为控制元件的先进悬架系统，其具有优良的适应性和可调性。
本文以ADAMS和MATLAB为工具，通过仿真和试验研究空气悬架系统的动态性能和控制策略。
首先，利用ADAMS建立了空气悬架系统的三维模型，包括汽车车身、四个轮子、空气弹簧和电磁阀等组成部分。
然后，运用ADAMS中的控制分析功能，分别设计了PID控制、模糊控制和神经网络控制三种控制策略，并通过仿真分析了它们的动态性能。
结果表明，三种控制策略在提高空气悬架系统的稳定性和舒适性方面均起到了显著的作用，其中神经网络控制效果最为优秀。
为了验证仿真分析的结果，本文对空气悬架系统进行了实际试验研究。
试验采用了与仿真模型一致的系统组成和控制策略，通过对空气悬架系统在不同路况下的动态响应进行测量和分析，得到了与仿真结果基本一致的结论。
试验结果表明，空气悬架系统在不同路况下均具有较好的适应性和可调性，且控制策略能够显著提高其稳定性和舒适性。
综合而言，本文采用ADAMS和MATLAB工具，从仿真模型到实际试验，对空气悬架系统进行了深入研究，通过分析不同控制策略的动态性能，为实际应用提供了科学依据和参考。
这一研究不仅可为汽车工业的发展提供技术支持，也有望在其他工业领域得到应用。
除了上述提到的控制策略，实际应用中，还可以采用基于模型预测控制、基于状态反馈控制等策略，进一步优化空气悬架系统的控制效果。
比如，基于模型预测控制可以通过建立系统动态模型，预测未来的系统状态并进行优化控制，以实现更精确的控制效果。
而基于状态反馈控制可以实现对系统状态的实时监测和响应，以使控制策略更加灵活和精准。
此外，应用新型传感器和智能算法等技术，还可以进一步提高空气悬架系统的控制能力和稳定性。
例如，在传感器方面，采用更高精度和更全面的参数监测，可以实现对系统压力、位移、速度等关键参数的实时监测和反馈。
基于adams的汽车前悬架仿真分析及优化方法研究
基于adams的汽车前悬架仿真分析及优化方法研究1 汽车前悬架仿真分析的重要性汽车的前悬架是一种复杂的动态系统，它将车身的旋转与轮胎的行程，弹簧吸收力以及避震器的作用等多种运动效应联系起来，通过调控不同的参数，以达到最佳的舒适性和操控性能。
Adams是一款功能强大的仿真设计分析软件，它可以用于汽车前悬架结构及动力学行为仿真分析，帮助设计者准确评估结构及组态、求解悬架各部件以及操控器的参数。
因此，在汽车前悬架开发中，仿真分析起着至关重要的作用。
2 基于Adams的汽车前悬架仿真分析使用Adams对汽车前悬架进行仿真分析，首先需要构建一个汽车前悬架的建模模型，包括弹簧装置、减避震器、转向拉杆、转向控制装置和车轮等部件。
然后根据实验数据计算出各个部件的参数，并采用Adams表达式计算机模型进行拟合，将实验中获取的力学、振动和减震参数转换为Adams有效参数，并将其写入Adams 模型中。
可以在此基础上，使用Adams的非线性动态分析研究不同参数下的悬架行为，针对不同路面情况，求解悬架真实的动态行为和性能，以及前悬架与胎压和负载重选择的关系。
最后通过根据实验数据、对比测量结果和仿真结果，验证仿真模型的准确性，为未来实际汽车前悬架设计提供参考。
3 基于Adams的汽车前悬架优化方法使用Adams建立完整的前悬架模型后，还可以进一步采用优化技术，对汽车前悬架进行优化设计。
通常，优化设计是一个复杂的迭代过程，在每一次迭代中，根据一组预先定义的指标，改变模型参数，使得模型的行为能够趋于最优状态。
基于Adams的优化方法可以更加直观的发现模型参数之间的关系，例如可以确定悬架的结构参数（如悬架弦长、弹簧和阻尼器尺寸），以获得最佳的悬架行为和性能。
此外，使用Adams优化设计能够更好地控制汽车前悬架结构的属性和性能，它可以以几乎任何形式对任何属性进行优化，提高汽车的安全性和舒适性。
4 总结Adams作为一种实用的动态仿真设计和优化工具，在汽车前悬架设计开发中发挥着不可替代的作用。
重载车辆空气悬架系统特性分析与优化设计研究
重载车辆空气悬架系统特性分析与优化设计研究近年来，随着交通运输业的快速发展，重载车辆的出现越来越多。
为了应对不同路况和运输任务的需要，重载车辆需要搭载一系列配套设施，其中空气悬架系统是必不可少的一部分。
空气悬架系统通过改变车辆悬挂系统的弹簧刚度和减震特性，使其适应不同的路况和载荷条件，提高车辆的稳定性和舒适性。
本文旨在分析重载车辆空气悬架系统的特性，并提出优化设计方案，以提高其运行效率和经济性。
一、重载车辆空气悬架系统的基本原理和结构空气悬架系统是一种基于压缩空气作为传动介质的悬架系统，其工作原理主要包括气压调节和气体流动控制两个方面。
在气压调节方面，通过控制空气悬架系统中的气压大小，使车辆悬挂系统的弹簧刚度和减震特性在不同的路况和载荷条件下具备适应性。
在气体流动控制方面，通过流量控制阀等设计在空气悬架系统中进行气体流动的方式，来实现车辆悬挂系统的调控和控制。
重载车辆空气悬架系统的结构主要包括悬架气囊、气泵、气压调节器和控制系统等组成部分。
悬架气囊是空气悬架系统的核心部件，通过改变气囊内部的气压，来改变车辆的悬挂高度和弹簧刚度。
气泵是空气悬架系统中的另一重要部件，其作用是将空气从外部吸入系统内部，并通过气压调节器对气压进行调节。
气压调节器是空气悬架系统中的一个关键组成部分，通过对气压进行调节，来改变车辆的悬挂高度和弹簧刚度。
控制系统是空气悬架系统的控制中心，通过接收车辆姿态信息和载荷信息，来对气压进行调节和控制，实现车辆的稳定性和舒适性。
二、重载车辆空气悬架系统的特性分析重载车辆空气悬架系统的特性主要体现在以下几个方面：1.弹簧刚度和减震特性可调性较强由于空气悬架系统可通过气压调节来改变车辆悬挂系统的弹簧刚度和减震特性，因此其适应性和可调性较强。
在不同路况和载荷条件下，通过对气压进行调节，可以使车辆悬挂系统的弹簧刚度和减震特性发生相应的变化，从而保证车辆的运行稳定性和舒适性。
2.稳定性和安全性较高重载车辆空气悬架系统能够根据道路状况、车速、车载货物等信息来对气压进行调节，从而使车辆在运行过程中保持较稳定的悬挂高度和前后重量分布比例，保障行车安全。
基于ADAMS的空气悬架建模仿真及优化
基于ADAMS的空气悬架建模仿真及优化刘文龙;邓莉平;乔旭强;陈瑛【摘要】Aimed at the present vehicle ride comfort and stable operation performance characteristics of the influence of suspension system features, this paper uses the virtual prototype technology to study the vehicle air suspension system.First, a simulation model is established based on vehicle suspension system parameters.Then, the key components of vehicle suspension system with the design of experiment DOE analysis technique are analyzed.Finally, control theory of "sensitivity analysis-hard point optimization-test" is used for the air suspension K&C characteristics of structure optimization design.The results show that the four-wheel positioning parameters after optimization, the change of toe angle is from 1.37°to 0.3°which is reduced by the amount of 78％;camber angle is0.012°/mm, meeting the design requirements range of optimization(-0.003°~0.015°)/mm;Kingpin inclination angle after optimization is in the range of change 7°~11.5°, which is better before optimization t hat meets the design requirements;Kingpin caster angle after optimization showsthat the round jump condition in basic characteristics remains unchanged.%针对目前汽车乘坐舒适度与运行平稳性易受悬架系统影响的特点,采用虚拟样机技术对车辆空气悬架系统进行了研究.首先,依据某车型悬架系统参数建立仿真模型,然后结合试验设计DOE分析技术对车辆悬架系统中的关键部件进行分析,最后采用"敏感度分析-硬点优化-试验验证"的控制理论,对空气悬架结构的K&C特性进行优化设计.结果表明,四轮定位参数经过优化之后,前束角从1.37°减至0.3°;外倾角优化后为0.012°/mm,符合(-0.003°~0.015°)/mm的设计要求;主销内倾角优化后为7°~11.5°,较优化前更好地满足了设计要求;主销后倾角在优化后表现出轮跳工况下基本保持不变的特性.【期刊名称】《河南工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(029)001【总页数】4页(P40-43)【关键词】悬架;K&C特性;优化设计;ADAMS【作者】刘文龙;邓莉平;乔旭强;陈瑛【作者单位】西华大学汽车与交通学院,四川成都 610039;西华大学汽车与交通学院,四川成都 610039;西华大学汽车与交通学院,四川成都 610039;西华大学汽车与交通学院,四川成都 610039【正文语种】中文【中图分类】U260.2随着汽车研发技术的进步，空气悬架系统被越来越多的生产商使用.该系统利用气体压缩受力原理实现充气气囊变刚度的作用方式,降低了由路面传递给车身的振动载荷.目前，空气弹簧的技术尚未成熟，制造成本比普通减振器高，这给国内许多汽车制造厂在空气弹簧的应用方面带来了很大的技术难题.本研究依据某车型的空气弹簧参数，通过建立空气悬架模型的虚拟样机仿真测试平台，利用“敏感度分析—硬点优化—试验验证”的控制理论，针对悬架系统建模硬点采用DOE试验设计方法进行优化，进而实现前空气悬架系统K特性的优化．图1给出了某车型配置的空气悬架系统结构.其中，转向节7与轮毂轴固定连接下控制臂1和2，与副车架和转向节7之间分别铰接；空气弹簧4上端连接车身，下部通过立柱3铰接在上控制臂5上；空气弹簧与立柱保持同轴线布置.2.1 空气弹簧类型目前，汽车上配备的空气弹簧按照其作用原理及行驶方式的不同可分为囊式和膜式，如图2和图3所示.2.2 工作原理空气弹簧在工作时作为一种变刚度弹簧来衰减由路面传递给车身的振动载荷，以提高车辆运行过程中的舒适性和平稳性.当车辆的簧上质量由于路面不平产生剧烈晃动时，空气弹簧开始承受垂直载荷F的作用，其工作力学模型如图4所示.根据力的平衡条件，得到空气弹簧的负荷特性：式中：F为空气弹簧的负荷；pr为空气弹簧内压缩气体的相对气压；A为空气弹簧的有效面积，即A=π，D0为空气弹簧的有效直径.当空气弹簧受到外力作用时，式中：pa为空气大气压；p0和V0为标准高度空气弹簧内的压力和容积；p和V为不同高度空气弹簧的压力和容积；n为气囊多变指数.将式(2)代入式(1)，得空气弹簧的弹力：式(3)中，由于弹簧的内压力几乎不受容积与有效面积的影响，所以可以忽略不计[5].直接对式(3)中的空气弹簧受力F对位移求导，得到刚度特性，则有式(4)可以再次证明空气弹簧的变刚度特性，得到空气弹簧刚度在位移发生变化时表现出来的非线性特点.3.1 模型硬点参数该车型后悬架的硬点参数值基于技术部门提供的三维CAD模型测量所得，表1为左侧后悬架硬点坐标值.利用ADAMS/CAR搭建后悬架仿真模型，各部件的质量与惯性参数通过在三维CAD模型中使用测量命令得到.根据参数在模板建模器(Template builder)模式下建立悬架子系统，再与试验台装配，得到的悬架仿真模型如图5所示.建模时忽略汽车配备的电子和液压元件，将车身底盘简化为刚体，悬架部分也做了部分简化.为了保证空气悬架系统仿真的真实性，下控制臂结构利用有限元分析方法进行柔性化处理，最终组成柔性下控制臂的刚柔耦合结构，其他各运动部分均通过衬套实现弹性连接.3.2 仿真分析把专家模块中建立的子系统模型进行静载平衡调节后，在测试平台上进行平行轮跳的试验分析，仿真工况设置如图6所示.平行轮跳仿真结束后，调入虚拟样机技术设计时所建立的平行轮跳特性文件，针对平行轮跳中悬架系统中的四轮定位参数分别进行分析，结果如图7至图10中实线所示.由这4个图可以看出，仿真结果中4个参数的变化量均较大，需要进行优化.4.1 优化参数的设定及仿真采用ADAMS虚拟样机技术对空气悬架系统进行仿真，选择空气悬架系统中车轮前束角作为设计的目标函数.选择空气悬架下控制臂左右两侧的前内点、后内点、外侧点共6个硬点的坐标值为设计变量，在优化过程中，设置6个硬点的坐标优化值为-10～10 mm.优化变量设置完成之后，在调入的DOE菜单中创建优化目标函数，然后进入Insight交互式优化设置页面，利用变量因素和目标函数之间的关系选择试验设计中的两水平优化设计方法，对空气悬架系统进行迭代计算.通过多次的迭代仿真得到模型试验中最优的硬点坐标值，用优化后所用的变量因素对应的最优目标函数组成新的空气悬架系统模型，再次按照同一种运行设置方式进行平行轮跳试验，得出优化后空气悬架模型的仿真结果.4.2 优化前后的对比采用虚拟样机的交互式用户界面技术，基于ADAMS/CAR建立了一个汽车空气悬架动态性能仿真分析试验平台，利用快速的DOE试验设计方法进行迭代分析，最终得到合理的悬架设计参数中主要硬点的调整，如表2所示.将优化后的硬点坐标进行回代，得到图7至图10所示的四轮定位参数优化后的性能分析结果.4.2.1 车轮外倾角和前束角车辆在曲线行驶时，车身在离心力作用下会发生较大的外倾现象，合理的外倾角设计可以在最大程度上消除该情况下车轮侧偏的特性；选择合适的前束角可以减缓由于车轮外倾角引起的向外运动特性，使车辆在直线行驶方向上得到补偿，大大减少车轮因发生较大外倾而产生的轮胎磨耗量.在四轮定位参数的设计中，一般要求车轮前束角和外倾角的设计满足在轮跳工况发生时其变化范围最小的原则.从图7和图8可以看出，在轮跳试验工况中，优化前后前束角的变化量分别为1.37°和0.3°，由优化结果可知优化后前束角的变化在一定范围内得到了控制；外倾角的变化量优化前为-1.73°～2.2°，整个轮跳试验工况中变化量为3.93°，外倾角特性值变化幅度为0.032°/mm，明显超出了(-0.003°～0.015°)/m m的设计要求.优化后，外倾角的变化量为-0.35°～1.13°，外倾角特性值的变化幅度为0.012°/mm，在设计要求的范围内，达到了性能优化的目的.4.2.2 主销内倾角和后倾角主销内倾角的设计主要是为了满足车辆在低速行驶时的回正能力，但为了降低悬架系统控制臂受纵向力的敏感特性，一般在设计时应满足7°～13°的要求，防止内倾角设计值不合理导致的转向沉重.主销后倾角的作用体现在车辆行驶过程中受到路面不平顺载荷冲击产生转向时，能够引起与车辆转向相反的力矩来满足车辆直线行驶的需求.主销后倾角在车辆设计时需要符合最小化变动的原则，以实现车辆行驶过程中具有较好的操纵稳定性.从图9和图10可以看出，在平行轮跳试验设计优化仿真过程中，主销内倾角优化后的变动量为7°～11.5°，满足设计经验；优化前后，主销后倾角的变化量为2.78°～3.67°，在轮跳试验工况下变化量约为1°，优化后的主销后倾角的变化量为0.5°.从优化结果可以看出该定位参数在轮跳工况下基本保持不变，符合设计要求的合理变化.针对空气悬架系统的结构方式和运行特点，在试验采集悬架硬点坐标的基础上建立了悬架系统虚拟样机测试平台，通过对平行轮跳试验结果的分析，验证了虚拟样机能够实现快速建模与分析的优点.应用DOE试验设计方法进行仿真及优化，对优化前后的四轮定位参数进行对比与分析，验证了该优化方法的准确性和合理性.该优化方法能够快速调整系统性能参数，为进一步研究悬架系统提供了重要的数据参考.【相关文献】[1] 钱德猛.汽车空气悬架系统的参数化建模、分析及设计理论和方法研究[D].合肥:合肥工业大学,2005.[2] 陈军．MSC.ADAMS技术与工程分析实例[M].北京:中国水利水电出版社,2008.[3] 张雁成，戴峻，候宇，等.基于ADAMS的悬架硬点优化 [J].CAD/CAM与制造业信息化,2012(12)：87-89.[4] 陈昆山，周柔.基于随机路面的空气悬架平顺性研究[J].机械设计与制造, 2012(5)：65-67.[5] 郑明军,陈潇凯,林逸,等.空气弹簧力学模型与特性影响因素分析[J].农业机械报,2008,39(5)：10-14.[6] 宋宇.空气悬架车辆 ADAMS 与 MATLAB 联合仿真研究[J].汽车技术,2008(10)：40-43.[7] 秦东晨,蓝贤清,于立,等.基于弹性衬套和柔性零部件的车轮定位参数仿真试验[J].郑州大学学报(工学版),2011,32(5)：104-107.。
汽车空气悬架建模与仿真分析
汽车空气悬架建模与仿真分析摘要：悬架是汽车的重要总成之一，它对汽车的平顺性和操纵稳定性有很大的影响。
在汽车悬架系统的设计和开发过程中，其运动学、动力学和采用控制策略的计算分析占有十分重要的地位。
空气弹簧具有优良的弹性特性，用在车辆悬挂装置中不仅能大大改善车辆的动力性能，显著提高车辆的运行舒适度；还能降低汽车振动频率和车轮动载荷，使其获得良好的行驶平顺性、操纵稳定性和行驶安全性，减小高速行驶车辆对路面的破坏。
本文就汽车空气弹簧悬架及空气悬架系统的特点，对整车的影响通过简单计算，再把计算的结果输入计算机，由计算机模拟出图形，我们将得到研究结果。
关键词：汽车空气悬架、空气弹簧、建模、计算机仿真1 引言30年代初，美国法尔斯通轮胎和橡胶公司第一次真正把空气弹簧用于汽车工业。
哈维•法尔斯通在其好友亨利•福特一世和托马斯阿瓦•爱迪生的技术支持下，研制出了空气柱形式的空气弹簧悬架系统。
于是在1934年就诞生了AIREDE空气弹簧。
51年前，美国纽威•安柯洛克国际公司（Neway Anchorlok lnternational）成立时即作为一家架车悬架系统的生产厂家，为公路和非公路行驶的重型机车设计和制造钢板弹簧悬架系统。
由于纽威在重型车辆市场上取得了成功，后来就向高速公路车辆悬架系统方向发展。
35年前，纽威向市场上投放了世界上第一种实际应用的空气悬架系统。
从此以后，纽威开发出一系列空气悬架产品，应用于世界各地的客车、载货车和架车。
纽威提供的空气悬架产品约占北美和欧洲用于客车、载货车和架车市场的70％。
2 发展趋势随着高档客车制造技术的引进以及人们对舒适性要求的提高，加上国家对客车等级划分的标准要求，空气悬架才开始在我国逐步应用起来。
目前空气悬架主要集中应用在高等级客车上，但是受多方面因素的制约，空气悬架的配置率仍然很低，基本上还属于“导入”阶段。
中国是最新的前沿阵地，正在把钢板弹簧更换为空气悬架弹簧。
空气悬架发展的历史经验告诉我们，引入空气悬架的国家一般是首先将其用于客车，随后就向载货车和架车方向发展，中国也会有这样的发展过程。
基于ADAMS／Car的麦弗逊悬架运动学分析与仿真
基于ADAMS／Car的麦弗逊悬架运动学分析与仿真基于ADAMS／Car的麦弗逊悬架运动学分析与仿真摘要：本论文主要研究了基于ADAMS／Car的麦弗逊悬架运动学分析与仿真。
首先介绍了悬架系统的基本概念和结构，然后结合工程实际，建立了麦弗逊悬架的ADAMS／Car模型，并对其运动学进行了分析和仿真实验。
结果表明，ADAMS／Car模型能够很好地模拟麦弗逊悬架的运动学效果，为悬架系统的研发和优化提供了有力的支持和参考。
关键词：ADAMS／Car、麦弗逊悬架、运动学分析、仿真实验、悬架系统优化。
第一章引言车辆悬架系统作为汽车的重要部件，其运动学性能对于汽车行驶稳定性、操控性、舒适性以及安全性具有至关重要的影响。
麦弗逊悬架作为一种常用的悬架结构，其在汽车行业中使用广泛，因其结构简单、制造成本低、稳定性能好、悬架调整方便等特点，为汽车的悬架系统提供了一种重要的解决方案。
麦弗逊悬架系统的运动学分析是研究麦弗逊悬架运动性能的基础，其通过运动学分析来探究悬架系统动力学特征，为系统设计和优化提供基础支撑。
而ADAMS／Car作为一种常用的汽车动力学仿真软件，其能够模拟汽车悬架系统的动力学行为，为汽车的悬架系统开发和优化提供了重要支持。
因此，本文通过建立麦弗逊悬架的ADAMS／Car模型，并对其运动学进行分析和仿真实验，旨在探究麦弗逊悬架的运动学性能，为汽车悬架系统的研发和优化提供参考依据。
第二章悬架系统基本概念和结构车辆的悬架系统是为了解决车辆在行驶过程中的震动、冲击和悬架系统的负荷而设计出的一个支撑系统。
悬架系统包括弹簧、减震器、控制臂、轮毂、轮胎、制动器等多个部件。
悬架系统的主要功能是：1. 支持重量悬架系统的主要功能之一是支撑汽车的整个重量，控制车身高度和姿态。
2. 减震悬架系统可以减少汽车通过路面时产生的震动、冲击和噪音等问题。
通常，减震器在悬架系统中发挥重要作用。
3. 提高操控性能悬架系统对汽车的操控性能影响很大。
汽车悬挂系统动力学性能优化设计
汽车悬挂系统动力学性能优化设计为了提高汽车行驶的舒适性和稳定性，悬挂系统在汽车设计中起着至关重要的作用。
汽车悬挂系统的动力学性能优化设计是一个复杂的工程问题，这篇文章将探讨一些方法和原则来优化汽车悬挂系统的动力学性能。
一、悬挂系统的基本原理在开始讨论优化设计之前，我们首先需要了解汽车悬挂系统的基本原理。
悬挂系统主要由弹性元件和减振器组成，它们共同工作来减少汽车行驶过程中对车身的振动和冲击。
弹性元件通常采用弹簧，它可以吸收路面不平坦所带来的振动。
而减振器则可以有效地减少车身的弹性回弹，并且确保车辆的稳定性。
悬挂系统的设计目标是在保证舒适性的前提下，尽量减少车身姿态的变化，提高悬挂系统对路面的适应能力。
二、优化设计的方法和原则1. 车辆模型的建立和验证：在优化设计之前，需要建立一个准确的车辆模型来模拟车辆在不同路况下的行驶动力学行为。
这个模型应该包括车身、悬挂系统和轮胎等关键组件，并且要进行实验验证以确保其准确性。
2. 车身姿态控制：车辆在行驶过程中容易产生俯仰、横摇和滚动等姿态变化。
为了提高行驶的稳定性，悬挂系统的设计应该尽量减少车身的姿态变化。
可以通过调整悬挂系统的刚度和阻尼等参数来实现车身姿态的控制。
3. 舒适性和操控性的平衡：悬挂系统的优化设计需要在舒适性和操控性之间找到一个平衡点。
过硬的悬挂系统会减少车身的姿态变化，提高操控性，但却会牺牲一定的舒适性。
因此，在进行优化设计时，需要综合考虑舒适性和操控性的需求。
4. 考虑动态路况：汽车行驶过程中会遇到各种不同的路况，包括起伏不平、弯道、减速带等。
优化设计的悬挂系统需要能够适应不同的路况，并提供稳定的行驶性能。
可以通过采用自适应悬挂系统或者悬挂系统参数可调节的设计来实现对动态路况的适应。
5. 辅助控制系统的设计：除了悬挂系统本身的设计，辅助控制系统也对悬挂系统的动力学性能起着重要作用。
例如，采用主动悬挂系统、电子稳定控制系统等可以进一步提高车辆的行驶稳定性和安全性。
基于CADCAE的悬挂系统优化设计与仿真分析
基于CADCAE的悬挂系统优化设计与仿真分析基于CAD/CAE的悬挂系统优化设计与仿真分析随着汽车工业的飞速发展，悬挂系统作为汽车重要的底盘系统之一，对汽车乘坐舒适性和行驶稳定性起着至关重要的作用。
传统的悬挂系统设计仅仅依靠经验和试错法，设计过程繁琐且效率低下。
然而，基于计算机辅助设计与工程(CAD/CAE)技术的出现，为悬挂系统的优化设计和仿真分析提供了一种快速、准确和高效的方法。
一、CAD技术在悬挂系统设计中的应用在悬挂系统的设计过程中，CAD技术可用于实现二维和三维模型的建立，利用CAD软件绘制零部件的形状和结构。
设计人员可以根据汽车的要求，通过CAD技术对悬挂系统的零部件进行参数化设计，并进行尺寸优化。
此外，CAD技术还可以通过模块化设计，实现零部件的快速组合和拆解，便于悬挂系统的优化设计。
二、CAE技术在悬挂系统设计中的应用在悬挂系统的设计过程中，CAE技术可用于进行结构分析、疲劳分析和动力学仿真等。
通过CAE软件，设计人员可以对悬挂系统的结构进行有限元分析，预测零部件的强度和刚度等性能。
此外，CAE技术还可以通过疲劳分析，评估零部件的寿命和可靠性。
同时，动力学仿真能够模拟悬挂系统在不同路况下的工作状态，预测汽车的行驶稳定性和乘坐舒适性。
三、CAD/CAE技术在悬挂系统设计中的优势基于CAD/CAE技术的悬挂系统优化设计与仿真分析具有以下优势：1. 提高设计效率：CAD/CAE技术能够实现悬挂系统的快速设计和仿真分析，大幅度缩短设计周期，提高设计效率。
2. 提升设计精度：CAD/CAE技术能够对悬挂系统的结构和性能进行精确的计算和分析，提升设计的精度和准确性。
3. 降低成本风险：CAD/CAE技术能够在设计初期发现问题，并进行优化设计，避免了在实际制造和试验中可能出现的问题，降低了成本风险。
4. 加强系统整合：CAD/CAE技术能够实现多学科的一体化设计，协同解决悬挂系统设计中的各个问题，提高系统的整合性和综合性能。
汽车空气悬架系统动力学仿真与分析
重型载货汽车空气悬架系统动力学仿真与分析梁世龙张贵豪孙博康明摘要随着我国经济地位的增强和人民生活质量的提高，人们对载货汽车的性能提出了更高的要求，大功率化、轻量化、高速、安全、舒适是未来重型载货汽车的发展方向。
目前我国载货汽车的悬架系统主要还是钢板弹簧悬架，这种形式的悬架由于刚度较大、偏频过高、自身质量过重，平顺性不理想，不符合我国商用车的发展方向。
本文主要以某重型载货汽车的空气悬架系统作为研究对象，对一体式空气弹簧减振器进行了简单的力学特性分析及其空气弹簧刚度特性分析，并建立了相应的物理模型及数学模型；并应用 Matlab/Simulink 仿真软件对其进行建模仿真分析，得到空气悬架汽车二自由度模型的仿真结果，并进行相应分析。
（1）空气悬架系统动力学分析。
介绍空气悬架的结构组成、系统动力学模型并建立重型载货汽车1/2车辆仿真模型，应用matlab对其进行仿真。
（2）空气悬架特性分析。
从空气弹簧的特点、高度计算、刚度计算、频率计算及系统物理模型的建立几方面对空气弹簧特性进行了分析研究，并对比了传统钢板弹簧的性能特点，总结出了空气弹簧的性能优点。
（3）汽车二自由度系统模型的仿真分析。
首先对整车系统的传递特性、影响汽车平顺性的指标（车身加速度、悬架动挠度及轮胎动载）及系统响应均方根值计算的方法进行了分析研究。
然后进行了B级路面模型的建立和校验。
最后在车辆1/2仿真模型的基础上，对其仿真模型进一步简化为二自由度模型，并基于Simulink模块搭建仿真模型，把模糊控制理论和PID控制理论二者结合起来，设计出模糊 PID 控制器，在白噪声路面和不同的行驶车速输入下进行平顺性仿真试验，比较被动悬架系统、和模糊 PID 控制悬架系统的仿真试验结果。
归纳总结：根据整车模型的仿真结果，相对于被动悬架系统模糊PID控制能够提高汽车的平顺性，从而采用空气悬架系统后，整车的舒适性得到了明显改善。
关键词重型载货汽车;空气悬架;动力学;仿真目录摘要 (I)1 引言 (1)2 动力学理论分析 (2)2.1 空气悬架的结构组成 (2)2.2 空气悬架系统动力学模型 (3)2.3 空气悬架系统仿真数学模型 (4)3路面模型的建立与验证 (7)3.1 B级路面的生成 (7)3.1.1空间功率谱 (7)3.1.2 时间功率谱 (7)3.1.3 建立时域模型 (8)3.2 B级路面验证 (9)4 整车系统的传递特性 (11)4.1 整车系统的传递特性 (11)4.2座椅处加速度、车身加速度、悬架弹簧动挠度和车轮相对动载的幅频特性11 4.2.1 座椅处加速度和车身加速度的幅频特性 (11)4.2.2 前轮和后轮相对动载F di/G i对q̇的幅频特性 (11)4.2.3 前悬架和后悬架动挠度f d1和f d2对q的幅频特性 (11)4.3系统振动响应均方根值的计算 (11)5空气弹簧特性分析 (13)5.1 空气弹簧的特性 (13)5.2 空气弹簧的高度计算 (14)5.3空气弹簧的刚度计算及分析 (16)5.4 空气弹簧频率的计算方法 (17)5.5 空气悬架系统模型的建立 (18)5.6 空气悬架与传统钢板弹簧性能差异 (19)6悬架控制系统设计及仿真分析 (20)6.1 模糊PID控制器的设计 (20)6.1.1 模糊PID控制原理 (20)6.1.2 输入输出变量的模糊化 (20)6.1.3 模糊控制规则的建立 (21)6.2 模型的建立及结果分析 (23)7 总结与望 (28)参考文献 (29)附录 (30)1 引言悬架是汽车上的重要组成部件，其任务是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩，缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，以保证汽车能平顺行驶，提高人们乘坐汽车的舒适性。
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空气悬架在发达国家和地区的高速客车和豪 华城市客车 上 的 使 用 率 达 到 ! 在其他车型 # #d &
$+ 也开始大量应用 * ) 安装有空气悬架的车辆 可 以
获得理想的固有频率 & 减小整车的振动噪声 & 车轮 动载荷小 & 可以获得良好的行驶平顺性 ( 操纵稳定 性和行驶安全性 ) 本文采用虚拟样机技术建立了 某大型客车的双横臂空气弹簧独立悬架的多体系 统运动学模型 & 在此基础上对悬架系统作了结构
收稿日期 ! $ # # ’## %#! %
图 =! 空气悬架的几何模型
述的空气弹簧独 立 悬 架 的 特 点 & 选择每个刚体质 ,) & !,
万方数据
中国机械工程第 ! & 卷第 ’ 期 $ # # % 年 $ 月下半月
心的笛卡尔坐标和描述刚体方位的欧拉角作为系 统的广义坐标 ! 即
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汽车空气悬架的运动学仿真分析及优化设计 , , , 赵 ! 韩 ! 钱德猛 ! 魏 ! 映
0B- 分析项都 可 以 进 行 优 化 $ 为 了 得 到 尽 可 能 符合实际需要的 设 计 # 必须选择足够多的约束函 数 $ 但是为了加 快 优 化 进 程 # 必须消除不必要或 冗余的约束函数 # 同样也必须确定合理的约束函 数上下限 $ 从减小悬架系统的空间安装尺寸和制 造成本考虑 # 悬架上下横臂的尺寸不宜过大 ( 从整 车性能而言 # 悬 架 定 位 参 数 也 不 宜 调 整 过 大$故 直接对设计变量施加约束如下 )
代表时间量 ! 单位为 J ( =8 >! 仿真分析 悬架的运动学特性首先反映在车轮定位参数
’# ( 为了使仿真分析结果客观真实 的变化趋势上 "
根据 P 多刚体动力 学 方 ? F ? < 4待定乘子法 ! = =
)# 程为 "
和具有可信 度 ! 进 行 双 侧 车 轮 平 行 跳 动 仿 真(选 择标准的悬架轮 跳 典 型 工 况 ! 令双侧轮胎中心在 车辆行使时悬架的主要跳动方向 & 上下平行 Q 轴$ 跳动范围为 +! # #’ j! # # EE( 在 方 向 盘 上 施 加 旋转驱动 ( 计算可得车轮定位参数前轮前束角 ! 前轮外倾 角 ! 主 销 内 倾 角 ! 主 销 后 倾 角 等 特 性 $ 见图 )’ 图 & & (
表 =! 空气悬架的主要参数
主销后 主销内 车轮外 车轮前 倾角 倾角 倾角 束角 减振器 阻尼 A ! 空气弹簧 橡胶衬 套刚度
图 !! 前轮前束角随车轮跳动量的变化曲线
图 @! 主销后倾角随车轮跳动量的变化曲线
由图 ) 可以看 出 ! 在 车 轮 跳 动 量 为 j! # # EE 的行程内 ! 前轮外倾角大致在 +! 之 间! Y # e Y ) e ’# 变化趋势基本符 合 理 论 要 求 ! 保证了汽车在行驶 过程中车轮尽可能垂直于路面 ( 车轮前束角主要 是弥补外倾角带 来 的 不 利 影 响 ! 图’为前轮前束 角随车轮跳动量 的 变 化 曲 线 ! 车轮上下跳动时前 束角的变化趋势 与 外 倾 角 基 本 一 致 ! 变化的范围
刚度 ?$ & M ) $ ) 1 ?$ 1%J & % & % & % & $ ) e e e e % 1 EE& !$ $$ )$ ’$ & EE EE& # 8 ’ $ ( ( %* 8 ( % # # ## 8 * # # # ## 8 % # # # # & # # # ! ! $ % M j * ( 8 % $ # # # #
图 >! 空气悬架的虚拟样机
根据目标悬架 * 转向机构中零部件间的相对 运动关系 ! 定义零部件的拓扑结构 ! 确定重新组合 后零件间的连接 关 系 和 连 接 点 的 位 置 ! 计算或测 量重新组合后的 零 部 件 质 心 位 置 + 质量和转动惯 量! 确定减振器的阻尼特性和弹簧的刚度特性 ! 建 立该模型与试验台架进行数据交换的输入和输出 信号器 ( 橡胶轴 承 和 弹 簧 属 于 柔 性 连 接 ! 它们在 发生运动干涉的 部 件 之 间 产 生 阻 力 ! 阻止进一步 的干涉发生 ( 假定各铰链处的橡胶轴承在各个方 向上 的 刚 度 相 等 ! 在相应的位置施加轴套力 & ! 考虑到 空 气 悬 架 的 变 刚 度 特 性 ! 编辑 $ , R J N @ < = 从而完 0 [ 0B- 认可函数 反 映 刚 度 的 变 化 规 律 ! 成空气弹簧的建模 ( 空气悬架的主要几何参数和 特性参数见表 !(
!+ 计( 提高产品性能的一种新技术 * )
优化 & 得到了基于 多 体 运 动 学 分 析 的 结 构 参 数 优 化设计方案 )
!! 空气悬架的运动学仿真分析
=8 =! 建立虚拟样机模型 本文所 述 的 机 械 式 空 气 悬 架 结 构 组 成 见 图 !) 汽车设计中的 虚 拟 样 机 技 术 是 以 多 体 系 统 动 力 学 为 理 论 基 础 的 )0 [ 0B- 采 用 第 一 类 P ? X 根据本文所 F ? < 4方程建立系统 的 动 力 学 方 程 & = =
图 A! 主销内倾角随车轮跳动量的变化曲线 ! # #8 #* F T K ? <! [ ^! B0 ] c 7 ]＿ % ##B0 ] c 7 ]＿ ! g? , " * ! ＿ # ＿ " " ’ #8 # % ! [ ‘ B0 ] c 7 ]% # B0 ] c 7 ]% ! *! " #8 #* F T K ? <! [ ^! B0 ] c 7 ]＿ % )#B0 ] c 7 ]＿ $ g? , " * ! ＿ # ＿ " " % ’ [ ‘ B0 ] c 7 ]% ) B0 ] c 7 ]% ’ *! $ #8 # $ & #8 #*= ) $ #8 # !* % % #8 # ’ * #8 #*= $*
2$ /& / 6 = = 6 6 6 * $ & 4" # 4$ # *5 g# _ _ 2 M % = < = < 式中! / 为 系 统 的 动 能 矩 阵’ < 为 系 统 的 广 义 坐 标 向 量’ 5 为广义力列向量 ’ # 为拉 格 朗 日 乘 子 列 向 量’ _ 为完整约 " 束的雅可比矩阵 ’ 为非完整约束的雅可比矩阵 ( $ _