管理信息化信息化知识基于ADAMS的汽车悬架系统建模与优化

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基于ADAMS的汽车悬架系统建模与优化本科毕业论文（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263.8.1主销内倾角-车轮跳动量相对变化曲线263.8.2主销后倾角-车轮跳动量相对变化曲线283.8.3前轮外倾角-车轮跳动量相对变化曲线293.8.4前轮前束角-车轮跳动量相对变化曲线293.8.5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48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/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ModelingandOptimizationofVehicleSuspensionAbstract:Thisdesignisbasedononestudyaboutacertaintypeofcar'swishbonetypeindependentsuspension,reducingtheamountofwearofautomobiletiresisselectedasourgoalforthestudy,afterthat,weoptimizethedesignofgeometricparametersofthefrontsuspensionmodel.IbuildaGeometricmodelwhichisbasedonMSC.ADAMS/Viewforthewishbonetypeindependentsuspension,parameterthemodel,makesimulationanalysisofitandthenoptimizethedesign.Wereducethelateraldisplacementofthewheelstoaminimumbyoptimizingthedesign,therebyreducingtheamountofwearofthetireandimprovingdrivingstabilityandsafetyofthecar.WecanuseADAMStoreducethetimeandcostofthestudybycreatingavirtualprototypeofthesuspensionsystem,thereforethisstudyhassomepracticalsignificance.KeyWords:ADAMS/View;SuspensionSystem;KinematicsSimulation;Optimaldesign;VirtualPrototyping0文献综述0.1前言0.1.1悬架组成元件和分类传递给车身的冲击载荷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）IndependentSuspension(b)Non-independentsuspension图0-1独立悬架与非独立悬架Fig.0-1IndependentSuspensionandNon-independentsuspension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。。主要应用于部分总质量不大的商用车和普通的乘用车上。。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。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软件创建车辆操纵ADAMS标准模块和用户自定义模块(如车轮)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。重庆大学的褚志刚教授在2003年利用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,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(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem)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CADPROE）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°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。[16]2.1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“Createanewmodel”，在模型名称（ModelName）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“Settings”units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（WorkingGrid）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“AddtoGround”和“Don’tAttach”，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_innerKnuckle_outer2-1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.2-1Thepositionofdesignpoint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ListEditorFig.2-1ListEditor2.4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“NewPart”，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.2-2TherelativepositionoftheDesignpoint2.5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“NewPart”，自定义圆柱体的半径（Radius）为20。选择设计点“UCA-outer”“UCA_inner”为UCA。右键ADAMS/View零件库，单击球体（Sphere“AddtoPart”，自定义球体的半径（Radius25，选择上横臂（UCA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“NewPart”，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“AddtoPart”，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“NewPart”，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“NewPart”，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“AddtoPart”，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“NewPart”，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“NewPart”，自定义圆柱体的长度（Length）为215，半径（Radius）为375。“Knuckle_inner”“Knuckle_outer”为Wheel。右键ADAMS/ViewFilletanedge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.2-3Creatingfrontsuspensionmodel2.11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“AddtoGround”和“Don’tAttach”创建设计点“POINT_1”，它的位置为（-350，-320，-200）。右键ADAMS/ViewBox“NewPart”，将长方体的长度（Length、高度（HeightDepth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“AddtoPart”，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“AddtoPart”和“Don’tAttach”，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“AddtoGround”“Don’tAttach”“Spring_upper”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(C)分别为129.8和6000“Spring_lower”“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.2-4Createamodeloftestplatform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（SphericalJoint选项为“2Bod-1Loc”和“NormalToGrid”，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（SphericalJoint副的选项为“2Bod-1Loc”和“NormalToGrid”，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（SphericalJoint副的选项为“2Bod-1Loc”和“NormalToGrid”，以转向拉杆（Tie_rod）和拉臂（Pull_arm“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（SphericalJoint“1-Location”“NormalToGrid”“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/ViewFixedJoint副选项为“2Bod-1Loc”和“NormalToGrid”。选择主销（Kingpin）和拉臂（Pull_arm“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/ViewFixedJoint“2Bod-1Loc”“NormalToGrid”,Kingpin（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/ViewFixedJoint副选项为“2Bod-1Loc”和“NormalToGrid”,选择转向节(Knuckle)和车轮（Wheel）“Knuckle_inner”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（RevoluteJoint,设置旋转副的选项为“1Location”和“NormaltoGrid”，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旋转副。系统弹出修改旋转副对话窗口（图2-5“UCA_inner”Angle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.2-5Modifytherotationdeputy图2-6创建中的前悬架模型Fig.2-6Thefrontsuspensionmodelisbeingcreated2.16移动副的创建右键ADAMS/View中的约束库，单击移动副（TranslationalJoint）图标，设置移动副的选项为“1-Location”“PickFeature”MARKER（Test_）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-planeJointPrimitive）命令，设置点-面约束副的选项为“2Bodies-1Loc”和“PickGeometryFeature”，选择车轮（WheelTest_PatchTest_PatchMARKER（Test_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“SaveDatabaseAs”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，Modelverifiedsuccessfully表示模型已经验证成功。图2-7验证模型窗口Fig.2-7ThewindowofVerificationModel3前悬架模型的仿真分析ADAMS软件提供有零件库约束库ADAMS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，ADAMS软件通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（TranslationalJointMotion）命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/View1s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BuildBuild—Measure—Function—New的测量函数。在函数编辑器对话窗口里自定义其测量名称（MeasureNameKingpin_Inclination,一般属性（GeneralAttributes）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：“ATAN()”括号内，在函数编辑器的函数选项中选择“Displacement”选项栏中的“DisplacementX”,测量两点间XAssist对话框，在“ToMarker”栏中右键选择Marker-Browse，选择主销设计点在“UCA_outer”处的Marker:MARKER2,在“FromMarker”栏中以相同的方法输入主销设计点“LCA_outer”处的Marker:MARKER1X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Y3-1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.3-1KingpinInclinationfunctionexpressionhasbeengenerated图3-2主销内倾角变化曲线Fig.3-2CurveofthechangingKingpininclination由图可知车轮随测试平台在±100mm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°。内倾角不宜太大，轮胎的磨损。3.3主销后倾角的测量“Caster_Angle”其中在“ToMarker”栏中键入主销在设计点“UCA_outer”处的Marker:MARKER2,“FromMarker”“LCA_outer”处的Marker:MARKER1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1100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.3-3Casteranglefunctionexpressionhasbeengenerated图3-4主销后倾角变化曲线Fig.3-4CurveofthechangingCasterangle由图可知，当车轮随测试平台在±100mm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°。(主销纵倾移距)，把车轮接地点置于主向加剧。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“ToMarker”栏中键入转向节在设计点“Knuckle_outer”处的Marker:MARKER11,在“FromMarker”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1100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.3-5Knuckle_outerfunctionexpressionhasbeengenerated图3-6前轮外倾角变化曲线Fig.3-6CurveofthechangingKnuckle_outer由图可知，当车轮（Wheel）随测试平台在±100mm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“ToMarker”栏中键入转向节在设计点“Knuckle_outer”处的Marker:MARKER11,在“FromMarker”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1100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.3-7Knuckle_innerfunctionexpressionhasbeengenerated图3-8前轮前束角变化曲线Fig.3-8CurveofthechangingKnuckle_inner由图可知，当车轮随测试平台在±100mm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度不亚于让汽车在静止时有一个正确的前束角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_5,修改其位置为（-150，-270,0）；然后在大地上创建一个Marker点名为_6,其位置与_5相同。选择Build—Measure—Function—New，创建新的测量函数。在函数编辑MeasureNameSideways_Displacement，一般属性（GeneralAttributesUnits“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(_5,_6)其中在“ToMarker”选择_5，“FromMarker”选择_6。函数编辑结果如图3-9所示。1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.3-9Sideways_Displacementfunctionexpressionhasbeengenerated图3-10车轮接地点侧向滑移量变化曲线Fig.3-10CurveofthechangingSideways_Displacement由图可知，当车轮随测试平台在±100mm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－6.01～20mm。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。。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Build—Measure—Function—New，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（MeasureNameWheel_Travel，一般属性（GeneralAttributesUnits“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(_5,_6)其中在“ToMarker”选择_5，“FromMarker”选择_6。函数编辑结果如图3-11所示。1100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.3-11Wheel_Travelfunctionexpressionhasbeengenerated图3-12车轮跳动量变化曲线Fig.3-12CurveofthechangingWheel_Travel由图可知，当车轮随测试平台在±100mm垂直范围内做正弦振动时，车轮跳动量的变化范围为-100mm～100mm。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IndependentAxis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_TravelY轴，如图3-15所示，点击AddCurves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.3-13Selectdatasourceofthecurve图3-14选取主销内倾角Fig.3-14SelectKingpin_Inclination图3-15选取车轮跳动量Fig.3-15SelecttheWheel_Travel图3-16主销内倾角随车轮跳动的变化曲线Fig.3-16Kingpininclinationcurvewiththewheelsbeating化趋势有利于转向轻便，同时也可减少从转向轮逆向传递到转向盘上的冲击力。3.8.2主销后倾角-车轮跳动量相对变化曲线在IndependentAxis选项栏中选择DataCaster_Angle）的测量曲线作为定制曲线的X轴，选取车轮跳动量（Wheel_Travel）作为测量曲线的Y轴，在AddCurves选项栏中选择“OneCurvePerPlot”然后单击AddCurves生成主销后倾角相对车轮跳动量的变化曲线，如图3-17所示。图3-17主销后倾角随车轮跳动的变化曲线Fig.3-17Caster_Anglecurvewiththewheelsbeating主销后倾角能形成稳定的回正力矩，在车轮上下的运动中，按照设计要求，纵性能变差现在一般设计采用的主销后倾角范围为2°～4°3-17中可以看出，主销后倾角在2.538°～4.1°之间变化，有利于提高操纵稳定性。3.8.3前轮外倾角-车轮跳动量相对变化曲线在IndependentAxis栏中选择DataCamber_Angle测量曲线作为定制曲线的X轴，选取车轮跳动量（Wheel_Travel）作为测量曲线的YAddCurves选项栏中选择“OneCurvePerPlot”然后单击AddCurves生成前轮外倾角相对车轮跳动量的变化曲线，如图3-18所示。图3-18前轮外倾角随车轮跳动的变化曲线Fig.3-18Camber_Anglecurvewiththewheelsbeating为了使轮胎磨损均匀和减少轮毂外轴承的负荷，车轮应设置有一定的外倾角，但不能过大，否则会严重加剧轮胎的磨损。由图3-18可知外倾角的变化范围为－0.8°～1.1°，对车辆的操纵稳定性不会产生太大的影响。3.8.4前轮前束角-车轮跳动量相对变化曲线在IndependentAxis栏中选择DataToe_Angle曲线作为定制曲线的XWheel_TravelY轴，在AddCurves选项栏中选择“OneCurvePerPlot”然后单击AddCurves生成前轮前束角相对车轮跳动量的变化曲线，如图3-19所示。图3-19前轮前束角随车轮跳动的变化曲线Fig.3-19Toe_Anglecurvewiththewheelsbeating由于轮滚动的趋势是二者距离越来越远但是由于车桥和横向拉杆的存在使车轮不可能向外滚开降低不利的影响。如图3-19，前悬架向上跳动时前轮前束角变小，下落时大部的操纵稳定性。3.8.5车轮接地点侧向滑移量-车轮跳动量相对变化曲线在IndependentAxis栏中选择Data，选取车轮接地点侧向滑移量（Sideways_DisplacementX（Wheel_Travel）作为定制曲线的Y轴，在AddCurves选项栏中选择“OneCurvePerPlot”然后单击AddCurves生成车轮接地点侧向滑移量相对车轮跳动量的变化曲线，如图3-20所示。图3-20车轮接地点侧向滑移量随车轮跳动的变化曲线Fig.3-20Sideways_Displacementcurvewiththewheelsbeating仿真结果如图3-20100mm的变化曲线，发现车轮的侧向滑移量峰值已经接近了20mm模型。3.9保存测试成功的前悬架模型File-SaveDatabase成功的前悬架模型。4前悬架模型的细化（将前悬架模型参数化）ADAMS/View对前悬架模型优化分析的原理是：在设计研究过程中，对某计参数对模型的影响计算机自动的根据设计变量(DV)，运行分析程序求取目标函数的最大值（Max）或最小值（Min），从而达到优化的目的。优化分析中的目标函数是一个函数表是最小值。由此获得最佳的目标函数值，获得最优设计。的已知目标。4.1设计变量的创建表4-1设计变量的范围Tab.4-1Rangeofdesignvariables主销上横臂下横臂设计长度长度倾角(°)倾角(°)变量名称(mm)内倾角(°)后倾角(°)(mm)横向平面水平面长度(mm)横向水平平面面最小值310502805050035标准值330102.53301055259.510最大值35015638015105501315在ADAMS/ViewBuild-DesignVariable-New命令来创建设计变量。在系统之后弹出的对话窗口中，变量名称（Name)设置为系统默认的“.model_1.DV_1”(此变量代表双横臂式前独立悬架模型的主销长度),变量类型（Type）设置为“Real”，变量单位（Units）选择“length”，变量的标准值（StandardValue）输入330，在“ValueRangeby”栏中选择“AbsoluteMinandMaxValues”310350，如图4-1，单击“Apply”完成设计变量“.model_1.DV_1”的创建。图4-1定义设计变量Fig.4-1Definitionofdesignvariables在创建设计变量的对话窗口中，变量名称（Name)设置为系统默认的“.model_1.DV_2”(悬架模型的主销内倾角),变量类型（Type）设置为“Real”，变量单位（Units）选择“angle”，变量的标准值（StandardValue）输入10，在“ValueRangeby”栏中选择“AbsoluteMinandMaxValues”（）为5，输入变量的最大值（）为15，单击“Apply”完成设计变量“.model_1.DV_2”的创建。在创建设计变量的对话窗口中，变量名称（Name)设置为系统默认的“.model_1.DV_3”(悬架模型的主销后倾角),变量类型（Type）设置为“Real”，变量单位（Units）选择“angle”，变量的标准值（StandardValue）输入2.5，在“ValueRangeby”栏中选择“AbsoluteMinandMaxValues”（）为0，输入变量的最大值（）为6，单击“Apply”完成设计变量“.model_1.DV_3”的创建。在创建设计变量的对话窗口中，变量名称（Name)设置为系统默认的“.model_1.DV_4”(悬架模型的上横臂长度),变量类型（Type）设置为“Real”，变量单位（Units）选择“length”，变量的标准值（StandardValue）输入330，在“ValueRangeby”栏中选择“AbsoluteMinandMaxValues”（）为280，输入变量的最大值（）为380，单击“Apply”完成设计变量“.model_1.DV_4”的创建。在创建设计变量的对话窗口中，变量名称（Name)设置为系统默认的“.model_1.DV_5”(悬架模型的上横臂在汽车横向平面内的倾角),Type）设置为“Real”，变量单位（Units）选择“angle”，变量的标准值（StandardValue）输入10，在“ValueRangeby”栏中选择“AbsoluteMinandMaxValues”，输入设计变量的最小值（）为5，输入变量的最大值（）为15，单击“Apply”完成设计变量“.model_1.DV_5”的创建。在创建设计变量的对话窗口中，变量名称（Name)设置为系统默认的“.model_1.DV_6”(悬架模型上横臂轴的水平斜置角),变量类型（Type）设置为“Real”，变量单位（Units“angle”，变量的标准值（StandardValue5，在“ValueRangeby”栏中选择“AbsoluteMinandMaxValues”，输入设计变量的最小值（）为0，输入变量的最大值（）为10，单击“Apply”完成设计变量“.model_1.DV_6”的创建。在创建设计变量的对话窗口中，变量名称（Name)设置为系统默认的“.model_1.DV_7”(悬架模型的下横臂长度),变量类型（Type）设置为“Real”，变量单位（Units）选择“length”，变量的标准值（StandardValue）输入525，在“ValueRangeby”栏中选择“AbsoluteMinandMaxValues”（）为500，输入变量的最大值（）为550，单击“Apply”完成设计变量“.model_1.DV_7”的创建。在创建设计变量的对话窗口中，变量名称（Name)设置为系统默认的“.model_1.DV_8”(悬架模型的下横臂在汽车横向平面内的倾角),Type）设置为“Real”，变量单位（Units）选择“angle”，变量的标准值（StandardValue）输入9.5，在“ValueRangeby”栏中选择“AbsoluteMinandMaxValues”，输入设计变量的最小值（）为3，输入变量的最大值（）为13，单击“Apply”完成设计变量“.model_1.DV_8”的创建。在创建设计变量的对话窗口中，变量名称（Name)设置为系统默认的“.model_1.DV_9”(悬架模型下横臂轴的水平斜置角),变量类型（Type）设置为“Real”，变量单位（Units“angle”，变量的标准值（StandardValue10，在“ValueRangeby”栏中选择“AbsoluteMinandMaxValues”，输入设计变量的最小值（）为5，输入变量的最大值（）为15，单击“OK”完成设计变量“.model_1.DV_9”的创建。4.2设计点的参数化将光标放置在设计点“UCA_outer”处，单击鼠标右键选择“Modify”命令，系“UCA_outer”的X中，单击鼠标右键，选择Parameterize-Expression，如图4-2所示，使用函数编辑器来输入设计点与设计参数相关的函数表达式。图4-2选择表达式编辑器Fig.4-2Theeditorofselectionexpression系统弹出函数编辑器，如图4-3，需要输入设计点“UCA_outer”的X坐标的函数表达式（图4-4）：.model_1.__x+.model_1.DV_1*cos(.model_1.DV_3)*sin(.model_1.DV_2)图4-3函数编辑器Fig.4-3FunctionEditor图4-4设计点“UCA_outer”的X坐标的函数表达式Fig.4-4thefunctionexpressionofdesignpointUCA_outer′Xcoordinate具体编辑方法如下：在函数编辑器下部的“GettingObjectData”选项栏中选择“DesignPoints”，输入设计点“LCA_outer”的名称可以通过鼠标右键-Point-guesses-LCA_outer选取，单击“GetDataOwnedByObject”，选择“loc_x”，按“OK”，系统选取设计点“LCA_outer”的X坐标值“.model_1.__x”。在“GettingObjectData”选项栏中选择“DesignVariables”，输入设计变量“DV_1”的名称（鼠标右键--Variable-guesses-DV_1）,单击“InsertObjectName”按钮，系统选取设计变量DV_1的值：“.model_1.DV_1”，同样可以获得设计变“DV_2”“DV_3”“Evaluate”“FunctionValue”“OK”将函数表达式输入到设计点“UCA_outer”的X坐标栏中。以相同的方法，在设计点“UCA_outer”的Y坐标栏中编辑表达式为：.model_1.__y+.model_1.DV_1*cos(.model_1.DV_3)*cos(.model_1.DV_2)在设计点“UCA_outer”的Z坐标栏中编辑表达式为：.model_1.__z+.model_1.DV_1*sin(.model_1.DV_3)II.在设计点“UCA_inner”的X坐标栏中编辑表达式为：.model_1.__x+.model_1.DV_4*cos(.model_1.DV_6)*cos(.model_1.DV_5)在设计点“UCA_inner”的Y坐标栏中编辑表达式为：.model_1.__y+.model_1.DV_4*cos(.model_1.DV_6)*sin(.model_1.DV_5)在设计点“UCA_inner”的Z坐标栏中编辑表达式为：.model_1.__z+.model_1.DV_4*sin(.model_1.DV_6)III.在设计点“LCA_inner”的X坐标栏中编辑表达式为：.model_1.__x+.model_1.DV_7*cos(.model_1.DV_9)*cos(.model_1.DV_8)在设计点“LCA_inner”的Y坐标栏中编辑表达式为：.model_1.__y+.model_1.DV_7*cos(.model_1.DV_9)*sin(.model_1.DV_8)在设计点“LCA_inner”的Z坐标栏中编辑表达式为：.model_1.__z+.model_1.DV_7*sin(.model_1.DV_9)IV.在设计点“Knuckle_inner”的X坐标栏中编辑表达式为：.model_1.__x+109*cos(.model_1.DV_3)*sin(.model_1.DV_2)在设计点“Knuckle_inner”的Y坐标栏中编辑表达式为：.model_1.__y+109*cos(.model_1.DV_3)*cos(.model_1.DV_2)在设计点“Knuckle_inner”的Z坐标栏中编辑表达式为：.model_1.__z+109*sin(.model_1.DV_3)V.在设计点“Knuckle_outer”的X坐标栏中编辑表达式为：.model_1.__x-254*cos(0.2d)*cos(1d)在设计点“Knuckle_outer”的Y坐标栏中编辑表达式为：.model_1.__y-254*cos(0.2d)*sin(1d)在设计点“Knuckle_outer”的Z坐标栏中编辑表达式为：.model_1.__z-254*sin(0.2d)将以上所有函数表达式输入完之后，单击列表编辑器的“OK”就可将设计点进行参数化。4.3物体的参数化在ADAMS/View的工作窗口中，把光标置于主销（Kingpin右键，选择Modify，对主销的圆柱体进行自行定义。弹出的修改圆柱体对话框中，将圆柱体长度（Length）设置为变量“.model_1.DV_1”（可以通过鼠标右键来选取），如图4-5所示，完成主销的参数化。图4-5修改圆柱体对话框Fig.4-5DialogofModifycylinder与此方法类似，把上横臂（UCA）的圆柱体长度（Length）设置为变量“.model_1.DV_4”，把下横臂（LCA）的圆柱体长度（Length）设置为变量“.model_1.DV_7”。把拉臂（Pull_armLength图4-6所示：SQRT((.model_1.__x-.model_1._rod__x)**2+(.model_1.__y-.model_1._rod__y)**2+(.model_1.__z-.model_1._rod__z)**2)图4-6用函数编辑器定义拉臂的圆柱体长度Fig.4-6Modifyingthelengthofthecylindertopullthearmwiththefunctioneditor在ADAMS/View“File”菜单栏中调用“SaveDatabase”悬架模型。5前悬架模型的优化5.1定义目标函数下横臂的对值达到最小以达到优化目的。在ADAMS/View菜单栏中调用“Build-Measure-Function-New”命令，创建目标函数，在弹出的对话窗中输入测量名称（MeasureName）为：“OBJECT_FUN”,“length”和之前创建的测量函数编辑目标函数的表达式为（如图5-1）：ABS(.model_1.Sideways_Displacement)图5-1目标函数OBJECT_FUN的编辑Fig.5-1Edittheobjectivefunction“OBJECT_FUN”单击右下角的verify（判定）按钮，出现如图5-2所示对话框表明函数无语法错误，单击“OK”，完成目标函数“OBJECT_FUN”的创建。图5-2判定函数有无语法错误Fig.5-2Discriminantfunctionsyntaxerrors系统生成目标函数的曲线窗口，单击仿真按钮，输入终止时间为1（s），工作步为100，对悬架模型进行仿真，可以发现目标函数的值始终是正值。5.2参数的优化在ADAMS/View菜单栏中，调用“Simulate”菜单中的“DesignEvaluation”命“OBJECT_FUN”的最大值（Maximum），优化的设计变量为“DV_4”、“DV_5”、“DV_7”