基于ADAMS的汽车悬架系统建模与优化毕业论文.doc

西南大学本科毕业设计(论文)本科毕业论文（设计） 题 目 汽车悬架系统建模与优化 学 院 工程技术学院 专 业 车辆工程 年 级 2011 学 号 姓 名 指 导 教 师 成 绩 2015年 5 月 31 日5目录摘 要3abstract.50 文献综述50.1 前言30.1.1 悬架组成元件和分类30.2 国内外有关汽车悬架的研究情况40.2.1 国外研究情况40.2.2 国内研究情况41 引言52 双横臂式前独立悬架模型的创建62.1 创建新的模型72.2 工作环境的设置72.3 设计点（point）的创建72.4 主销的创建82.5 上横臂的创建92.6 下横臂的创建92.7 拉臂的创建102.8 转向拉杆的创建102.9 转向节的创建102.10 车轮的创建102.11 测试平台的创建112.12 弹簧的创建122.13 球副的创建132.14 固定副的创建132.15 旋转副的创建和修改142.16 移动副的创建152.17 点-面约束副的创建152.18 模型的保存162.19 模型的验证163 前悬架模型的仿真分析163.1 添加驱动173.2 主销内倾角的测量173.3 主销后倾角的测量193.4 前轮外倾角的测量203.5 前轮前束角的测量223.6 车轮接地点侧向滑移量的测量233.7 车轮跳动量的测量253.8 前悬架特性曲线的创建26 3.8.1 主销内倾角-车轮跳动量相对变化曲线26 3.8.2 主销后倾角-车轮跳动量相对变化曲线28 3.8.3 前轮外倾角-车轮跳动量相对变化曲线29 3.8.4 前轮前束角-车轮跳动量相对变化曲线29 3.8.5 车轮接地点侧向滑移量-车轮跳动量相对变化曲线303.9 保存测试成功的前悬架模型314 前悬架模型的细化（将前悬架模型参数化）314.1 设计变量的创建324.2 设计点的参数化354.3 物体的参数化385 前悬架模型的优化405.1 定义目标函数405.2 参数的优化416 结论467根据已有参数结合优化结果画出悬架的装配图46致谢48iii汽车悬架系统建模与优化摘要：本设计以某轿车的双横臂式前独立悬架为研究对象,以降低汽车轮胎的磨损量为研究目标,对前悬架模型的几何参数进行优化设计。利用 msc.adams/view 软件对双横臂式前独立悬架进行了运动学的几何建模、模型参数化、仿真分析和优化设计。通过优化设计我们让车轮接地点的侧向滑移量降低到最小，从而降低了轮胎的磨损量，提高了车辆的行驶稳定性和安全性。利用adams软件建立虚拟样机模型可以降低悬架系统研究的开发周期和成本，因此本次研究有一定的实际意义。关键词：adams/view；悬架系统；运动学仿真；优化设计；虚拟样机modeling and optimization of vehicle suspensionabstract: this design is based on one study about a certain type of cars wishbone type independent suspension, reducing the amount of wear of automobile tires is selected as our goal for the study, after that, we optimize the design ofgeometric parameters of thefront suspensionmodel. i build a geometric model which is based on msc. adams/view for the wishbone type independent suspension, parameter the model, make simulation analysis of it and then optimize the design. we reduce the lateral displacement of the wheels to a minimum by optimizing the design, thereby reducing the amount of wear of the tire and improving driving stability and safety of the car. we can use adams to reduce the time and cost of the study by creating a virtual prototype of the suspension system, therefore this study has some practical significance.key words: adams/view; suspension system; kinematics simulation; optimal design; virtual prototyping0 文献综述0.1 前言0.1.1 悬架组成元件和分类悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把车架（或承载式车身）与车轴（或车轮）弹性地连接起来。它的主要作用是传递作用在车轮和车架（或承载式车身）之间的全部力与力矩，比如支撑力、制动力和驱动力等，并且缓和由于路面不平传递给车身的冲击载荷、衰减由此引起的振动，以保证汽车正常行驶时的平顺性，保证车轮在路面不平和有载荷变化的状况下有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性以及拥有高速行驶的能力1。虽然现代汽车悬架系统的结构形式各不相同,但是基本都是由三大组件：弹性元件、减振元件和导向机构三部分构成,这三个部分依次起到缓冲、减振和导向的作用,共同承担传递力的任务2。按照结构形式可将悬架分为独立悬架与非独立悬架,二者的简化模型分别如下图（a）、（b）所示: （a）独立悬架 (b)非独立悬架 （a） independent suspension (b)non-independent suspension图 0-1 独立悬架与非独立悬架fig.0-1 independent suspension and non-independent suspension独立悬架的优点有：簧下质量小（平顺性好）；悬架占用的空间较小；弹性元件只在垂直方向上受力，所以可以使用刚度稍小的弹簧来降低车身振动的频率，优化汽车行驶的平顺性；利用断开式车轴，可以降低发动机的位置高度，改善汽车行驶的稳定性；左右车轮互不影响各自运动，利于车身的倾斜和振动的减少。缺点是：结构复杂；成本较高和维修困难。主要应用于部分总质量不大的商用车和普通的乘用车上。非独立悬架（以纵置钢板弹簧悬架为例）的主要优点有：构造简单；制造容易；维修便捷；工作可靠性较高。缺点是：受整车布置的结构限制，钢板弹簧不能拥有足够的长度（尤其是前悬架），以致弹簧钢板刚度较大，汽车行驶平顺性变差；簧下质量大，乘坐舒适性较差；在不平路面上行驶时两侧车轮运动时相互影响，导致车桥（或车轴）和车身发生倾斜；前轮发生跳动时，悬架易与转向传动机构之间发生运动干涉。此类悬架主要应用于总质量较大的商用车前、后悬架以及少量乘用车的后悬架上。根据导向机构的形式可以分为：双横臂式、单横臂式、单斜臂式、单纵臂式、扭转梁随动臂式和麦弗逊式悬架。0.2 国内外有关汽车悬架的研究情况0.2.1 国外研究情况国外早在二十世纪六十年代就完成了 “线性二自由度”和“线性三自由度”的悬架系统的数学模型的建立3。sachs在他于l980年发表的文章中详细阐述了对于1/4车辆的悬架模型做了自适应控制的研究,同时优化了阻尼与刚度4。1986年,r .j.antoun在其发表的文章中讲述了如何应用msc.adams软件创建车辆操纵稳定性模型，用adams标准模块和用户自定义模块(如车轮)，建立了福特公司的一种客货两用轿车模型。文章详尽的论述了前后悬架运动学模型以及橡胶衬套的顺从性与减振器的非线性，经过验证，此后的试验结果与之前的仿真结果非常接近5。0.2.2 国内研究情况相比国外工程师对于悬架系统的研究而言,国内的工程师应用多体系统动力学进行悬架系统的仿真分析与计算的起步相对较晚6。郭孔辉院士在1976 年发表“汽车振动与载货的统计分析及悬挂系统参数选择7,对单输入两自由度汽车系统怎样来选择悬架的各类参数以实现对汽车的行驶平顺性进行研究与讨论。清华大学和长春汽车研究所于1990 年合作制定gb/t4970-1996汽车平顺性随机输人行驶试验方法与qc/t474-1999客车平顺性评价指标及限值8等。 在研究悬架系统的优化与设计方面，工程师们们普遍利用软件来实现。重庆大学的褚志刚教授在2003年利用msc.adams软件建立了某型号微型客车的麦弗逊式前独立悬架和转向系统仿真分析模型,同时也确立了进行前轮9个定位参数优化的目标函数、优化变量和约束条件,在这个基础上进行了仿真计算,最后得到了悬架各定位参数与车轮上下跳动的变化关系9。 为了提高fsae赛车设计水平,秦玉英、孙明浩等人利用adams /car建立赛车双横臂前悬架几何模型,通过双轮同向跳动进行仿真试验,对前悬架的前轮外倾角、主销内倾角、主销后倾角和前轮前束角等运动学参数进行仿真分析。利用adams/insight模块对悬架的运动学特性进行优化设计,结果表明：优化后前悬架的整体性能得到较大程度提高,有助于提升整车操纵稳定性。另外,对悬架在实际装配中涉及的运动学的问题进行详细论述,为提高fsae赛车的性能提供了一定的参考10。 河北工业大学的庞思红针对某型号轻型商用车的双横臂独立式前独立悬架建立了它的运动分析的数学仿真模型,并采用adams建立了双横臂独立悬架的虚拟样机模型,然后对虚拟样机进行仿真分析.通过修改悬架系统模型的几何参数对其进行优化设计,得到了较好的分析仿真结果11。国内其他工程师们也对悬架系统对汽车行驶平顺性、操纵稳定性以及转向系和制动系的影响做了许多相关的研究12。1 引言随着汽车工业的蓬勃发展和居民生活水平的显著提高,人们对汽车行驶安全性的关注程度越来越高。而汽车悬架系统直接影响到汽车行驶的平顺性、人员乘坐舒适性和机构操纵稳定性，因此对于汽车悬架系统模型的优化具有一定的实际意义。工程师们对汽车的自主创新主要在车身、底盘和发动机三大领域,而悬架系统又作为底盘系统的最重要组成部分13，对汽车的操纵稳定性、行驶平顺性和乘坐舒适程度等有着重要影响。因此近年来许多工程师来对汽车悬架系统做了不同方面的研究设计,主要集中在结构上的设计与改进、控制与振动分析研究和动力学仿真与优化等。基于虚拟现实技术实现仿真的软件有很多,但主要有pamcrasch、easys、matlab和adams软件四种。其中pamcrasch软件拥有强大的有限元前后处理程序、算法优良的解题器以及强大的机构运动模拟功能,通常应用于车企的模拟碰撞试验平台14;easys软件主要应用于建立三维立体图形,模拟和设计动态系统的功能比较强大,nissan和ford等汽车公司是其主要的用户。matlab软件的优点主要体现在运算快速准确、图形清晰度高、程序设计流程便捷等方面,在电气和控制方面的应用比较多。adams(automatic dynamic analysis of mechanical system)软件是针对汽车及悬架系统开发而设计的,是主要用于模拟机械系统动态仿真分析的软件，它基于零件库、约束库和力库,建立参数化的几何模型,以多刚体系统动力学中拉格朗日方程为原理的求解器建立动力学方程,进行静力学、运动学和动力学的仿真,输出几何模型的各种参数曲线15。工程师不但可以运用该软件对虚拟机械系统进行静力学、动力学和运动学分析,还可以利用adams软件作为开发平台,利用开放的程序结构和接口对其相关功能进行二次开发。本设计即是利用adams软件建立双横臂式前独立悬架的机械系统模型，然后对模型实现仿真分析，对比设计要求发现模型中存在的问题，确定优化的参数和目标函数，对模型进行优化设计。2 双横臂式前独立悬架模型的创建adams/view提供有零件库，可以创建各种基本形状的物体。对于复杂形状的物体一种方法是使用adams/exchange模块从其他cad软件（如proe）中输入零件模型，另一种方法是使用adams/view创建出包含零件特征的简单物体，然后重新定义物体的质心、质量、转动惯量、材料、密度等物理特性。本设计将使用adams/view完成汽车双横臂式前独立悬架的创建，悬架模型的基本数据为：主销长度330mm，主销内倾角和后倾角分别为10、2.5，上横臂长度350mm，其在汽车横向平面内的倾角为11，水平斜置角为-5，下横臂长度550mm，在汽车横向平面内的倾角为9.5，水平斜置角为10，前轮前束角0.2。在本设计所创建的几何模型中，包含的零件主要有：主销（kingpin）、上横臂（uca)、下横臂(lca)、转向拉杆(tie_rod)、拉臂(pull_arm)、转向节(knuckle)、车轮(wheel)和测试平台(test_patch)。并且将悬架模型的主销长度、主销后倾角、主销内倾角、上横臂长度、上横臂在横向平面内的倾角、上横臂的水平斜置角、下横臂长度、下横臂在横向平面内的倾角和下横臂的水平斜置角九个参数设置为设计变量（dv），通过优化这些变量来达到优化设计的目的。162.1 创建新的模型 双击桌面上adams/view的图标，打开adams/view，在欢迎对话框中选取“create a new model”，在模型名称（model name）中输入：model_1,其它选项选择系统缺省的选项，单击“ok”。2.2 工作环境的设置在adams/view菜单栏中，调用设置“settings”菜单中的单位（units）命令，把模型的长度、质量、力、时间、角度、和频率的单位分别设置为毫米（millimeter）、千克（kilogram）、牛顿（newton）、秒（second）、度（degree）、和赫兹（hertz）。在adams/view菜单栏中，调用设置（settings）菜单中工作网格（working grid）命令，将网格在x和y方向上的大小分别设置为700和800，然后把网格的间距（spacing）设置为50（mm）.在adams/view菜单栏中，在设置（settings）菜单中调用图标（icons）命令，将图标的大小设置为50（mm）.2.3 设计点（point）的创建右键adams/view零件库，单击点（point）图标，在下拉菜单中选择“add to ground”和“dont attach”，在工作窗口创建表2-1中的lca-outer、uca_outer、uca_inner、lca_inner、tie_rod_outer、tie_rod_inner、knuckle_inner、knuckle_outer八个设计点，然后参照表2-1用列表编辑器修改他们的具体坐标，如图1-1所示，各设计点的相对位置如图2-2所示。表 2-1 设计点的位置tab.2-1 the position of design point设计点x坐标y坐标z坐标lca_outer000uca_outer57.25324.6814.39uca_inner399.51391.2144.90lca_inner485.6581.27-86.82tie_rod_outer-26.95100-170.71tie_rod_inner439.55181.19-252.50knuckle_inner18.91107.244.75knuckle_outer-235.05102.813.86图 2-1 列表编辑器 list editorfig.2-1 list editor2.4 主销的创建右键adams/view零件库，单击圆柱体（cylinder）图标，在下拉列表中选择“new part”，自定义圆柱体的半径（radius）为20。选择设计点“uca_outer”和“lca-outer”作为圆柱的两顶面圆心，创建主销，重新命名为kingpin。图 2-2 设计点的相对位置 fig.2-2 the relativeposition of the design point2.5 上横臂的创建右键adams/view零件库，单击圆柱体（cylinder）图标，在下拉列表中选择“new part”，自定义圆柱体的半径（radius）为20。选择设计点“uca-outer”和“uca_inner”作为圆柱的两顶面圆心，创建主销，并将其重新命名为uca。右键adams/view零件库，单击球体（sphere）图标，在下拉列表中选择“add to part”，自定义球体的半径（radius）为25，选择上横臂（uca）作为参考物体，球心的位置为设计点“uca-outer”。2.6 下横臂的创建右键adams/view零件库，单击圆柱体（cylinder）图标，在下拉列表中选择“new part”，自定义圆柱体的半径（radius）为20。选择设计点“lca-outer”和“lca_inner”作为圆柱的两顶面圆心，创建主销，并将其重新命名为lca。右键adams/view零件库，单击球体（sphere）图标，在下拉列表中选择“add to part”，自定义圆柱体的半径（radius）为25，选择下横臂（lca）为参考物体，球心的位置为设计点“lca-outer”。2.7 拉臂的创建右键adams/view零件库，单击圆柱体（cylinder）图标，在下拉列表中选择“new part”，自定义圆柱体的半径（radius）为15。选择设计点“knuckle_inner”和“tie_rod_outer”作为圆柱的两顶面圆心，创建拉臂，并将其重新命名为“pull_arm”。2.8 转向拉杆的创建右键adams/view零件库，单击圆柱体（cylinder）图标，在下拉列表中选择“new part”，自定义圆柱体的半径（radius）为15。选择设计点“tie_rod_inner”和“tie_rod_outer”作为圆柱的两顶面圆心，创建转向拉杆，并重新命名为“tie_rod”。 右键adams/view零件库，单击球体（sphere）图标，在下拉列表中选择“add to part”，自定义圆柱体的半径（radius）为20，选择转向拉杆（tie_rod）为参考物体，球心的位置为设计点分别为“tie_rod_outer”和“tie_rod_inner”。2.9 转向节的创建 右键adams/view零件库，单击圆柱体（cylinder）图标，在下拉列表中选择“new part”，自定义圆柱体的半径（radius）为20。选择设计点“knuckle_inner”和“knuckle_outer”作为圆柱的两顶面圆心，创建转向节，并将其重新命名为“knuckle”。2.10 车轮的创建右键adams/view零件库，单击圆柱体（cylinder）图标，在下拉列表中选择“new part”，自定义圆柱体的长度（length）为215，半径（radius）为375。选择设计点“knuckle_inner”和“knuckle_outer”，创建车轮，并将其重新命名为wheel。右键adams/view零件库，单击倒圆（fillet an edge）图标，定义倒圆半径为50，选中车轮圆柱体的两条圆边，按鼠标右键完成倒圆，如图2-3所示。图 2-3 创建中的前悬架模型fig.2-3 creating front suspension model2.11 测试平台的创建右键adams/view零件库，单击点（point）图标，在下拉列表中选择“add to ground”和“dont attach”创建设计点“point_1”，它的位置为（-350，-320，-200）。右键adams/view零件库，单击长方体（box）图标，在拉列表中选择“new part”，将长方体的长度（length）、高度（height）和厚度（depth）分别编辑成500、45和400，选择设计点“point_1”，创建长方体。右键adams/view零件库，单击圆柱体（cylinder）图标，在下拉列表中选择“add to part”，自定义圆柱体的长度（length）为350，半径（radius）为30。选择长方体“part_1”为参考物体，把长方体的质心作为圆柱体的起点，在垂直向下的方向上创建圆柱体，它与长方体共同组成测试平台，并将其重新命名为“test_patch”。2.12 弹簧的创建右键adams/view零件库，单击点（point）图标，在下拉列表中选择“add to part”和“dont attach”，在上横臂上建立设计点“spring_lower”，它的位置为（174.6，347.89，24.85）。右键adams/view零件库，单击点（point）图标，在下拉列表中选择“add to ground”和“dont attach”，在上横臂上建立建设计点“spring_upper”，它的位置为（174.6，637.89，24.85）。右键adams/view零件库，单击弹簧（spring）图标，设置弹簧的刚度（k）和阻尼(c)分别为129.8和6000，选择设计点“spring_lower”和“spring_upper”创建弹簧，如图2-4所示。图 2-4 创建测试平台的模型fig.2-4 create a model of test platform 创建了构成模型的物体后，就需要使用约束副将它们连接起来，以定义它们之间的相对运动特征。2.13 球副的创建 右键adams/ view中的约束库，单击球副（spherical joint）图标，设置球副的选项为“2 bod-1 loc”和“normal to grid”，选择主销（kingpin）和上横臂（uca）为参考物，取设计点“uca_outer”作为球副的位置点，建立上横臂与主销之间的约束副。右键adams/ view中的约束库，单击球副（spherical joint）图标，设置球副的选项为“2 bod-1 loc”和“normal to grid”，选择主销（kingpin）和下横臂（lca）为参考物，取设计点“lca_outer”作为球副的位置点，建立下横臂与主销之间的约束副。右键adams/ view中的约束库，单击球副（spherical joint）图标，设置球副的选项为“2 bod-1 loc”和“normal to grid”，以转向拉杆（tie_rod）和拉臂（pull_arm）为参考物，取设计点“tie_rod_outer”作为该球副的位置点，建立拉臂和转向拉杆之间的约束副。右键adams/ view中的约束库，单击球副（spherical joint）图标，设置球副的选项为“1-location”和“normal to grid”，取设计点“tie_rod_inner”作为球副的位置点，建立大地和转向拉杆之间的约束副。2.14 固定副的创建右键adams/ view中的约束库，单击固定副（fixed joint）图标，设置固定副选项为“2 bod-1 loc”和“normal to grid”。选择主销（kingpin）和拉臂（pull_arm）为参考物，取设计点“knuckle_inner”作为固定副的位置点，建立主销和拉臂之间的约束副。右键adams/ view中的约束库，单击固定副（fixed joint）图标，设置固定副选项为“2 bod-1 loc”和“normal to grid”,选择主销（kingpin）为参考物和转向节（knuckle），取设计点“knuckle_inner”作为固定副的位置点，建立主销和转向节之间的约束副。右键adams/ view中的约束库，单击固定副（fixed joint）图标，设置固定副选项为“2 bod-1 loc”和“normal to grid”,选择转向节(knuckle)和车轮（wheel）为参考物，取设计点“knuckle_inner”作为固定副的位置点，建立转向节和车轮之间的约束副。2.15 旋转副的创建和修改首先把视图设置为前视图，调整旋转副的方向时要以这个视图方向为基准。调用adams/ view中约束库的旋转副（revolute joint）命令, 设置旋转副的选项为“1 location”和“normal to grid”，选择设计点“uca_inner”作为旋转副的位置点，放置旋转副后直接在工具栏中的单击选择位置position命令图标，修改刚创建的旋转副。系统弹出修改旋转副对话窗口（图2-5），右键四个方向键围绕着的白色按钮，然后去视图里选择“uca_inner”为旋转中心，角度栏（angle）中输入一个5，点击向左的箭头，满足上横臂轴水平斜置角为-5。然后以相同的原理，选择“lca_inner”为旋转中心，然后在角度栏（angle）中输入一个10，点击向右的箭头，满足下横臂轴水平斜置10的要求，旋转副创建和修改后的俯视图如图2-6所示。图 2-5 修改旋转副fig.2-5 modify the rotation deputy图 2-6 创建中的前悬架模型fig.2-6 the front suspension model is being created2.16 移动副的创建右键adams/ view中的约束库，单击移动副（translational joint）图标，设置移动副的选项为“1-location”和“pick feature”，选取测试平台的质心marker（test_patch.cm）作为移动副的位置点，垂直向上建立大地和测试平台之间的约束副。2.17 点-面约束副的创建 调用adams/ view中约束库的点-面约束副（in-plane joint primitive）命令，设置点-面约束副的选项为“2 bodies-1 loc”和“pick geometry feature”，选择车轮（wheel）和测试平台（test_patch）作为约束的位置参考物（选择物体的先后顺序不可以颠倒），选择测试平台（test_patch）的质心marker（test_patch.cm）为该约束副的位置点，在垂直向上的方向上创建车轮和测试平台之间的约束副。2.18 模型的保存在adams/ view中，选择“file”菜单中的“save database as”命令，把前悬架模型保存在工作目录中。2.19 模型的验证在窗口右下方的上右键鼠标出现，然后单击，出现图2-7所示对话框，model verified successfully 表示模型已经验证成功。图 2-7 验证模型窗口fig.2-7 the window of verification model3 前悬架模型的仿真分析 adams软件提供有零件库、约束库、力库等建模模块，按照所要分析的系统的物理参数，建立起多刚体系统模型。adams软件进行运算时，首先读取原始的输入数据，在检查正确无误后，判断整个系统的自由度，如果系统的自由度为零，则进行运动学分析。如果系统的自由度不为零，adams软件通过分析初始条件，判定是进行动力学分析还是静力学分析，在确定了分析类型后，adams软件通过其功能强大的积分求解器求解矩阵方程，如果在仿真时间结束前不发生雅可比矩阵奇异或矩阵结构奇异（如位置锁死），则仿真成功。3.1 添加驱动调用adams/ view中的驱动库的直线驱动（translational joint motion）命令，选择大地和测试平台之间的移动副，创建直线驱动（motion_1）。直线驱动创建后，直接在edit菜单中选择modify，可以对直线驱动进行自定义，在添加驱动对话框中的“function（time）=”一栏中，输入驱动的函数表达式“100*sin（360d*time）”，它表示车轮的上跳和下跳行程均为100mm。在adams/ view主工具箱中，单击仿真按钮，输入终止时间为1s，输入工作步长为100，进行仿真，观察已建立的前悬架模型的运动仿真情况。3.2 主销内倾角的测量在主菜单栏中单击build，选择buildmeasurefunctionnew，创建新的测量函数。在函数编辑器对话窗口里自定义其测量名称（measure name）为：kingpin_inclination,一般属性（general attributes）的单位（units）栏中选择“angle”，借助于函数编辑器提供的基本函数编辑的测量主销内倾角的函数表达式为： atan(dx(marker_2, marker_1)/dy(marker_2, marker_1)具体编辑过程如下：首先：输入反正切函数“atan( )”（使用英文输入法），然后：将光标移动到括号内，在函数编辑器的函数选项中选择“displacement”选项栏中的“displacement x”,测量两点间x方向的距离，单击assist键，系统随即弹出助理对话框，在“to marker ”栏中右键选择marker-browse，选择主销设计点在“uca_outer”处的marker:marker2,在“from marker ”栏中以相同的方法输入主销设计点“lca_outer”处的marker:marker1，系统自动生成两个点在x方向距离表达式。输入斜杠“/”(在英文输入法的情况下)，作为除号使用。然后以与生成两个点在x方向距离表达式相同的方法自动生成两个点在y方向距离表达式，生成的测量主销内倾角的函数表达式如图3-1所示，点击右下角的verify确定函数无语法错误后单击“ok”，建立主销内倾角的测量函数。与此同时，系统自动生成主销内倾角变化的测量曲线窗口，输入终止时间为1s，工作步为100进行仿真，测量结果曲线如图3-2所示。图 3-1 生成的主销内倾角函数表达式fig.3-1 kingpin inclination function expression has been generated 图 3-2 主销内倾角变化曲线fig.3-2 curve of the changing kingpin inclination 由图可知车轮随测试平台在100 mm的垂直范围内做正弦振动时，主销内倾角的变化范围为 10 11.7 。主销内倾的作用是减少转向时驾驶员施加在方向盘上的力，不仅使得转向操纵轻便，同时也减少了从转向轮逆向反馈到转向盘上的冲击力。内倾角不宜太大，否则在行车转向时，在车轮绕着主销转动的过程中，轮胎表面与路面之间将产生明显的滑动，增加了轮胎与路面间摩擦力，这不仅使转向费力，而且会急剧加速轮胎的磨损 。3.3 主销后倾角的测量编辑操作同于主销内倾角的测量函数的编辑，测量函数名为“caster_angle”其中在“to marker ”栏中键入主销在设计点“uca_outer”处的marker:marker2,在“from marker ”栏中输入主销在设计点“lca_outer”处的marker: marker1，函数表达式为：atan(dz(marker_2, marker_1)/dy(marker_2, marker_1)函数编辑结果如图3-3所示然后系统生成主销后倾角变化测量曲线，输入终止时间为1，工作步为100进行仿真，其结果如图3-4所示。图 3-3 生成的主销后倾角函数表达式fig.3-3 caster angle function expression has been generated 图 3-4 主销后倾角变化曲线fig.3-4 curve of the changing caster angle由图可知，当车轮随测试平台在100 mm垂直范围内做正弦振动时，主销后倾角变化范围为 2.538 4.1 。主销后倾角的作用为：主销中心轴线与地面的交点和车轮中心的在地面上的投影点（车轮接地点）之间存在一段距离(主销纵倾移距)，把车轮接地点置于主销延长线的后端，行驶中的滚动阻力将车轮向后拉，使车轮的方向平行于行驶方向。设定较大的主销后倾角利于提高车辆直线行驶性能，但是与此同时主销纵倾移距也增大，这会让转向变得费力，并且会由于路面干扰而导致车轮的前后颠簸加剧。3.4 前轮外倾角的测量编辑操作同于主销内倾角的测量函数的编辑，测量函数名为“camber_angle”其中在“to marker ”栏中键入转向节在设计点“knuckle_outer”处的marker:marker11,在“from marker ”栏中输入转向节在设计点“knuckle_inner”处的marker: marker26，函数表达式为：atan(dy(marker_11, marker_26)/dx(marker_11, marker_26)函数编辑结果如图3-5所示然后系统生成前轮外倾角变化测量曲线，输入终止时间为1，工作步为100进行仿真，其如图3-6所示。图 3-5 生成的前轮外倾角函数表达式fig.3-5 knuckle_outer function expression has been generated 图 3-6 前轮外倾角变化曲线fig.3-6 curve of the changing knuckle_outer 由图可知，当车轮（wheel）随测试平台在100 mm垂直范围内做正弦振动时，前轮外倾角变化范围为0.7 0.9993 。前轮外倾角随车轮上下跳动时的变化对车辆的直线行驶稳定性、稳态响应特性等有显著的影响。车轮外倾角的存在导致路面对车轮有外倾推力，该力与侧倾角产生的侧向力共同构成车辆转向所需的横向力。从优化转向性能的角度出发，侧倾时车轮平面相对地面的倾角最好不发生改变。但在车辆在直线行驶时，车轮外倾角会随由于路面不平而引起的车轮跳动产生变化，外倾推力产生横向力，较大的车辆对地外倾角变化会使车辆的直行稳定性变差。综合考虑转向性能与直线行驶稳定性，应尽量减少车轮随着车身跳动时的外倾角变化，一般车轮上跳时，其外倾变化范围处于-2 0.5 为宜。 3.5 前轮前束角的测量编辑操作同于主销内倾角的测量函数的编辑，测量函数名为“toe_angle”其中在“to marker ”栏中键入转向节在设计点“knuckle_outer”处的marker:marker11,在“from marker ”栏中输入转向节在设计点“knuckle_inner”处的marker: marker26，函数表达式为：atan(dz(marker_11, marker_26)/dx(marker_11, marker_26)函数编辑结果如图3-7所示然后系统生成前轮前束角变化测量曲线，输入终止时间为1，工作步为100进行仿真，其如图3-8所示。图 3-7 生成的前轮前束角函数表达式fig.3-7 knuckle_inner function expression has been generated 图 3-8 前轮前束角变化曲线fig.3-8 curve of the changing knuckle_inner由图可知，当车轮随测试平台在100 mm垂直范围内做正弦振动时，前轮前束角变化范围为-1.0 0.2008 。车轮上下跳动时的前束角变化对车辆的直线行驶稳定性、车辆的稳态转向响应特性有很大的影响。在汽车行驶中避免前束发生较大改变尤为重要，其重要程度不亚于让汽车在静止时有一个正确的前束角。就汽车前轮而言，车轮上跳时的前束值多设定在零至较小负值的范围内变化。设计值取在零附近是为了降低直行时由于路面不平引起的车轮前束变化，确保车辆有良好的直线行驶稳定性。3.6 车轮接地点侧向滑移量的测量首先在车轮（wheel）上创建一个marker点名为wheel.mar_5,修改其位置为（-150，-270,0）；然后在大地上创建一个marker点名为ground.mar_6,其位置与 wheel.mar_5相同。选择buildmeasurefunctionnew，创建新的测量函数。在函数编辑器对话窗口里自定义其测量名称（measure name）为：sideways_displacement，一般属性（general attributes）的单位（units）栏中选择“length”，基于函数编辑器提供的基本函数库编辑车轮接地点侧向滑移量的函数表达式为：dx(wheel.marker_5, ground.marker_6)其中在“to marker ”选择wheel.mar_5，“from marker”选择ground.mar_6。函数编辑结果如图3-9所示。然后系统生成车轮接地点侧向滑移量变化测量曲线，输入终止时间为1，工作步为100进行仿真，其如图3-10所示。图 3-9 生成的车轮接地点侧向滑移量函数表达式fig.3-9 sideways_displacement function expression has been generated图 3-10 车轮接地点侧向滑移量变化曲线fig.3-10 curve of the changing sideways_displacement 由图可知，当车轮随测试平台在100 mm垂直范围内做正弦振动时，车轮接地点侧向滑移量变化范围为6.0120 mm。 当车轮向前滚动的时候，由于汽车前轮设置有有外倾角，左右车轮都有越滚相对距离越远的趋势；而又因为有前轮前束的存在，左右车轮都有越滚越近的趋势。这两种趋势共同作用的最终结果存在两个可能：一个是达到平衡，汽车正直向前滚动；另一个则是不能平衡，车轮产生侧滑。侧滑量只是用来综合表征前轮外倾角和前束角是否处于最佳匹配状态。3.7 车轮跳动量的测量选择buildmeasurefunctionnew，创建新的测量函数。在函数编辑器对话窗口里自定义其测量名称（measure name）为：wheel_travel，一般属性（general attributes）的单位（units）栏中选择“length”，借助于函数编辑器提供的基本函数库编辑的车轮跳动量的函数表达式为：dy(wheel.marker_5, ground.marker_6)其中在“to marker ”选择wheel.mar_5，“from marker”选择ground.mar_6。函数编辑结果如图3-11所示。然后系统生成车轮跳动量变化测量曲线，输入终止时间为1，工作步为100进行仿真，其如图3-12所示。图 3-11 生成的车轮跳动量函数表达式fig.3-11 wheel_travel function expression has been generated图 3-12 车轮跳动量变化曲线fig.3-12 curve of the changing wheel_travel由图可知，当车轮随测试平台在100 mm垂直范围内做正弦振动时，车轮跳动量的变化范围为-100mm100mm。3.8 前悬架特性曲线的创建3.8.1 主销内倾角-车轮跳动量相对变化曲线 单击主菜单栏中“review”菜单，调用“postprocessing”命令，系统进入定制曲线窗口。选择曲线的数据来源为测量值（measures），如图3-13所示。在independent axis选项栏中选择data，选取主销内倾角（kingpin_inclination）的测量曲线为定制曲线的x轴，单击“ok”如图3-14所示。选取车轮跳动量（wheel_travel）为测量曲线的y轴，如图3-15所示，点击add curves生成主销内倾角相对车轮跳动量的变化曲线，如图3-16所示。图 3-13 选择曲线的数据来源fig.3-13 select data source of the curve图