毕设基于MATLAB的双横臂独立悬架优化设计

基于MATLAB的双横臂独立悬架优化设计目录

1 绪论 (2)

1.1 引言 (2)

1.2 国内外对悬架设计的研究概述 (3)

1.3 本课题研究内容 (3)

2 双横臂悬架与转向梯形 (4)

2.1 双横臂独立悬架结构及其应用 (4)

2.2 双横臂独立悬架及其转向系统 (5)

2.3 本章小结 (8)

3 转向梯形断开点位置模型的建立与优化 (9)

3.1 转向梯形位置模型的建立 (9)

3.2 转向梯形断开点模型的优化 (11)

3.3 本章小结 (14)

4 总结 (15)

1 绪论1.

2 国内外对悬架设计的研究1.

3 本课题研究内容

本课题主要分析基于matlab条件下对车辆双横臂独立悬架的优化设计，为了综合全面的分析问题，将有关空间运动学的原理和本课题相结合，得到最可行的优化结果。

1）分析双横臂式独立悬架其转向梯形在选择不同的位置时对汽车前轮跑偏、振动的影响，通过空间运动学的基本原理，画出各点的运动轨迹，以此来确定转向梯形的位置坐标。

2）通过分析与设计，将matlab优化工具包运用到已建立起来的数学模型中，进而来判断建立起来的数学模型是否具有可行性。

3）通过对悬架导向机构的优化分析，找到转向梯形的最佳断开点的位置坐标，最小化车轮绕主销的摆动量，降低转向杆系与悬架导向机构之间的不协调性误差。

2 双横臂悬架与转向梯形 2.1 双横臂独立悬架结构及其应用

双横臂独立悬架有不同的摆臂长度，可以相等，也可以不相等。如图2-1所示，若摆臂长度相等，则出现汽车上下振荡的时候，车轮所在的水平面没有变化，但是两个车轮之间的距离会改变，车轮会向侧向移动。而如果摆臂长度不相同，且处在合适的位置，则上述等长情况下发生的变化则不会太大[3]。轮胎变形可以在轮距变化不大的情况下轻松地适应，可以允许轮距的改变在小于5mm的情况下不会使车轮出现左右滑动。图2-1

不等长的双横臂式独立悬架可以在选择适当的参数下，在微小变形的情况下，对汽车的影响微乎其微，这样就可以减小汽车因为路面的不平度而带来的上下振荡。但是双横臂式独立悬架汽车也有一些缺点，比如悬架导向机构及其复杂，悬架制造成本高，悬架占用空间大等。但是因为其在安全性与舒适性方面有着无法比拟的优势，因此自上世纪以来不等长的双横臂式独立悬架便广泛地应用在中小型汽车及微型货车的前轮上。

2.2 双横臂独立悬架及转向系统

如图2-2所示为典型的不等长双横臂式独立悬架的构造。图2-2

图示的轿车属于常见的无主销式汽车，但是它设计了一个圆形状的结构代替主销，汽车在发生转弯时，车轮即绕该圆形状物体连心线偏转。路面对于车轮有

垂直方向的作用力，然后再通过汽车悬架及其一系列导向机构传递到车身上，所以这就需要汽车的悬架要有强大的刚度，能抵御路面对汽车施加的强大反作用力。

汽车转向系统还包括转向器。目前汽车上广泛使用齿轮齿条式转向器。其构造比较简易，且具有较大的刚度，加工简单，简化了转向传动机构，特别适合装配有双横臂式独立悬架的轻型汽车使用。

轿车的齿轮齿条式转向器，该转向器配备有较长的横拉杆，这样就可以在路面不平引起汽车震荡的时候[4]，可以减小因为汽车震荡而引起的横拉杆摆角，避免了双横臂式独立悬架系统与汽车的转向系统之间的运动不协调度，而且该类型的车一般都配有减振器，这样更能减小因为路面不平引起的汽车的上下震动。如下图2-3所示。 图2-3

导向机构是导向装置的重要组成部分，对汽车的运动有重要的影响，因此对其设计有严格的要求：

1）严格控制轮距的变化，保证不能超过行业规定值，否则对轮胎造成损害。 2）要根据特定汽车参数选取标准的汽车前轮定位参数 3）保证足够小的车身侧倾角，且车轮与车身倾斜相同。 导向机构对汽车的影响主要集中于其对汽车转向机构的影响，由于汽车在转动的时候要保证其前后轴的轴线要交于一点，特别是汽车如果在转向时速度很高，这时汽车的内外侧原件所受到的力度不一样，会有一个明显的倾斜，因为这个倾斜角度对汽车的安全稳定行驶有重要的影响，所以要设法减小这个内外侧倾斜度，这时一般汽车都装配了横向稳定杆，它能平衡汽车内外侧因为转向时所受到的受力不均匀，可以显著提高汽车的安全性与稳定性[5]。一般汽车为了汽车转向时，转向节与转向轮有相同的角度，大多数都装配有转向梯形机构，我们所要做的就是分析汽车转向机构的空间运动状态，做出其空间运动的方程与图像，找到能保持汽车转向机构运动协调性的最佳转向梯形断开点位置，如下图2-5所示的为汽车转向机构的模型。 图2-4

图中2o 为上摆臂摆动中心，1o 为下摆臂摆动中心，2n 为上摆臂摆动轴线 ，1n 为下摆臂摆动轴线，G 为下摆臂球销中心，A 为上摆臂球销中心，D 为主销与转向节轴线交点，E 为车轮中心，F 为车轮与地面交点，C 为转向节臂球销中心，B 为横拉杆断开点。

分析转向梯形的空间模型，对汽车悬架的优化有重要影响。不同的悬架有不同的结构与功用。断开时转向梯形的横拉杆是断开的。无论是整体式还是断开式转向梯形，都要确保正确的参数，选择正确的转向梯形断开点位置，降低汽车悬架的运动不协调性[6]。一般独立悬架都用断开时转向梯形，非独立悬架倾向于用整体式转向梯形。断开时转向梯形能把汽车两侧车轮的运动状态分开，使这两个车轮的运动能够彼此独立，不互相影响。但是断开时转向梯形由于转向杆系球头增多，所以结构很复杂，制造成本也很高，而且在调整前束也比较困难。如下图2-6即为断开时转向梯形的结构图。 图2-5 2.3 本章小结

本章首先对汽车双横臂独立悬架的结构进行了介绍，并分析了汽车前轮独立悬架进行设计时候的要求。然后对双横臂式独立悬架汽车的转向系统进行了介绍，分析转向系统的结构以及一些常见的转向系统，并对一些转向系统的设计进

行了简单的说明。最后再分析齿轮齿条式转向器，根据其在转向梯形位置中的不同布局，分析其作用。并对断开时转向梯形进行了介绍，分析断开时转向梯形在独立悬架前悬架中的作用，为下一章以转向梯形断开点的位置坐标为优化变量建立转向梯形断开点位置优化模型打下了基础。

3 转向梯形断开点位置模型的建立和优化

3.1 转向梯形断开点位置模型建立

汽车的转向系统、悬架系统与车轮定位之间有密不可分的关系，为了获得舒适安全的驾驶体验，且减小汽车行驶过程中对汽车的磨耗，有必要探讨一下汽车行驶过程中的角度问题，尤其应该重点关注汽车四个车轮之间的角度问题，找到角度之间最理想的数学关系式。

众所周知，汽车在转弯时由于路面对汽车的行驶阻力加大，这样会加快路面对轮胎的磨损，危害汽车的行驶安全。转向梯形的设计就是为了减小这种磨损，它要求汽车在转向时能围绕一个瞬时转动中心行驶，保证所有的车轮维持纯滚动运动状态，减少滑动摩擦对汽车轮胎的磨损。显然汽车要想实现这样的运动状态，这对汽车的结构有严格的要求，如图3-1所示，汽车要保证所有车轮在转向时绕着o点转动，o点称为转向中心，要想实现图中的要求，汽车应该满足阿克曼几何学[7]的要求。

1）Ackerman理论

汽车在发生转弯时，想要保证纯滚动的运动状态，则要保证每个车轮都符合自然运动轨迹，即全部车轮绕同一瞬时转向中心o运动，则应有下式成立：

cot=cot-B L

αβ(3-1)

式中α—外侧转向轮转角；

β—内侧转向轮转角；

B—汽车两端主销轴线和地面交点的距离；

L—汽车前后轴距，R—转弯半径。