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利用ADA M S/car对双横臂悬架的动态仿真与分析黄杰文,黄菊花(南昌大学机电工程学院,南昌330031)摘要:利用ADAMS/car软件对样车建立双横臂悬架仿真模型,并对后倾拖距、磨胎半径、侧倾中心、四个定位角和车轮跳动量进行动态仿真。
通过对仿真结果与样车悬架相应参数进行比较,验证了仿真模型的动特性与样车悬架动特性的一致性。
其结论对汽车悬架的设计与开发具有一定的参考价值。
关键词:ADAM S/car软件;双横臂;动态仿真中图分类号:TP39119 文献标识码:A 文章编号:1671—3133(2010)03—0127—05D ynam i c si m ul a ti on and ana lysis of double w ishbone ba sed on ADA M S/carHUANG J ie2wen,HUANG Ju2hua(Electrical and Mechanical Engineering College,Nanchang University,Nanchang330031,China) Abstract:The si m ulati on model of double wishbone sus pensi on of sa mp le vehicle was established using ADAMS/car s oft w are,and dyna m ic si m ulati ons of sus pensi on trail,scrub radius,r oll center,f our orientati on angles and wheel ju mp ing was done.The si m ula2 ti on result was compared with the corres ponding para meters of sa mp le vehicle sus pensi on,and it was als o verified that dyna m ic characteristics of si m ulati on model and samp le vehicle sus pensi on are consistent.The conclusi on has certain reference value for the design and devel opment of vehicle sus pensi on.Key words:ADAMS/car;double wishbone;dyna m ic si m ulati ons0 引言悬架是现代汽车上的重要总成之一,它把车架(或车身)与车轴(或车轮)弹性地连接起来,主要功能是传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩,并且缓和由不平路面传给车架(或车身)的冲击载荷,削弱由此引起的承载系统的振动,以保证汽车平顺地行驶[6]。
基于ADAMS双横臂式独立悬架的仿真设计摘要：双横臂独立悬架是常用的悬架形式之一，在汽车领域内有着广泛的应用，要求具有稳定可靠的性能。
其突出优点在于设计的灵活性，可以通过合理选择空间导向杆系的铰接点的位置及控制臂的长度，使得悬架具有合适的运动特性。
本文应用多体动力学软件ADAMS/View建立了某轻型汽车的前双横臂式独立悬架模型，进而进行运动学分析，得到了上横臂长度主销长度、上横臂在汽车横向平面的倾角、下横臂长度和下横臂在汽车横向平面的倾角的值最终优值，从而为设计和改进提供快速、可靠的技术依据，达到大幅度降低设备研制成本，大大降低了轮胎的磨损情况的目的。
关键词：ADAMS 双横臂独立悬架车轮定位参数建模运动学仿真分析引言随着科学技术的发展，计算机辅助设计技术越来越广泛的应用在各个领域。
现在，他已经突破了二位图纸电子化的框架，装向三维实体建模、动力学模拟仿真和有限元分析为主线的虚拟样机制作技术。
使用虚拟样机制作技术可以在设计阶段预测产品的性能，优化产品的设计，缩短产品的研制周期，节约开发费用。
机械系统动力学仿真分析软件ADAMS可以直接创建完全参数化的机械系统几何模型，也可以使用其它CAD软件(如：Pro/ENGINEER)传过来的造型逼真的几何模型；然后，在几何模型上施加约束、力/力矩和运动激励；最后对机械系统进行交互式的动力学仿真分析，在系统水平上真实地预测机械结构的工作性能，实现系统水平的最优设计。
目前不等长双横臂式悬架已广泛应用在轿车的前后悬架上，可以通过合理选择空间导向杆系的铰接点的位置及控制臂的长度，使得悬架具有合适的运动特性。
采用运动学原理和空间解析几何的方法，可以分析双横臂独立悬架的空间运动和前轮定位参数下轮胎的运动，提出轮胎磨损的评价指标，从而可以建立双横臂独立悬架的运动、前轮定位参数与轮胎磨损间关系的数学模型。
同时可以研究双横臂独立悬架初始状态和定位参数对轮胎磨损的影响以减少轮胎磨损。
DOI ： 10. 19466/j. cnki. 1674-1986. 2019. 03.012基于ADAMS/Insight 的双横臂悬架硬点优化覃紫莹，廖抒华，陆润明，黎炯(广西科技大学汽车与交通学院，广西柳州545000)摘要：为了提高悬架设计的工作效率，缩短巴哈赛车前悬架(双横臂悬架)的开发周期。
应用ADAMS/Car 模块建立赛车前悬架多体系统模型，并进行仿真及结果分析。
再应用ADAMS/Insight 模块分析悬架各硬点坐标对悬架参数的影响系数。
根据分析结果和赛车结构特点综合考虑，选取影响系数相对较大的硬点坐标值作为优化对象，从而有针对性地、快速地进行悬架硬点优化: 实验结果表明：该方法减少了悬架优化的工作量，使悬架参数的变化范围能在较短时间内达到设计目标值，有效提高赛车的操纵 平稳性和整体性能。
关键词：双横臂悬架；硬点坐标值；优化方法中图分类号：U469. 6+96 文献标志码：B 文章编号：1674-1986 (2019) 03-049-03Hard Point Optimization of Double Wishbone Suspension Based on ADAMS/ I nsightQIN Ziying, LIAO Shuhua, LU Runming, LI Jiong(College of Automotive and Transportation , Guangxi University of Science and Technology ,Liuzhou Guangxi 545000, China)Abstract : In order to improve the working efficiency of the suspension design , the development cycle of the Baja racing front suspension(double wishbone suspension ) was shorted. The ADAMS/Car module was used to establish the multi-body system model of the front suspension of the car, and the simulation and result analysis were carried out. Then the ADAMS/Insight module was used to analyze the influence coefficient of the hard point coordinates of the suspension on the suspension parameters. According to the analysis results and the characteristicsof the structure of the car, the hard point coordinate value with relatively large influence coefficient was selected as the optimization object , sothat the suspension hard point optimization was carried out in a targeted and fast manner. The experimental results show that the method reduces the workload of suspension optimization and makes the range of suspension parameters reach the design target value in a short time and effectively improves the steering stability and overall performance of the car.Keywords : Double wishbone suspension ； Hard point coordinate value ； Optimization method0引言中国大学生巴哈大赛(Baja SAE China)是由中国汽车工程学会主办的大学生小型越野车竞赛。
ＡＤＡＭＳ／ｃａｒ／Ｉｎｓｉｇｈｔ在悬架设计中的应用应用多体动力学仿真分析软件ADAMS/CAR建立某车辆的麦弗逊前悬架多体系统模型,分析了悬架系统的相应的车轮定位参数,然后利用ADAMS/Insight 模块对该车辆悬架的定位参数进行优化仿真,通过对优化后的结果进行分析,改善了悬架的运动学性能。
标签：麦弗逊式悬架车轮定位运动学优化0 引言汽车悬架运动学及弹性运动学特性的设计成为汽车开发中的一项重要任务。
悬架运动学分析的主要内容是研究车轮定位参数与车轮跳动量的关系。
从中可以得到基本的车轮定位及变化特性信息。
以悬架操纵稳定性、平顺性、汽车工作效率、安全可靠性为主要评价目标,受到车身造型的制约及总布置的协调,在不同底盘调教风格下,悬架在与之关系密切、性能日新月异的相关功能子系统,如转向、轮胎、动力、制动相互作用下,可以确定自身相对最佳的性能指标。
本文在参考悬架设计相关知识的基礎上,以一般设计要求作为悬架运动学的优化目标。
1 仿真模型建立1.1 某型轿车前悬架在MSC.ADAMS/Car中建立仿真模型。
如图11.2 将悬架模型与测试平台装配,按上下跳动量为-50至-50mm进行平行跳动工况仿真。
1.3 调用MSC.ADAMS/Solver解算,得到相关定位参数及特性曲线,参见优化效果比较部分。
2 悬架运动特性优化2.1 悬架运动优化运用MSC.ADAMS/Insight,通过对模型的硬点坐标、弹性参数进行多次修改迭代,可以对模型的某项或是多项性能指标进行优化。
从而改善悬架的运动学性能。
选取设计变量较多, DOE设计矩阵复杂,运算量庞大,为此,优化分析先针对轮距、后倾,后针对前束进行。
把摆臂前点(lca _front)、后点(lca_ rear)、球头销(lca_ outer)硬点的9 个坐标值(每个点有X、Y、Z 三个方向坐标)作为设计变量,设定变动范围在-8mm至8mm。
以仿真过程中轮距的标准差(Standard Deviation)、后倾平均(average value)值为设计目标。
第3期(总第154期)2009年6月机械工程与自动化M ECHAN I CAL EN G I N EER I N G & AU TOM A T I ON N o 13Jun 1文章编号:167226413(2009)0320032203ADAM S In sigh t 在双横臂扭杆独立悬架中的应用王正华,尹明德(南京航空航天大学机电学院,江苏 南京 210016)摘要:前悬架设计的主要目标之一是减小主销偏移距。
以多体动力学理论为基础,运用动力学仿真软件ADAM S Car 建立了双横臂扭杆独立悬架模型,并采用ADAM S Insigh t 模块进行性能分析,在一定范围内对其优化,达到了减小主销偏移距的目的。
关键词:ADAM S ;双横臂扭杆悬架;多体动力学中图分类号:U 463183 文献标识码:A收稿日期:2008211203;修回日期:2009201217作者简介:王正华(19832),男,山东枣庄人,在读硕士研究生。
0 引言主销偏移距是前悬架设计中最重要的参数之一,又称为磨胎半径,它是指转向轴线(主销)或其延长线的落地点与车轮接地印迹中心线间的距离。
因为它的存在,会导致纵向力转向,包括驱动和制动力引起的转向。
该参数对很多车辆动力学问题有着重要影响,包括制动转向、AB S 工作时引起的转向扰动等,在实际设计中一般为-10mm ～30mm ,希望取较小的数值[1],特别是在FF 车中多设定为负值。
本文以南京依维柯威尼斯之旅客车为参照,建立动力学仿真模型,使用ADAM S In sigh t 试验设计与分析模块进行虚拟试验,在一定范围内找出主销偏移距的最优解。
ADAM S In sigh t 能对任何仿真进行试验设计,使用户可以更精确地对设计进行量化研究。
应用ADAM S In sigh t ,工程师可将全部的设计要求有机地集成为一体,规划和完成一系列仿真试验,并保证试验分析结果具有足够的精度,从而精确地预测所设计的复杂机械系统在各种工作条件下的性能[2]。
1 建立模型111 模型结构该型号客车采用双横臂扭杆式独立悬架,根据前悬架系统实际结构抽象出如图1所示的前悬架系统分析模型。
整个悬架系统由横臂、转向节、扭杆、转向横拉杆、转向器齿条、横向稳定杆、车轮和车架(车身)组成。
图1中,前左减振器上半部分(件3)、前右减振器上半部分(件2)分别通过万向节铰链A 、B 与车架(件1)横梁相连接,前左减振器下半部分、前右减振器下半部分分别通过万向节铰链与左、右下摆臂相连接,并分别通过滑移柱铰C 、D 与其上半部分相连,它们可相对上半部分进行轴向移动和转动;前左悬架下横臂(件12)一端、前右悬架下横臂(件11)一端分别通过柱铰M 、K 与车架相连,可相对车架(车身)上下摆动,它们的另一端分别通过球铰Q 、P 与左转向节、右转向节相连;左上摆臂(10)、右上摆臂(9)分别通过转动铰链L 、J 与车架相连,使其可相对于车架上下摆动,它们的另一端分别通过球铰O 、N 与左、右转向节相连;前左转向横拉杆(件6)、前右转向横拉杆(件4)的一端分别通过球铰I 、H 与左、右转向节相连,它们的另一端分别通过万向节铰链F 、E 与转向器齿条(件5)相连,约束其绕自身轴线转动;转向器齿条通过滑移铰G 与车架相连,它可相对车架(车身)左右移动;横向稳定杆在实际结构中为一个整体,为了仿真其功能,分左、右两部分为件16和件15,在图1中横向稳定杆两部分的一端分别通过柱铰W 、X 与车架相连,中间对称位置可简化为以扭杆弹簧相连,稳定杆两侧头部分别通过万向节铰链S 、Z 与两虚拟物体(图中未画出)相连,而两虚拟物分别通过球铰R 、Y 与前右悬架下摆臂、前左悬架下摆臂相连;前左车轮(件14)、前右车轮(件13)分别通过柱铰U 、T 与左转向节(件7)、右转向节(件8)相连;在前右悬架上摆臂(件9)的一端(J 处)通过一扭簧(17)与车架相连接,以实现右扭杆的作用,在前左悬架上横臂(件10)的一端(L 处)通过一扭簧(件18)与车架相连接,以实现左扭杆的作用。
112 模型的建立模型关键点的坐标是建立ADAM S 运动学仿真模型的关键。
通过查阅前悬架的装配图纸,获得模型中所需关键点的坐标,在ADAM S Car 中建立如图2所示的仿真模型。
模型中零部件的质量和转动惯量属性是通过在P ro E 中建立三维模型,由软件计算所得;而悬架中所用衬套、减振器、扭杆弹簧、横向稳定杆等的力学特性数据则是由厂家提供。
1—车架(车身);2—右减振器上半部分;3—左减振器上半部分;4—右转向横拉杆;5—转向器齿条;6—左转向横拉杆;7—左转向节;8—右转向节;9—前右悬架上横臂带上拉杆;10—前左悬架上横臂带上拉杆;11—前右悬架下横臂带下拉杆;12—前左悬架下横臂带下拉杆;13—前右车轮;14—前左车轮;15—横向稳定杆左半部分;16—横向稳定杆右半部分;17—右扭杆;18—左扭杆图1 双横臂扭杆独立悬架模型图图2 双横臂扭杆独立悬架仿真模型2 悬架模型的仿真和优化211 悬架模型的仿真首先设定悬架参数。
这些参数包括:轮距、簧载质量、轮胎的自由半径、轮胎刚度、前轮驱动还是后轮驱动、质心高度、前后轴的制动力分配。
这些参数设置完之后,对悬架进行车轮同向跳动仿真。
跳动距离为上、下50mm 。
在后处理中察看仿真结果可知,主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角、车轮前束角、轮距变化和侧倾中心高度均在较理想的变化范围,但主销偏移距偏大,见图3。
从图3中可以看出,当车轮跳动在±50mm 时,主销偏移距在27142mm ～30125mm 之间变动;当车轮跳动超过50mm 时,主销偏移距还将增大,对转向不利,有必要对其进行优化。
图3 主销偏移距图212 悬架模型的优化为了解决主销偏移距过大的问题,有必要对悬架的结构进行调整。
由主销偏移距的定义可知,要减小主销偏移距,就需要对双横臂悬架上、下球铰的位置进行调整,但考虑到这两个位置的调整势必会对前束角、主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角等产生一定的影响,同时考虑到底盘结构的限制,不能对这两个参数做大范围的调整。
研究表明,细微的调整对其他参数的影响并不大。
下面采用ADAM S In sigh t 对这两对硬点(左、右对称的两点为一对)的位置进行优化。
选取上、下横臂外端点为设计变量,变动范围为±10mm ,由于主销偏移距与主销内倾角密切相关,因此以主销偏移距和主销内倾角的最小绝对值为目标函数进行DO E 分析。
在试验策略中采用DO E Screen ing (2L evel )试验设计筛分法(二水平),利用这种方法,可以选取对样机性能影响较大的几个设计变量;然后选择线性模型(linear )来拟合变量和响应之间的关系。
由于悬架左、右对称,故只选取左边上下球铰的坐标(共6个)作为设计变量,采用全因子设计方法,共进行26=64次迭代。
运行试验后,对仿真结果进行拟合。
ADAM S In sigh t 以标准方差(ANOVA )工具进行拟合,并提供了一套ANOVA 统计方法,由R 2和R 2adj 来表示拟合的好坏。
R 2介于0～1之间,越大越好,通常好的拟合应该大于019;R 2adj 通常要小于R 2,如果R 2adj 的值为1,表明拟合的非常好;P 表明了拟合表达式中是否有有用项,P 越小,说明拟合表达式中的有用项越多;R V 则表明了模型的计算值和原始数据点之间的关系,该值越高越好,大于10表明模型的预测结果很不错,而比较低的值,例如低于4,表明模型的预测结果完全不可信。
通过Goodness 2of 2fit 项来检查拟合的好坏,其各项的值见图4。
从图4可以看出,拟合的非常理想,这也表明用线性模型(linear )来拟合变量和响应之间的关系是正・33・ 2009年第3期 王正华,等:ADAM S Insigh t 在双横臂扭杆独立悬架中的应用确的。
导出分析结果为W eb 页形式,从中可以看出各因子对响应的影响程度。
经分析可知,上、下球铰处的x 坐标对主销偏移距和主销内倾角的影响很小,可以忽略不计,在优化分析时,将其固定。
由于主销偏距和主销内倾角密切相关,主销偏距的减小势必会造成主销内倾角的增大,为了兼顾两者,这里取折中值:将主销偏距响应定为≤15mm ,主销内倾角响应定为≥7o ,最后得出优化后的硬点坐标见表1。
图4 Goodness 2of 2fit 中各项的值表1 优化前、后悬架硬点坐标硬点坐标状态x (mm )y (mm )z (mm )lca -outer (下摆臂球铰点)优化前-10-782.256253.6优化后-10-786.86257.61uca -outer (上摆臂球铰点)优化前0-751514.5优化后0-746.4511.68 图5和图6分别是主销内倾角和主销偏移距优化前、后的比较图。
图5 主销内倾角优化前、后对比3 优化结果分析主销内倾角的作用是使前轮自动回正。
角度越大,则前轮自动回正的作用就越强烈,但转向时也越费力,轮胎磨损增大;反之,角度越小,则前轮自动回正的作用就越弱,因此这个主销内倾角都有一个范围,约为7o ～13o [1]。
从图5可以看出,主销内倾角在优化后,稍微有些增大,但仍在可接受范围之内。
主销偏移距的存在会导致纵向力转向,包括驱动和制动力引起的转向。
因此在设计时多取较小的值。
由图6可以看出,主销偏移距在优化后明显降低,变化范围为1318552mm ～1715428mm ,大大降低了纵向力矩敏感性。
前轮的其他定位参数,如前束角、外倾角、主销后倾角,在优化前、后变化不大,在理想范围之内。
图6 主销偏移距优化前、后对比4 结束语本文利用动力学仿真软件ADAM S Car 模块建立了双横臂扭杆独立悬架的动力学模型,并对其进行了车轮同向跳动仿真分析,使用ADAM S In sigh t 优化工具对主销偏移距进行了优化,较好地解决了由于主销偏移距过大而造成的纵向力矩敏感性问题。
参考文献:[1] 汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册设计篇[M ].北京:人民交通出版社,2001.[2] 石博强,申焱华,宁晓斌,等.ADAM S 基础与工程范例教程[M ].北京:中国铁道出版社,2007.Application of ADAM S I n sight i n D ouble W ishboneTorsion Bar I ndependen t Suspen sionW ANG Zheng -hua ,Y I N M i ng -de(Co llege of M echanical and E lectrical Engineering ,N anjing U niversity of A eronantics and A ustronautics ,N anjing 210016,Ch ina )Abstract :O ne of the m ain targets in the design of the front suspensi on is to reduce the k ingp in offset .T h is article is based on m ulti 2body dynam ics theo ry and builds a double w ishbone to rsi on bar independent suspensi on using dynam ics si m ulati on softw are ADAM S Car .U sing ADAM S Insigh t ,the k inem atics analysis is carried out and the suspensi on is op ti m ized in certain extent .F inally ,the goal of reducing the k ingp in offset is attained .Key words :ADAM S ;double w ishbone to rsi on bar suspensi on ;m ulti 2body dynam ics・43・ 机械工程与自动化 2009年第3期 。
