麦弗逊前悬架的虚拟设计及优化
电动汽车麦弗逊前悬架设计及参数优化_陆建辉
机 械 工 程 学 报JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING 第48卷第8期2012年4月Vol.48 No.8 Apr. 2012DOI :10.3901/JME.2012.08.098电动汽车麦弗逊前悬架设计及参数优化*陆建辉1 周孔亢1 郭立娜1 侯永涛2(1. 江苏大学汽车与交通工程学院 镇江 212013;2. 江苏大学机械工程学院 镇江 212013)摘要:根据整车设计参数及悬架设计理论,设计某款电动汽车的麦弗逊前悬架。
基于UG/Motion 利用UG 的开放接口开发相应的软件系统,实现麦弗逊前悬架运动学仿真模型的参数化设计、前轮外倾角与前束角的匹配设计和前悬架系统的运动学仿真分析;通过与ADAMS 的仿真结果相对比,验证系统的正确性;将遗传优化算法与多体运动学分析方法相结合,以前轮定位参数的变化量最小和车轮侧向滑移量最小为优化目标对麦弗逊前悬架的设计参数进行优化,通过对比初始设计与优化设计的仿真结果,验证优化方法的有效性。
优化分析显示,麦弗逊前悬架摆臂前后点坐标的变化,对前轮定位参数及车轮接地点滑移量随车轮跳动量的变化曲线都有影响。
关键词:电动汽车 麦弗逊悬架 运动学分析 遗传优化算法 中图分类号:U463Design and Parametric Optimization of McPherson FrontSuspension of Electric VehicleLU Jianhui 1 ZHOU Kongkang 1 GUO Lina 1 HOU Yongtao 2(1. School of Automotive and Traffic Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 202013;2. School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013)Abstract :Based on the whole vehicle’s design parameters and suspension design theories, the McPherson front suspension of an electric vehicle is designed. Based on UG/Motion and using the open interface of UG , a software system is developed to realize the parametric design of the McPherson suspension’s kinematics simulation models, matching design of vehicle toe-in and camber and simulation analysis of the simulation models. The software system’s correctness is verified by comparing the simulation results with ADAMS. By means of combining genetic algorithm with kinematics of multi-body system and taking the minimum variation of the front wheel alignment parameters as well as minimum lateral displacement of the tires as the optimal object, the McPherson suspension’s design parameters are optimized. The validity of the optimum method is verified by comparing the simulation results of initial design and optimum design. The optimization results show that the coordinates of the McPherson suspension swing arm’s front and rear points have effects on the changes curve of front wheel alignment parameters as well as lateral displacement of the tires to the run out of automotive wheels.Key words :Electric vehicle McPherson suspension Kinematics analysis Genetic algorithm optimization0 前言电动汽车作为一种以清洁能源为动力的交通工具,在一定程度上克服了传统内燃机汽车的环境污染和能源短缺问题,受到了国家的重视并被列为汽车工业的发展重点。
麦弗逊前悬架优化设计_黄文涛
No.4 Apr.2016
机械设计与制造
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铅垂线在垂直于车辆纵向对称平面的平面上的投影锐角叫 主销内倾角, 主销内倾角的作用主要为回正轮胎。在设计中希望 取的较小值, 主销内倾角随车轮跳动变化的曲线, 如图 5 所示。 其 变化范围为 (9.5936~11.9356 ) °, 满足车辆的要求。 主销轴线与通过前轮中心的垂线之间形成一个夹角,即主 销后倾角, 增加汽车直线行驶时的稳定性和在转向后使前轮自动 回正。 主销后倾角随车轮跳动变化曲线, 如图 6 所示。 其变化范围 为 (6.0059~6.8026 ) °, 满足车辆的要求。
Design Specification Investigation Strategy Model DOE Design Type Parameters DOE Screening Linear Full Factorial
1 引言
在汽车底盘中,悬架硬点的选取决定了杆件间运动学关系 的好坏。悬架运动学性能的提高有利于增加车辆的操纵稳定性和 平顺性, 同时也能减少轮胎的磨损速度。车轮跳动与车轮定位的关 考虑车 系是悬架分析研究的主要内容。文献[3]运用 NSGA-Ⅱ算法, 轮前倾角和前束角对麦弗逊悬架进行硬点的多目标优化。文献[4]构 建参数化与仿真优化系统对麦弗逊悬架进行优化设计。文献[5]考 虑到布什达标的不确定性对麦弗逊悬架进行优化设计。 但是这些 方法均需要建立复杂的数学模型, 设计、 计算过程比较复杂。 汽车轻量化是汽车节能减排的的重要措施,也是推动电动 汽车前进的重要手段。 文章以某轻量化电动汽车麦弗逊前悬架作
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黄文涛等: 麦弗逊前悬架优化设计 3.2 悬架各参数分析
第4期
) 与 的上端通过带轴承的隔振块 (可看作为减振器的上铰接链点 车身相连接, 减振器的下端与转向节相连, 筒式减振器为滑动立 柱; 转向节通过等速万向节与转向系统连接; 摆臂的内端通过铰 链与车身连接, 其外端则通过球绞与下立柱连接。
小型纯电动轿车麦弗逊悬架系统建模与优化
车轮上跳及下落时前束变化影响车辆的直线稳定性、车轮的转向特性。一般前轮上跳时 前束设计成弱负前束,能获得弱不足转向特性。前束的变化过大,将会降低车辆的直线行驶稳 定性,同时增大轮胎与地面问的滚动阻力,加剧轮胎的磨损。
2·9轮距
当车轮上下跳动时,轮距的变化相当于车轮有一个侧偏角,引起侧向力并导致汽车的直线 行驶能力下降,同时还造成滚动阻力的增大和对转向系的影响,因此希望轮距变动量较小 为好。
2·6纵倾中心
设计合理的悬絮系统应该具备比较好的抗俯仰性(抗纵倾性)。抗纵倾性分为抗制动俯仰 和抗驱动俯仰。抗制动俯仰可使制动过程中汽车车头的下沉量及车尾的抬高量减小,当前后 悬架纵倾中心位于前后轴之间时可以实现此性能。
2·7 车轮外倾角
为了使轮胎磨损最均匀,应该获得良好的轮胎侧偏性能,理想的外倾角为50~10。,空载可 以满足理想值,加载则有轻微的负外倾角。导致车轮在同样侧偏角下传递侧向力的能力 降低。
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图6主销后倾角变化曲线
4·4轮距变化
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汽车麦弗逊悬架性能仿真和优化研究
3.5仿真及优化结果分析 根据实际样车,设置车辆及悬架的相关参数:轮胎半径 为317.5mm,轮胎的垂向刚度为219.16N/mm,簧载质量为 635.95kg,质心高度为433.268mm,轴距为2700mm。车辆及 悬架参数的设定如图5所示。
Engineering,Zotye
Auto Holoing Group,Hangzhou
Zhejiang 310018,Chona)
ABSTRACT:In order to improve the kinematics of McPherson suspension,choose McPherson suspension for study target,research the problem of optimization about the wear and improve vehicle stability.Based
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图3麦弗逊前悬架运动仿真结构
索到全局最优解一o,其基本步骤如图4所示。
3.2设置优化目标函数 在汽车行驶过程中,当路面凹凸不平时,轮胎和车身之 间的相对位置会发生变化,同时车轮定位参数就会相应地变 动。如果车轮定位参数变动过大,会加剧轮胎和转向机构零 件的磨损并降低整车操纵稳定性和乘坐舒适性,因此,设计
0.5。,0),即弱负前束变化,同时变化范围越小越好。 前轮外倾角是指前轮中心平面偏离铅垂轴向外倾斜的 角度。采用麦弗逊悬架的轿车一般采用负的前轮外倾角。 其目的是防止汽车转向行驶、车身发生侧倾时外侧车轮具有 正的侧倾角;夕h倾角的另一个重要作用是产生外倾推力,外 倾推力对前轮能增加其不足转向趋势。但外倾角应选择适 当,因为过大的外倾角会使轮胎产生偏磨损。 主销内倾角是指主销轴线与整车纵向中心平面在竖直 平面内投影的夹角,它有使车轮自动回正的作用。主销内倾 有利于主销内倾偏移距的减小,从而减少转向时需要施加给 方向盘的力,使转向操纵轻便灵活,同时也可减少从转向轮 传到方向盘上的冲击力。61。当前在整车开发过程中,主销内 倾角的范围一般选在7。~13。之间,并希望取较小值。 主销后倾角是主销的轴线相对于竖直平面向后倾斜的 角度。主销后倾角的作用是在中高速行驶中保持汽车直线 行驶的稳定性,适当的加大主销后倾角可以帮助转向轮自动 回正。但后倾角过大,则在低速转向时会导致转向沉重。主 销后倾角过小,会造成直线行驶不稳定,使车轮晃动,加剧前 轮的磨损旧o。
麦弗逊悬架仿真分析
麦弗逊悬架仿真分析一、本文概述随着汽车工业的飞速发展和消费者对车辆性能要求的不断提高,悬架系统作为车辆的重要组成部分,其设计优化和性能分析显得尤为关键。
麦弗逊悬架作为一种常见的独立前悬架类型,以其结构简单、紧凑且性能稳定的特点,被广泛应用于各类乘用车中。
本文旨在通过仿真分析的方法,对麦弗逊悬架的动态特性进行深入探讨,以期为悬架设计优化和车辆性能提升提供理论支持和实践指导。
本文首先将对麦弗逊悬架的基本原理和结构特点进行简要介绍,为后续分析奠定理论基础。
随后,将详细介绍仿真分析的方法论,包括模型的建立、边界条件的设定、仿真工况的选择等,以确保分析结果的准确性和可靠性。
在此基础上,本文将重点分析麦弗逊悬架在不同工况下的动态响应特性,如位移、速度、加速度等关键参数的变化规律,并探讨其对车辆操纵稳定性和乘坐舒适性的影响。
本文将对仿真结果进行总结,并提出针对性的优化建议,以期为麦弗逊悬架的设计改进和车辆性能的提升提供有益的参考。
通过本文的研究,不仅可以加深对麦弗逊悬架动态特性的理解,还可以为车辆悬架系统的优化设计和性能评估提供科学的方法和依据。
本文的研究方法和成果也可为其他类型悬架系统的仿真分析提供参考和借鉴。
二、麦弗逊悬架结构与工作原理麦弗逊悬架(McPherson Strut Suspension)是汽车工业中应用最为广泛的一种独立悬架形式。
其名称来源于其发明者,英国工程师约翰·麦弗逊(John Alexander McPherson)。
麦弗逊悬架以其结构紧凑、成本低廉、性能稳定等优点,在乘用车市场中占据了主导地位。
麦弗逊悬架主要由减震器、螺旋弹簧、下摆臂、转向节、轴承等部件组成。
减震器与螺旋弹簧组合在一起,构成了悬架的支柱,既起到了支撑车身的作用,又能够吸收路面冲击产生的振动。
下摆臂则连接车轮与车身,通过轴承与转向节相连,使得车轮可以相对于车身进行转向运动。
当车辆行驶在不平坦的路面上时,路面的起伏会引起车轮的上下跳动。
基于ADAMS的麦弗逊悬架的仿真分析与优化
基于ADAMS的麦弗逊悬架的仿真分析与优化基于悬架系统对汽车舒适性和操稳性的重要影响,本文利用ADAMS仿真软件对麦弗逊式独立悬架进行动力学仿真与优化。
根据麦弗逊式独立悬架的CATIA模型及硬点,首先在ADAMS/Car模块中搭建悬架的物理模型,然后进行仿真分析,再利用后处理模块ADAMS/PostProcessor模块查看仿真结果,得到有关悬架性能的曲线,包括四轮定位参数曲线,并对分析不合理的车轮前束角通过ADAMS/Insight模块进行了进一步的优化,最终明显提高了汽车的舒适性和操稳性。
标签:ADAMS;麦弗逊;悬架;仿真;优化Abstract:In view of the important influence of suspension system on the comfort and stability of vehicle,simulation analysis and optimization of MacPherson suspension system are carried out by ADAMS. Firstly,based on the CATIA model and the hard points of MacPherson independent suspension,the model of MacPherson independent suspension is built by the ADAMS/Car. Then the simulation analysis is carried out and the simulation results are gained by the ADAMS/Postprocessor. The results get the suspension performance curve,including the four-wheel positioning parameter curve. Finally,the experiments prove obviously on improving the comfort and stability of vehicle through analyzing the unreasonable wheel toe Angle by ADAMS/ Insight.Key words:ADAMS;MacPherson;suspension;simulation;optimization一、引言近些年来,汽车行业的迅速发展推动了汽车技术的不断完善,促使汽车的舒适性和操稳性能也在不断提高,不断满足人们对于汽车性能的要求。
君越麦弗逊式悬架设计及建模1
君越麦弗逊式悬架设计及建模1摘要悬架是现代汽车上的重要总成之一,它把车架(或车身)与车轴(或轮胎)弹性地连接起来。
它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。
麦弗逊式独立悬架的减震器形式采用双向作用式筒式减震器。
本文通过对车身与悬架整体进行导向机构设计,根据计算所得数据对悬架的零件进行三维建模,采用设计软件为CATIA软件,最后对悬架进行整体装配,完成整体悬架装配图。
关键词:悬架;麦弗逊式;设计目录摘要 (1)引言 (3)1 悬架的发展历史和现状 (4)2 悬架结构方案分析 (5)2.1 悬架总成分析 (5)2.2 独立悬架优缺点分析 (7)2.3 独立悬架特点与分类 (7)3 麦弗逊式独立悬架设计 (8)3.1 麦弗逊式独立悬架设计概述 (8)3.3 麦弗逊悬架的结构分析 (10)3.4 悬架的弹性特性设计 (11)3.5 悬架弹性元件设计 (12)总结 (14)引言最近这几年,中国汽车产销不断上升,自2002年之后,中国汽车行业开始进入爆发式增长阶段,特别是随着私人消费的兴起,轿车需求量开始迅速攀升,并成为推动中国汽车发展的一股重要力量。
与此同时,中国在全球汽车产业中的地位也逐渐上升。
2007年,中国汽车需求总量为879万辆,在全球市场占比从2001年4.3%上升到2007年的12.2%。
2009年首次超越美国成为全球第一大汽车产销国后,2012年中国再次稳坐全球销量第一的位置。
全年销量超过3000万辆。
目前中国汽车市场自主品牌发展态势良好。
自主品牌乘用车的销售量也是十分可观的。
之所以自主品牌的销量不断上升,跟中国汽车品牌在乘用车领域技术不断学习进步不无关系。
中国汽车工业这些年逐步建立起有竞争性、不同技术层次的零部件配套体系。
并积极开展节能、环保型的汽车研发,推动技术进步,加快汽车产品的结构升级。
基于ADAMS的麦弗逊式独立悬架的运动仿真设计说明要点
本科毕业设计设计说明题目:1.8MT轿车前悬架运动学仿真及设计学院:专业:班级:学号:学生姓名:指导老师:提交日期:2011年 4 月11 日初始说明:1.设计原始参数:满载质量:1579kg,前轴荷:799kg ,后轴荷:780kg ,前轮距:1470 mm ,后轮距:1470mm,轴距:2610 mm,前悬架弹簧刚度:24.7N/mm,后悬架弹簧刚度16.56N/mm,轮胎型号205/50 R16。
2.ADADS建模硬点数据:初始:优化后:一、基于ADMAS-CAR的麦弗逊式前悬架建模过程1.打开CAR建模器1.1打开ADMAS-CAR的建模模式1.2新建悬挂模板macpherson:单击File(文件),New(新建)命令,填写新建模板对话框。
2.创建模板部件2.1创建控制臂(下摆臂)采用硬点到一般部件,再到几何外形的方式建立控制臂。
这里约定选择的材料类型为钢材。
2.2创建硬点单击Build(创建),Hardpoint(硬点),New(新建)在这里选择所有的实体为左边,ADMAS/CAR自动创建相对纵向中心线的对称部件,纵向可以设置为任何轴线,它取决于如何设置环境变量,默认纵向中心线为X轴。
同样步骤设置控制臂前后硬点参数如下:arm_front (-150,-350,0)arm_rear (150,-350,0)全屏显示模型,在主窗口可以看见全部6个硬点:2.3创建控制臂--一般部件单击Build(创建),Parts(部件),General Part(一般部件),New(新建)命令:2.4创建控制臂几何形体单击Build(创建),Geometry(几何体),Arm(三角臂),New(新建):2.5创建转向节转向节由转向节三角臂(wheel_carrier)和转向节立柱(carrier_link)组成。
2.6创建转向节使用的硬点单击Build(创建),Hardpoint(硬点),New(新建):Wheel_center (0,-800,100)Strut_lower (0,-650,250)tierod_outer (150,-650,250)2.7创建转向节三角臂单击Build(创建),Parts(部件),General Part(一般部件),Wizard(向导)命令:2.8创建转向节立柱几何体单击Build(创建),Geometry(几何体),Link(系杆),New(新建)命令:2.9创建滑柱单击Build(创建),Parts(部件),General Part(一般部件),New(新建)命令:2.10创建减震器首先建立一个硬点定义减震器,然后按需要定义减震器属性文件。
麦弗逊独立悬架课程设计
麦弗逊独立悬架课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解麦弗逊独立悬架的基本结构和工作原理;2. 学生能掌握麦弗逊独立悬架在汽车行驶中的重要作用;3. 学生能了解麦弗逊独立悬架与其他类型悬架的区别。
技能目标:1. 学生能通过观察、分析和动手实践,掌握麦弗逊独立悬架的拆装和组装技巧;2. 学生能运用所学知识,对麦弗逊独立悬架进行简单的故障诊断与排除;3. 学生能运用计算机软件,对麦弗逊独立悬架进行模拟设计和分析。
情感态度价值观目标:1. 学生培养对汽车工程技术的兴趣,提高学习积极性和主动性;2. 学生增强团队合作意识,提高沟通与协作能力;3. 学生树立安全意识,关注汽车悬架系统在行驶安全中的作用。
课程性质:本课程为汽车维修与检测专业的高年级课程,具有较强的理论性和实践性。
学生特点:学生具备一定的汽车基础知识,对汽车维修与检测感兴趣,具有较强的动手能力和探究精神。
教学要求:结合学生特点,注重理论与实践相结合,强化动手实践和创新能力培养,提高学生的专业素养和综合能力。
通过本课程的学习,使学生在知识、技能和情感态度价值观方面取得具体的学习成果。
二、教学内容1. 麦弗逊独立悬架的基本概念与结构特点- 悬架系统的定义及作用- 麦弗逊独立悬架的结构组成- 麦弗逊独立悬架的优势与局限性2. 麦弗逊独立悬架的工作原理- 弹簧、减震器的作用及工作原理- 悬架与车身连接方式及其影响- 麦弗逊独立悬架在不同路况下的表现3. 麦弗逊独立悬架的拆装与组装- 拆装工具的选择与使用方法- 悬架拆装步骤及注意事项- 组装过程及质量控制要点4. 麦弗逊独立悬架的故障诊断与排除- 常见故障现象及其原因分析- 故障诊断方法与排除技巧- 预防性维护措施5. 麦弗逊独立悬架的设计与优化- 设计原则与目标- 悬架参数对性能的影响- 计算机辅助设计与分析教学大纲安排:第一周:麦弗逊独立悬架基本概念与结构特点第二周:麦弗逊独立悬架工作原理第三周:麦弗逊独立悬架拆装与组装实践第四周:麦弗逊独立悬架故障诊断与排除第五周:麦弗逊独立悬架设计与优化教学内容与进度根据课程目标和学生的实际情况进行调整,确保学生掌握所学知识,提高实践技能。
麦弗逊前悬架的虚拟设计及优化
麦弗逊前悬架的虚拟设计及优化作者:武汉理工大学汽车工程学院张俊何天明麦弗逊式独立悬架具有结构简单、维修方便等众多优点,但是由于主销轴线位于减震器上支点和下摆臂外支点的连线上,当悬架变形时,主销轴线也随之改变,车轮定位参数和轮距也都会相应发生改变,变化量可能会很大,直接影响到整车的操纵稳定性和对轮胎的磨损。
在与一家公司合作开发一款电动高尔夫球车的项目中,前悬架采用麦弗逊式独立悬架,并且厂家准备自制零部件。
为了节约成本和缩短开发周期,在具体零件设计前首先做好悬架的虚拟设计及运动学分析。
一、建立模型(一)总体建模方案前悬架准备设计成转向器为齿轮齿条传动式的麦弗逊式独立悬架。
该高尔夫球车的一些设计要求:该车采用18″轮胎,宽210mm,直径是457.2mm,轮毂直径220mm,相比一般的轿车宽径比偏大;前轮距850mm;负载较小,乘坐2成年人预计总质量为550kg;车速较低,最高车速25km/h。
应用多体运动学分析方法,首先抽象出如图1所示的运动学仿真系统模型。
麦弗逊悬架左右对称于汽车纵向平面,由下摆臂、转向节总成(包括减震器下体、轮毂轴)、转向横拉杆、减震器上体、转向器齿条、车轮总成及车身组成。
各刚体之间的连接关系如下:减震器上端与车身的球铰链A接,下摆臂一端(简化为一点)通过转动副C与车身相连,另一端通过球铰B与转向节总成相连,AB的连线构成主销轴线。
转向节总成与减震器上体用圆柱副约束,只能沿轴线移动和转动。
转向横拉杆一端通过球铰D与转向节总成相连,另一端通过球铰E与转向齿条相连。
运动分析时,转向齿条与车身固定,车轮总成和转向节总成也通过固定副F相连,车身相对地面不动。
由于运动学无需考虑受力问题,因此不考虑减震器的阻尼和弹簧的刚度,假设车轮不转动,车轮为刚性体。
(二)模型关键点的预定先确定设计的目标参数:主销内倾角8.5°,主销后倾角2.5°,车轮外倾角1.5°。
由前轮前束角和车轮外倾角的理想关系式ε≈C/2D和C=2DΦL/Φr+4αLα[1],根据设计参数计算出前轮前束角约为0.5°。
麦弗逊前悬架的运动学仿真与结构优化
麦弗逊前悬架的运动学仿真与结构优化麦弗逊前悬架在汽车悬挂系统中被广泛应用,其结构简单,成本低廉,具有良好的稳定性和可靠性。
本文针对麦弗逊前悬架进行运动学仿真与结构优化,旨在提高汽车的行驶稳定性和舒适性。
运动学仿真部分,首先进行了前悬架建模,以及各关节的位置、旋转角度等参数的确定。
然后,利用ANSYS软件对前悬架进行了仿真分析,并得出了各个部位的应力、变形等数据,以及前悬架在不同路面条件下的反应情况。
通过仿真结果的分析,可以了解前悬架在实际行驶条件下的工作状态,为进一步优化结构提供可靠的理论依据。
结构优化部分,首先通过对前悬架的材料和参数进行调整,得到了新的结构方案。
接着,对新结构进行了全面的仿真分析,重点考虑了行驶稳定性、悬挂支持能力、舒适性等关键指标。
最终,通过结构优化,得到了一种更为完美的前悬架方案,其可靠性和稳定性很大程度上超过了传统结构,并可以有效地提高行驶舒适性。
值得注意的是,在进行运动学仿真与结构优化时,还需要考虑多种因素的影响。
例如,汽车外部环境对前悬架的影响、负载、路面条件等,这些因素都会对前悬架的稳定性和舒适性产生影响。
因此,在进行仿真模拟时,需要对多种因素进行统一的协调,实现相对完美的模拟结果。
总之,麦弗逊前悬架的运动学仿真和结构优化是一项复杂而重要的研究,其结果直接关系到汽车的行驶性能、舒适性和安全性。
通过本文的研究,可以为汽车制造企业提供可靠的理论基础,进一步提高麦弗逊前悬架的应用效果。
在汽车制造业中,悬挂系统对于车辆的稳定性和行驶舒适性起着决定性作用。
而麦弗逊前悬架由于其简单、可靠的结构,以及低成本的制造成本,受到了广泛的应用。
因此,对麦弗逊前悬架的运动学仿真和结构优化进行研究,不仅可以提高汽车制造技术水平,还可以有效地降低制造成本,提高汽车的性能。
首先,针对前悬架的运动学仿真部分,需要对整个悬架系统进行建模,并确定各关节的位置、旋转角度等参数。
然后,利用ANSYS等相关软件对前悬架进行仿真分析,得出各个部位的应力、变形等数据,以及前悬架在不同路面条件下的反应情况。
麦弗逊式前悬架的设计改进及分析
麦弗逊式前悬架的设计改进及分析艾维全 高世杰 王 承 廖 芳 (上汽集团汽车工程研究院)【摘要】 麦弗逊式独立悬架是减振器作滑动支柱并与下控制臂组成的悬架形式,与其它悬架系统相比,结构简单、性能好、布置紧凑,占用空间少。
因此对布置空间要求高的发动机前置前驱动轿车的前悬架几乎全部采用了麦式悬架。
文章针对汽车悬架的设计发展趋势,论述了当前麦弗逊前悬架的主要设计改进,并对改进原理进行了分析。
【主题词】 麦弗逊悬架 汽车 分析1 前言麦弗逊式独立悬架是减振器作滑动支柱并与下控制臂组成的悬架形式,其结构简图如图1所示。
与其它悬架系统相比,麦式悬架具有结构简单、性能好、布置紧凑,占用空间少等特点,因此对布置空间要求高的发动机前置前驱动轿车的前悬架几乎全部采用了麦式悬架。
随着汽车用户对汽车操控性能的日益增加,麦式前悬架的设计也在不断改进,其主要变化体现在抗前倾能力提高和下控制臂纵向“0偏移”L 形设计两个方面。
图1 麦弗逊式前悬架简图收稿日期:2004-06-112 提高抗前倾能力的设计一般独立悬架的设计都要利用其几何布置(杆系的位置关系)来控制车轮定位角、主销倾角、轮距等参数的变化来保证汽车姿态的平稳。
但随着对汽车性能要求的不断提高,现在还需要充分利用悬架的几何布置来控制汽车的动态性能,如侧倾、前倾和后倾等。
汽车在制动时由于惯性力的作用引起前后负荷的移动,前轮负荷增加会使汽车出现前部下沉的前倾现象,即所谓的制动“点头”。
由于发动机前置前驱动的轿车质心靠前,因此制动“点头”现象会较其它发动机布置形式的汽车明显,而这无论是对保持汽车行驶的稳定性、还是操控性来说,都是应该尽量避免的。
因此现在麦弗逊式前悬架在设计时都体现了抗“点头”的几何特征,下面先介绍一下悬架纵倾中心的概念。
如图2所示,减振支柱上部A 点和悬架下控制臂球铰接头B 点是决定麦式悬架主销轴线的两个点,因此它们的位置变化决定了减振支柱和车轮的运动。
支柱上部A 点根据支柱的伸缩运动进行上下移动,可以认为其侧视图上的回转中心(纵倾中心)位于与支柱中心成直角方向的无限远处点C A上。
麦弗逊悬架的设计及其优化
根据具体的实际情况,对前悬架硬点进行灵敏度分析,并对
表 2 前悬架关键点坐标
该悬架硬点进行优化设计。
1、麦弗逊悬架刚柔耦合模型的建立
前悬 X
车轮中心
0.9
初始值
Y
Z
-807.9
-0.2
利用 ADAMS/Car 建 立 了 前 麦 弗 逊 悬 架 系 统 的 动 力 学 模 型 , 该车前悬架动力学模型由悬架子系统、转向子系统、 前副车架子系统、稳定杆子系统组成。
Designation and Optimization of Macpherson Suspension
Liang Yuanyuan, Long Daojiang (Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230009)
Abstract: The Suspension KC characteristics is an important part of vehicle performance, for the features of inefficiency and high succession, the model of rigid-flexible coupling of front macpherson suspension with Steering and subframe system is built by applying software ADAMS/Car, and the simulation of suspension is carried out, by comparing the simulation and real test, the correctness of the model is verified,the sensitivity analysis is made of the suspension hard points, the influence and contribution of the hard points to the indexes are obtained through sensitivity analysis.by considered of the factor of the performance and cost and feasibility of the parts, by adjusting of the suspension hardpoints,based on the suspension Performance, front macpherson suspension is optimizd about multiple target, efficiency of the vehicle development is improved. Keywords: rigid-flexible model; suspension hardpoints; sensitivity analysis; Simulation and optimization CLC NO.: U463.33+1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-54-04
轿车前麦弗逊悬架毕业设计
中国汽车行业近些年来开始有计划的进行技术改革,完善了一套科学、有竞争力的零部件技术体系。在保护环境的大前提下,积极响应国家号召,推出节能环保的汽车,跟上了时代的脚步。并且努力学习和探索国外品牌的长处,不断地完善自己,这对提升自身品牌有着极其深远的影响。
半主动悬架用来转变悬架的阻尼,很少去改变它得刚度,它的工作原理其实也很简单,它产生力得方式与被动悬架相像,可是它又有一些主动悬架的特点。这种属于过渡时期的产物,构架不复杂,同样地它在工作时可以节省动力,并且快要能够赶上主动悬架地功能,它得成长也是可以预期地。
时代地进步,道路交通地持续完善,车主对于车速有更高需求,此时被动悬架地弊处就成掣肘汽车成长地重要问题,于是主动悬架应运而生。主动悬架是由美国通用汽车公司首次提出的,与被动悬架相比,它有了长足的进步,可以使汽车在行驶过程中都能保持最佳的运行状态。从1982年开始,悬架开始得到大围的研发和应用,著名的奔驰、洛特斯、等品牌公司就是那是的引领者。他们生产的汽车性能非常好,即使在不平的路面也可以使车辆平稳的前行,而且行车过程中噪音低,乘坐体验很舒适,但弊端就是成本不菲,消耗也高。
1.2 悬架的发展历史和现状
在18世纪70年代,汽车还没有出现,代步工具就是马车,而那时的悬架就是装在马车上的叶片弹簧。叶片弹簧用了整整2个世纪,而后终于发明了螺旋弹簧。许许多多地开始涌现。很具备有跨时代意义的事件产生在1934 年,历史上第一个被动悬架由螺旋弹簧制造而成。被动悬架其实存在有很大的短处,它不能顺应许多复杂路况,减震的结果也不是很明显,可是它的优势在于性价比比较高,能应用于一部分中低档轿车中,比如夏利、桑塔纳等。
麦弗逊前悬架系统结构优化设计
8410.16638/ki.1671-7988.2020.21.025麦弗逊前悬架系统结构优化设计*徐少雄1,彭杰2,丁华锋1,2*,金志成1,钟展飞1(1.纯电动汽车动力系统设计与测试湖北省重点实验室,湖北 襄阳 441053;2.湖北三环锻造有限公司,湖北 襄阳 441700)摘 要:根据某车型麦弗逊悬架结构提取硬点坐标,运用 ADAMS/Car 建立了汽车的麦弗逊前悬架虚拟样机模型,进行K 特性仿真分析,通过ADAMS/Processor 查看相应的变化曲线,分析了其定位参数主销后倾角、主销内倾角的变化范围。
对于仿真结果中出现的变化范围过大的问题,采用 ADAMS/Insight 进行硬点的优化设计。
优化后,由车轮跳动所引起的主销后倾角和主销内倾角的变化量都得到明显减小,且变化范围都在理想范围内,使整车性能得到提升。
关键词:悬架系统;ADAMS/Car ;K 特性分析;优化设计;定位参数;ADAMS/Insight 中图分类号:U463.33 文献标识码:A 文章编号:1671-7988(2020)21-84-05Structural Optimization Design of McPherson Front Suspension System *Xu Shaoxiong 1, Peng Jie 2, Ding Huafeng 1,2*, Jin Zhicheng 1, Zhong Zhanfei 1(1.Hubei Key Laboratory of Power System Design and Test for Electrical Vehicle, Hubei Xiangyang 441053;2.Hubei Sanhuan Forging Company, Ltd., Hubei Xiangyang 441700)Abstract: According to the structure of Macpherson suspension, the hard point coordinates are extracted, and the virtual prototype model of Macpherson front suspension is established by using ADAMS/car. The K-characteristic simulation analysis is carried out. The corresponding change curve is checked by ADAMS/processor, and the change range of the positioning parameters caster angle and kingpin_inclination_angle is analyzed. Adams/insight is used to optimize the hard point design for the problem that the change range of simulation results is too large. After optimization, the change of caster angle and kingpin_inclination_angle caused by wheel runout is obviously reduced, and the change range is in the ideal range, so that the performance of the whole vehicle is improved.Keywords: Suspension system; ADAMS/Car; K characteristic analysis; Optimized design; Positioning parameters; ADAMS/InsightCLC NO.: U463.33 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)21-84-05前言随着社会经济的发展,汽车已成为人们日常生活中必不可少的交通工具。
adams麦弗逊式前悬架的K&C分析
麦弗逊式前悬架的K&C分析本文介绍了调用MotionView软件中的汽车动力学仿真模块,按照正向开发车型最初始设定的参数,修改默认模型的硬点、衬套六向刚度、弹簧刚度、减震器阻尼、缓冲块等数据,然后进行K&C仿真,并在MV提供的自动报告模板里添加两辆Benchmark 车的K&C试验数据,通过仿真数据与试验数据的对比,分析初步设定的参数是否合理,尤其是衬套刚度参数设定对操稳和平顺性的影响,并以此为依据对相应参数进行调整。
1 概述某车型的前悬架为麦弗逊结构,处于设计阶段,为了取得和Benchmark车同样的操稳性能,同时减少后期样车调校的工作量,需对该悬架进行K&C分析,优化悬架的硬点和衬套刚度。
2 MDB模型建立从MotionView自带的整车模型库Assembly Wizard调用所需的前悬架模型,并根据已有的设计修改相应的数据。
2.1 前悬架硬点建立及零部件属性设置通过模型界面输入关键点的三维坐标,将衬套六向刚度曲线转化为.CSV文件,导入到MotionView,并在相应的衬套中调用。
设定弹簧刚度、预载力和减振器的阻尼,以及减振器的长度、行程、上下限位块起作用点的位置。
2.2 横向稳定杆模型建立横向稳定杆是Roll工况仿真中的关键部件,通常的建模方式有柔性体中性文件和Polybeam两种。
在后期可能会对悬架侧倾刚度进行调整,考虑到稳定杆建模和参数调整的方便性,这里采用Polybeam方式,仅需输入稳定杆的硬点和材料参数,如图1所示。
图1稳定杆模型图2 前悬架模型2.3 整车参数设定调入悬架所需的模型并修改相应的数据,就得到如图2所示的前悬架模型,然后对整车的关键参数进行设定,如图3所示。
图3 整车参数表3 K&C分析结果完成仿真后,直接调用MotionView的报告生成文件,即可快速查看分析结果,同时为了便于比较,我们也可把试验得到的Benchmark车K&C实验数据分别输入到对应的曲线里。
基于ADAMS的麦弗逊式悬架的优化分析
北京汽车・基于ADAMS的麦弗逊式悬架的优化分析・文章编号:1002-4581(2008)01-0012-03基于ADAMS的麦弗逊式悬架的优化分析李尊远,李海波LIZun-yuan,LIHai-bo(武汉理工大学,湖北武汉430070)摘要:为了解决前轮磨损的问题,文中以多刚体系统动力学理论为基础,应用机械系统动力学仿真软件ADAMS/View建立麦弗逊悬架模型,并应用ADAMS/Insight模块进行运动分析并对悬架的结构进行优化,得出优化的悬架布置方案,从而减小了轮胎的磨损。
关键词:ADAMS;麦弗逊独立悬架;仿真优化中图分类号:U463.33文献标识码:A0引言麦弗逊独立悬架具有结构简单、质量轻、发动机及转向系易于布置、适合同多种形式的弹簧相匹配以及能实现车身高度的自动调节等优点。
但是由于其自由度的减少,运动特性的可设计性不如其他独立悬架。
麦弗逊悬架的主销轴线位于减震器上支点和下摆臂外支点的连线上,因此当悬架变形时,主销轴线也随之改变,车轮定位参数和轮距也都会相应改变,若变化量太大,就会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)。
针对轮胎偏磨的问题,在设计过程中,应用ADAMS建立该悬架模型,再通过ADAMS/Insight模块进行仿真分析及优化设计。
1建立悬架模型1.1建立模型由于麦弗逊悬架左右悬架对称,所以只对左悬架进行分析。
1/2麦弗逊悬架由车身、下摆臂总成、转向节总成、转向拉杆、车轮以及减振器和螺旋弹簧组成。
建立麦弗逊悬架模型的关键就是确定硬点,硬点是指各零件间连接处的关键几何定位点,确定硬点就是在子系统坐标系中给出零件之间连点的几何位置。
根据绝对坐标系(取两侧车轮接地印迹中心点连线的中点坐标原点,车辆的行驶方向为x轴负向,y轴由坐标原点指向驾驶员右侧,z轴则符合右手螺旋法则垂直向上),硬点的坐标值通常可由零件图纸得到。
此悬架左半边硬点绝对坐标值如表1所示。
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图 2 麦弗逊悬架的运动分析模型 (ADAMS)
表 1 关键空间点的坐标
2 模型的仿真分析
名称
X
Y
Z
北
减震器与车身的铰点 A - 130 420
0
进行双侧车轮平行跳动仿真来分析主销内倾
下摆臂的球铰点 B
- 203 - 50 20.52
角、主销后倾角、车轮外倾角、前轮前束角以及
京
下摆臂与车身的铰点 C
4 结论
通过 ADAMS 的建模和运动学仿真分析, 较 好地完成了具体零部 车 》 2006.No.5
·15·
·科研设计( RESEARCH & DESIGN)·
图 4 优化后的悬架特性图
北 京 汽 车
图 5 优化前后车轮外倾角和前轮前束角的对比
过程, 缩短了高尔夫球车的开发 周期, 改善了悬架的性能, 较好 地控制了定位参数的变化范围和 避免了轮胎的严重磨损。此虚拟 设计的平台参数化以后, 为后续 相关产品的设计工作打下了基础。
在悬架布置的优化分析过程 中 得 出 以 下 结 论 : (1) 摆 臂 和 车 身的链接铰点的高度对于各定位 参数的影响都比较大, 应重点考 虑 ; (2) 转 向 拉 杆 的 布 置 只 对 前 轮前束有影响, 对其他的参数影 响不大。
参考文献
[ 1] 魏道高.前轮定位参数的研究与展望 [ J] .合肥工业大学学报, 2004
较高, 减小为优
较小, 增大为优
车
车轮侧滑量
较高, 减小为优
极低
较小, 减小为优
极低
由表 2 可以看到, 摆臂铰点 C 的高度很重 要, 并且需要减小, 而且所引起的前轮前束角变 化增大可以通过调整拉杆铰点 E 的 Y 坐标来优 化。经过分析优化和一些相关的调整后, 得到表
表 3 优化后的关键点坐标
4 结束语
随着汽车工业的高速发展, 汽车柴油化已经 是世界范围内的趋势, 在我国, 柴油车发展缓慢 的僵局已经被打破, 经济、耐用、环保的柴油车 正在被越来越多的人所接受。
“十一五”规划提出“实现 2010 年人均国内 生产总值比 2000 年翻一番”与 “单 位 国 内 生 产 总 值 能 源 消 耗 比 ‘十 五 ’ 期 末 降 低 20%左 右 ”, 将节能降耗目标与经济增长目标放在同等重要的 位置, 并列摆在全国的社会经济发展总目标中, 尚属首次, 足见国家对节约能源的决心。
名称 减震器与车身的铰点 A
下摆臂的球铰点 B 下摆臂与车身的铰点 C
车轮的外侧中心点 转向拉杆和转向节的铰点
转向拉杆和齿条的铰点
X - 130 - 201
0 - 420 - 145 -2
Y 420 - 55 - 18 23.19 28 42
Z 0 20.52 0 2.27 - 70 - 60
3 所列的关键点的新坐标。 再重新做车轮平行跳动仿真, 得到如图 4 的
40mm。以车轮的跳动量为 X 轴绘制悬架特 性 曲
1.3 建立仿真模型
线如图 3:
依 据 表 1 点 的 位 置 , 在 ADAMS/VIEW 模 块
由图中可以看出: 主销内倾角的变化为
中建立该车麦弗逊前悬架系统的多刚体运动学分 6.665°到 10.351°, 变 化 量 为 2.706°, 较 为 正 常 ;
1 建立模型
1.1 总体建模方案 前悬架准备设计成转向器为齿轮齿条传动式
的麦弗逊式独立悬架。该高尔夫球车的一些设计 要 求 : 该 车 采 用 18″轮 胎 , 宽 210mm, 直 径 是 457.2mm, 轮毂直径 220mm, 相比一般的轿车宽 径比偏大; 前轮距 850mm; 负载较小, 乘坐 2 成 年 人 预 计 总 质 量 为 550kg;车 速 较 低 , 最 高 车 速 25km /h。 应 用 多 体 运 动 学 分 析 方 法 , 首 先 抽 象 出如图 1 所示的运动学仿真系统模型。
由此得到的分析结果是: (1) 主销内倾角和 主销后倾角的变化状态较为正常说明了模型的建 立是大致成功的; (2) 车轮的偏移量过大, 行驶 时车轮轮距变化较大, 将会导致轮胎严重磨损; (3) 前束角变化的不合理, 进一步加大轮胎的磨 损, 以及影响到操纵性能。
提出优化目标: 保证主销后倾角的理想状
0
0
0
车轮的外侧中心点
- 420 23.19 2.27
车轮侧滑量的变化规律。 在 ADAMS 中分别设置所需测量参数的测量
汽
转向拉杆和转向节的铰点 - 150
30
- 70
函 数 。 以 Ground 和 测 试 平 台 之 间 的 移 动 副 为 驱
转向拉杆和齿条的铰点
- 20
70
- 70
车
动副, 创建驱动, 驱动函数为: Disp (time) =40× sin (360d ×time) , 即 测 试 车 轮 跳 动 的 范 围 为 ±
[ 2] 王国林.车轮跳动对定位参数影响的 试验分析 [ J] .农业机械学报, 2005 (7)
收 稿 日 期:2006-07-04
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另外, 国内柴油车的配件价格相对较高, 并 且维修点数量很少, 维修费用高。
·13·
·科研设计( RESEARCH & DESIGN)·
力问题, 因此不考虑减震器的阻尼和弹簧的刚 度, 假设车轮不转动, 车轮为刚性体。
1.2 模型关键点的预定 先 确 定 设 计 的 目 标 参 数 : 主 销 内 倾 角 8.5°,
主销后倾角 2.5°, 车轮外倾角 1.5°。由前轮前束 角 和 车 轮 外 倾 角 的 理 想 关 系 式 ε≈C/2D 和 C= 2DΦL/Φr+4αLα[1], 根据设计参数计算出前轮前束 角约为 0.5°。在虚拟设计阶段, 这些参数不必完 全准确, 可以通过后续的优化设计来调整。用 CAD 软件预设计一些关键点的空间坐标 (由于悬架 的对称性, 只设计右半悬架的参数)。坐标系采取 ADAMS/VIEW 建模中默认的坐标系。参见表 1。
悬架特性图。由图中可以看到优化的结果都达到 了要求, 证明了优化过程的正确性。由图中可以 看 出 : (1) 主 销 后 倾 角 继 续 保 持 理 想 的 变 化 状 态, 主销内倾角从 7.069°变化到 9.481°, 变化量 减小到了 2.422°; (2) 前轮前束角的变化状态改 善 明 显 , 车 轮 的 外 倾 角 得 到 了 优 化 , 见 图 5; (3) 车轮侧滑量明显减小了, 从- 2.65mm 变化到 12.72mm, 结合前轮前束角的优化, 可以较好地 改善轮胎的磨损状况。
参考文献
[ 1] 张铁柱, 霍炜.汽车原理教程 [ M] .国防工业出版社. [ 2] 王中亭, 等.汽车概论 [ M] .机械工业出版社. [ 3] 国家信息中 心 , 国 家 发 展 改 革 委 工 业 司.2005 中 国 汽 车 市场展望 [ M] .机械工业出版社. [ 4] 中国汽车工业信息网.
麦弗逊悬架左右对称于汽车纵向平面, 由下
《北 京 汽 车 》 2006.No.5
北
京
汽
车
1-车身; 2-弹簧; 3-减震器上体; 4-转向拉杆总成; 5-转向齿 条; 6-下摆臂; 7-转向节总成; 8-车轮总成
图 1 麦弗逊悬架简化运动分析模型图
摆臂、转向节总成 ( 包括减震器下体、轮毂轴) 、 转向横拉杆、减震器上体、转向器齿条、车轮总 成及车身组成。各刚体之间的连接关系如下: 减 震器上端与车身的球铰链 A 接, 下摆臂一端 ( 简 化为一点) 通过转动副 C 与车身相连, 另一端通 过球铰 B 与转向节总成相连, AB 的连线构成主 销轴线。转向节总成与减震器上体用圆柱副约 束, 只能沿轴线移动和转动。转向横拉杆一端通 过球铰 D 与转向节总成相连, 另一端通过球铰 E 与转向齿条相连。运动分析时, 转向齿条与车身 固定, 车轮总成和转向节总成也通过固定副 F 相 连, 车身相对地面不动。由于运动学无需考虑受
文章编号: 1002- 4581 (2006) 05- 0013- 04
·科研设计( RESEARCH & DESIGN)·
麦弗逊前悬架的虚拟设计及优化
张 俊, 何天明 ZHANG Jun, HE Tian- ming
(武汉理工大学汽车工程学院, 武汉 湖北 430070)
摘要: 在Adams/view模块中对某高尔夫球车的麦弗逊式独立悬架进行了虚拟设计建模和运动学仿真 分析, 研究分
析模型, 由于对称, 只建立右半悬架模型。如图 主销后倾角从 2.311°到 2.725°, 随悬架压缩而轻
2 所示。
微增加, 状态比较理想; 车轮外倾角从 3.600°变
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图 3 悬架特性曲线 (左边为角度刻度、右边为距离刻度)
《北 京 汽 车 》2006.No.5
化到 0.303°, 变化量为 3.297°, 略微偏大; 前轮 前束角变化比较大, 从- 4.568°变化到 1.723°, 变 化 量 达 到 6.291°; 车 轮 滑 移 量 从 下 跳 40mm 的 19.35mm 到 上 跳 40mm 的 - 9.235mm, 变 化 量 较 大, 特别是轮胎下跳时的变化过大。
·科研设计( RESEARCH & DESIGN)·
态、适当减小主销内倾角和车轮外倾角的变化量 的前提下, 改善前轮前束角的变化状态, 控制车 轮的滑移量。
3 优化设计
分 析 上 面 提 出 来 的 问 题 和 参 考 以 前 的 研 究 [2], 进一步缩小问题的范围, 主要通过调节摆臂铰点 C 的高度和拉杆铰点 E 的位置来解决问题。将这 2 点的坐标参数化, 设计相关的变量, 使用 ADAMS/Insight 模块强大的分析能力, 评价各因素 对车轮定位参数和车轮侧滑的影响程度, 见表 2。