基于虚拟样机技术的某轿车前悬架优化及操纵稳定性分析

摘要

在以往的悬架设计开发过程中，主要是依靠设计师积累的经验以及相关数据库的支持来选择悬架的一些特性参数。这样的设计方法要依赖于设计师的经验，而且最终的设计也不一定是最理想的，对于悬架这样非常复杂的系统，设计目标以及约束条件众多，很难将所有目标同时设计在最佳的范围内，而且设计师的经验大多为定性的，很难将其量化，这也使悬架设计存在很多主观因素。随着虚拟样机技术的全面深入发展，其在汽车设计开发中的应用所占的比重越来越大。本文针对某款轿车使用早期发生的轮胎磨损严重，行驶稳定性不佳的问题，从分析该车悬架运动学特性的角度出发，根据该轿车参数在ADAMS/Car中建立该车前悬架模型，之后通过仿真来分析该悬架运动学的变化特性。仿真结果显示，前束角和轮距变化明显超出合理的变化范围，这不仅会导致轮胎磨损加重，汽车的操纵稳定性能也会变差。因此，将前悬架模型导入ADAMS/Insight模块中，采用部分因素试验法和全因素试验法相结合的优化方法对麦弗逊式前悬架进行优化。首先，采用部分因素试验法将对悬架产生主要影响的硬点坐标的x，y和z值作为设计变量，进行灵敏度分析。接着，根据灵敏度结果选取对目标函数产生较大影响的坐标值作为新的设计变量，采用全因素试验方法进行分析，最终完成对目标函数的优化。将部分因素试验法和全因素试验法结合使用，通过部分因素试验法对悬架产生影响的硬点坐标加以筛选，将影响较大的坐标进行全因素试验，提高了工作效率，大大减小了计算量，优化效果也比较理想。优化后车轮的前束角和车轮轮距的变化范围明显降低，这有效降低了车轮轮胎磨损。由此可以说明:通过优化悬架的四轮定位参数的变化可以较好地解决轮胎磨损严重的问题，同时也为解决轮胎磨损严重的问题提供了一种有效的手段。
　　本文还建立该车其他子系统的虚拟样机模型，并与优化后的前悬架模型装配在一起，完成该车整车虚拟样机模型的创建。然后通过两项试验对所建模型进行验证，一项是转向角阶跃输入试验，另一项是转向角脉冲输入试验。结果表明所建整车虚拟样机模型较为准确。最后对该车操纵稳定性进行了仿真分析，分别进行了转向回正性能仿真，蛇形仿真，稳态回转仿真，并按照国标对仿真结果进行了评分，评分结果表明改进后的轿车具有良好的操纵稳定性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 虚拟样机概述

1．2．1 虚拟样机技术的发展

1．2．2 虚拟样机技术在汽车设计中的应用

1．3 汽车悬架的性能研究概况

1．4 整车操作稳定性

1．4．1 操纵稳定性研究概况

1．4．2 操纵稳定性评价

1．5 论文主要的研究内容及意义

第二章 虚拟样机建模基础

2．1 ADAMS软件的简要介绍

2．2 ADAMS软件特点

2．3 ADAMS设计流程

2．4 本章小结

第三章 前悬架系统虚拟样机建模与仿真分析

3．1 ADAMS／CAR建模基本过程

3．2 前悬架系统精细建模

3．2．1 悬架结构分析

3．2．2 前悬架模型分析

3．2．3 模型参数准备

3．2．4 前悬架系统虚拟样机建模

3．3 前悬架系统的运动学仿真分析

3．3．1 车轮外倾角与轮距

3．3．2 主销后倾角与后倾拖距

3．3．3 主销内倾角

3．3．4 车轮前束角

3．4 本章小结

第四章 前悬架系统的优化设计

4．1 优化设计的方法与优化目标的选择

4．1．1 试验优化分析的基本概念

4．1．2 优化方法与优化目标的选用

4．2 设计变量的选择与目标函数的建立

4．2．1 灵敏度分析

4．2．2 确定目标函数

4．3 前悬架优化后仿真分析与评价

4．4 本章小结

第五章 整车模型的建立与操纵稳定性分析

5．1 整车虚拟样机模型的建立

5．1．1 后悬架虚拟样机建模

5．1．2 转向子系统的虚拟样机建模

5．1．3 动力子系统的虚拟样机建模

5．1．4 车身子系统的虚拟样机建模

5．1．5 车轮子系统的虚拟样机建模

5．1．6 制动子系统的虚拟样机建模

5．1．7 整车虚拟样机模型的装配与调试

5．2 整车虚拟样机模型的仿真与验证

5．2．1 转向角阶跃输入试验验证

5．2．2 转向角脉冲输入试验验证

5．3 整车操纵稳定性的评价

5．3．1 操纵稳定性的评价简介

5．3．2 转向回正性能仿真

5．3．3 蛇形仿真

5．3．4 稳态回转仿真

5．4 本章小结

第六章 全结与展望

6．1 全文总结

6．2 下一步工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢