（光学工程专业论文）基于某轿车前悬架特性的整车操纵稳定性仿真研究.pdf

独 创 性 声明 本人所呈交 的学位论文是在导师指导下进行 的研究工作及取得的成果 。尽我所 知，除特别加 以标注 的地方外 ，论文 中不包含其他人 的研究成果 。与我一 同工作的同 志对本文 的研究工作和成果 的任何贡献均 已在论文 中作 了明确 的说 明并 已致谢 。 本论文及其相关 资料若有不实之处 ， 由本人承担一切相关责任 论 文 储签 名 二 过生笠 、。 年 ;月 ;， 日 学位 论文使用授权 声 明 本 人 一 妊 盆- 在 导 师 的 指 导 下 创 作 完 成 学 位 论 文 的 知 识 产 权 归 西 安 理 工 大 学 所有 ，本人今后在使用 或发表 该论文涉及 的研 究 内容 时，会注 明西安理工大学 。本人 作为学位 论文著作权拥 有者 ，同意授权西安理工大学拥有学位 论文 的部分使用权 (在 以下 “ 口 ”中标 明 ，同意 的划 “矿” ，不 同意 的划 “x ” )，即 : 本 人 提 交 的 印刷版 和 电 子版学位 论 文 ， 口 学校可 以采用影 印、缩 印或其他复制手段保存 ; 口 学校 可 以将 学位 论文 的全部 内容编入 公开 的数据库进行检 索 ; 口 学校可 以将 学位 论文 的摘要编入公开 的数据库进行检 索 ; 口 学校 可 以将 公 开 的学位 论 文或解 密后 的学位 论 文 作 为 资料 在 图书馆 、 资料 室等 场 所及校 园 网上供 校 内师 生 阅读 、浏 览 。 本人学位 论 文全 部或部分 内容 的公布 (包括刊登 ) 授权 西安理 工大学研 究生学 院 办理 。 (保密 的学位论文在解 密后 ，适用本授权说 明) 论 文 作 者 狐 恤 r 斗纠灿 ， 一 摘要 论文题 目: 学科专业 : 研 究 生 : 指导教师 : 基于某轿车前悬架特性 的整车操纵稳定性仿真研 究 汽车工程 付华 强 文 g凯 周春 国 教授 副教授 签名 : 签名 : 签名 : 七七.沪 沪 . . . 司 司赓 ( ( ( 摘要 基于动 力学理论和整车操 纵稳 定性对前麦 弗逊悬架进行 了运 动学仿真分析 ，并应用 a da ms / l n s igh t 模块对其结构参数进行设计研究和优化 。开发 了拖 曳臂扭力梁后悬架模板 ， 此模板 的开发丰富 了 a da ms / c a r软件悬架模板库 。建立 了整车虚拟样机模型 ，对其进行 了整车操纵稳定性试验仿真 ，对 比了前悬架优化前后 的整车操纵稳定性 能。 首先 ，应用 c a t i a 建立 了前麦弗逊悬架三维模型 ，继而使用 a da ms / c a r 建立 了该悬架 的参数化模型 。应用 50 1 记w or k s 建立 了拖曳臂扭力梁 ，并根据柔性体建模 的原理 ，把该 梁 导 入 有 限元 分 析 软件 a n s y s中 ，进 行 网格 划 分 。再 通 过 m n f模 态 中性 文 件 导 入 a da ms / c a r 中，得 到 了后悬架拖曳臂扭力梁模板 ，建立 了后悬架 、转 向系 、前横 向稳定杆 和车轮子系统虚拟样机模型 ，搭建 了前悬架和后悬架运动学仿真系统模型 。 其 次 ，对前悬架进行运 动学仿真分析 ，从运动学角度验证 了模型正确性 。根据前悬架 的仿真结果 ，确定 出影 响汽车操纵稳定性 的因素 ，并借助 a da ms / i n s igh t 模块对前悬架各 关键硬 点坐标进行设计研 究 ， 得到这些硬 点坐标对车轮定位参数 的影 响程度及趋势 。 利用 试验仿真 方法采取 多 目标多因素优化方式 ， 得 出了最优 的前悬架 结构参数 ， 优化 了前悬架 的运 动学特 性 。 最 后 ，用 a da ms / c a r建立 了动 力 、车 身和制 动 等子系统虚拟样机 的模 型 ，并将 它们 与建立 的前后悬 架 仿 真 系统虚 拟样机 模 型组装 得到整车虚拟 样机 模 型 ， 接着对 该模型进行 了稳态 回转 、转 向盘 转 角脉冲 、转 向盘 转 角阶跃 、蛇 行 、转 向轻便 性和 转 向回正共 6 项整 车操纵 稳 定性试 验 仿真 ， 对 试验 结果按 照 国标 中规 定 的方法 进行 了处理 ，得 到相应评 价 指 标值 。并对 该轿 车 的操 纵稳定性 按照 国标 进 行 了评 价 计分 ，计分 结果表 明前悬 架优化 后较 优 化 前 轿 车 具 有 更 好 的操 纵 稳 定性 。 本文 从汽 车操 纵稳 定性 角度 出发 ， 研 究 了前悬架 硬 点坐标对 车轮 定位参 数 的影 响程 度 和趋 势 ，这对今后 如何调 整麦 弗逊 悬架 硬 点参 数 ，选 择参数 作 为设计变量 ，优 化麦 弗逊悬 架 运 动 学特 性 ， 以此 提 高整 车 操 纵 稳 定 性 具 有 一 定 的参 考 价 值 。 关键 词 : 汽 车悬 架 ; 麦 弗逊 悬 架 ; 优 化 设 计 ; 操 纵 稳 定性 ; 本研 究 得 到 “ 陕西 省 重 点学 科(车 辆 工 程 ) 建 设 专 项 资金 资助 项 目”的资助 。 a b s t ra c t t it!e : r e s e a r c h o n t h e h a n d l in g a n d s t a b !l !t y f o r v e h !c l e b a s e d o n t h e c h a r a c t e r is t ic o f a c e r t a in c a r f r o n t s u s p e n s !o n m a j o r: v ehi cl e e ng ineering n a m e :h u a q ia n g f u s u p e r vis o r:p ro f. k a i l iu a s s o c ia te p ro f. c h u n g u o z h o u 5 i gna， u e: 血 蜒 梦 认 5 ig n a tu re : 5 ig n a tu re :叻 乙杨优 a b s t门 c t t h is resea r eh ea r ries o u t k in em a t ie sim u la t io n an d an aly sis f o r th e f r o n t mep h erso n susp ension ，based on dy na mic theory a n d vehicle handling and sta b ilit y ， and a p p lies a d a ms/h i sig h t m o d u le in re se areh in g an d o p tim iz in g its stru ctu re p ara meters: m ea nw h ile ，th e researeh d ev elo p s th e tem p late o f rea r tw ist b eam su sp en sio n ，w h iehe而 eh e s th e tem plate lib rar y o f su sp en sio n in a d am s/c ar . f u r th er mo re ，th e research esta blish es a v ir t u al p ro to ty p e m o d e l o f v eh icle a nd e ar r ie s o u t a test sim u la t io n o f v eh iele h an d lin g a nd sta bility 50 a s to co m p a r e th e v eh iele h an d lin g an d sta bility p erf o r man ee b ef o re a nd af t er th e o p tim a l f r o n t su sp en slo n f irstly ， in th is re seareh ， t h e researeh er a pp lied c a t ia so f t w a r e in e sta blish in ga th re e一 d im en sio n al m o d el o f th e f r o n t mep h erso n su sp en sio n ，an d u sed a d am s/c ar to e sta blish its p a r am eteriz ed m o d el. t h e re seareh er also u sed s o lid w o rk s to esta blish th e tw ist b ea m a nd im p o r t s th e b eam in to th e f i n ite elem en t an aly sis so f t w are f o r m e sh in g aceo rd in g to t h e p rin eip le o f f l ex ib le b o d y m o d elin g : th en ，th e b eam w as im p o r t ed in i o a d a ms/c ar th r o u g h mo d e n eu tr a l f ile : th u s，t h e tem p la t e o f t wist b eam o f rea r su sp en sio n w as o b tain ed . o n th e b asis o f t h e se ach iev em en ts，th e re sea r eh er set u p th e v ir t u a l p ro to ty pe m o d e ls o f th e rea r su sp en sio n ，steerin g sy stem ，th e f r o n t la t eral stab ility ro d an d w h eel su b 一 sy stem ，an d f i n ally b u ilt th e k in em a t ie sim u la t io n sy stem m o d el o f th e f r o n t su sp en sio n an d th e rear su sp en sio n . s eeo n d ly ， in th e p a per ， th e au th o r ea r ried o u t th e k in em a t ie sim u la t io n a naly sis f o r t h e f r o n t su sp en sio n ，a nd v erif i ed th e eo rreetn e ss o f th e m o d el f r o m th e k in em a t ie p o in t o f v iew . t h e au t h o r also id en tif i ed th e f a eto rs th a t h av e im p acts o n th e v eh iele h a nd lin g an d stab ility a eco rd in g to th e sim u la t io n re su lts o f th e f r o n t su sp en sio n ，a nd th en a pp lied a d am s/in sig h t in 西安理工大学硕士学位论文 stu d y in g th e k e y h in g e p o in t eo o rd in a t es o f th e f r o n t su sp en sio n . t hu s， th e ex ten t a nd tr e n d s o f th ese h in g e p o in t eo o rd in a t es f o r th e w heel alig f u nen t p a r a meters w ere o b tain ed . t est sim u la t io n w as u sed to d eriv e th e o p tim al str u et u ra l p a r a meters a nd o p tim ize t h e k in em a t ie s o f the suspension by a m ul ti一 ob j eetive and m ul ti一 va r ia b le optim iza t ion. finally ， the resea r eher (a l so the autl lor ) used a dam s/c a r to build the vi r t ual protot y pe m odel o f p o w er， b o d y ， b rak e a nd o t h er su bsy stem s， w hich w ere assem bled w it h t h e sim u l a t io n sy stem m o d el o f th e f r o n t an d rea r su sp en sio n to o b ta in th e v ir t ual p ro to ty pe m o d el o f v eh iele : th en ， m ad e a tota l of six i t em s sim ula t ion s of v eh iele h an dlin g a nd sta bilit y ， w hich in elu ded stea dy 一 sta t e ro ta t io n ，steerin g w heel a ng le p u lse ，steer i n g w hee l a ng le step ，sn a ke ，ste erin g p o r t a bility a nd tu r n ed b ack . t h e test resu lts w ere p ro eessed b y t h e eo r r es po n d in g ev alu a t io n m eth o d s in n a t io n al sta nd a r d. t he h a nd lin g a nd sta bility o f th e ea r w er e ev alu a t ed b y seo rin g in aeeo rd a nce w it h t h e n a t io n al sta nd a r d ，w hieh sh o w ed t h a t th e ca r初 t h th e op tim ized f r o n t su sp en sion h as b et t er h a nd ling a nd stab ilit y t h a n t h e o n e b ef o r e op ti而 zin g . t h i s p a per d w ells o n t h e d eg r e e o f in f l u en ee a nd tr e n d s o f t h e h ar d一 p o in t eo o r din a t e s o f th e f r o n i su sp en sio n f o r w heel a l ig n men i p a r a meters f r o m t h e v iew o f v eh icle h a nd lin g a nd sta b ility a nd th i s pa p er 15 of cer t ain ref e rence value eonee而 ng how to ad j ust the pa r a meters of mcp h erso n su sp en sio n h ard p o in i s，eh oo se t h e p a r a m eters a s d esig n v a r ia ble s a nd o p t i m ize mep h erso n su sp en sio n k in em a t ie eh araeter i stie s 50 a s to im pro v e v eh iele h a nd lin g a nd stab ility in t h e f u tu re . k ey w o rd s:a utom otive s u sp ension :m ep her s on suspension :o ptim iza t ion :h a n dling a nd sta bilit y : t his resea r eh 15 f u nded by “ speeial funds一 su p por t ing p ro j eet of k ey d iseipline (v ehicle e ngineering) b uilding in shaa n xi provinee， ， . 目录 目 录 1 绪论 “ ” ” ” ” ” ” ” “ “ ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” “ ” ” ” ” “ ” “ ” “ “ ” “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ ” “ “ “ “ “ “ ” “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ ” ” ” ” ” ” 1 1.1 引言 1 1. 2 汽 车操 纵稳定性与悬架几何参数 1 1. 2.1 汽车操纵稳定性研究历史概述 1 1. 2. 2 悬架系统参数对汽车操 纵稳定性 的影 响 ， . 2 1. 3 悬架运动 学 的研 究现状 . . . . . . . . . . . . . .4 1 . 3.1 国外悬架运动学研究状况 4 1. 3. 2 国内悬架运动学研究状况 4 1. 4 虚拟样机技术 ， . . . 4 1. 4.1 虚拟样机技术概述 . . . 5 1. 4. 2 虚拟样机技术 的特 点 . . . . . 5 1. 4. 3 虚拟样机技术常用软件 . . . . . . . . . . . . . .6 1. 5 本课题研 究意义及主要 内容 6 1. 5.1 本课题 的研 究意义 . . . . . . . 7 1. 5. 2 本课题 的研 究 内容 7 2 悬架系统虚拟样机模型 的建立 ” ” ” ” ” ” “ “ ” ” ” “ ” ” “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” .8 2.1 引言 8 2. 2 a o a m s 的动力学理论 ， . . .8 2. 3 前悬架虚拟样机模 型 的建立 1 0 2 . 3.1 前麦弗逊悬架 导 向机构分析 1 0 2. 3. 2 前麦弗逊悬架 c a tia 建模 1 1 2 . 3. 3 前悬架参数化虚拟样机 建模 1 2 2. 4 后悬架虚拟样机模 型 的建立 1 4 2. 4.1 拖曳臂扭力梁柔性体 的生成 1 4 2 . 4 . 2 扭力梁柔性体 的校验及优化 1 6 2 . 4. 3 拖曳臂扭力梁后悬架 a d a m s / c a r 建模 1 7 2. 5 转 向系统虚拟 样机 建模 1 8 2. 6 悬架试验 台及 轮胎 虚 拟样 机建 模 1 8 2. 7 横 向稳 定杆虚拟 样机 建模 1 9 2 . 8 悬架 系统虚拟样机 模 型搭 建 ，