双横臂式前独立悬架的优化设计_本科毕业论文

双横臂式前独立悬架的优化设计_本科毕业论文 摘 要 悬架是汽车上的重要总成之一，悬架的作用是弹性地连接车桥和车架，减缓行驶中车辆受到由路面不平引起的冲击力，保证乘坐舒适和货物完好，迅速衰减由于弹性系统引起的振动，使车轮按一定轨迹相对车身运动。悬架决定着汽车的稳定性、舒适性和安全性，所以研究悬架成为研究汽车中的重要一个环节，ADAMS软件为研究汽车悬架运 设计首先利用ADAMS软件的View功能给定设计点，动学分析提供了帮助。本次毕业 创建悬架模型，通过测试悬架模型得到一些曲线和数据，对比这些曲线和数据之后得出轮胎接地点的侧向滑移量变化是影响悬架的重要因素。所以将目标函数定为车轮接地点的侧向滑移量。然后通过ADAMS软件的后处理功能优化前悬架模型，最后得出使轮胎接地点的侧向滑移量变化最小的一组数据。从而达到优化的效果。 关键词: 双横臂独立悬架; 运动学分析; ADAMS 沈阳理工大学学士学位论文 Abstract Suspense is one of the important parts in a car. Suspense serves as a role that connects the axles and frames in a much bouncing way which can kill the unavoidable shock when the car is on a unsmooth road, thus making sure that the goods in the car cannot be damaged as well as guaranteeing a better driving pleasure. It can quickly kill the shock from the bouncing system to let the wheel move a the course of the car. Suspense determines the stability, riding comfort, and safety. Therefore, analyzing the suspense becomes one of the greatest parts of the whole analysis. ADAMS software did a great help to the analysis of suspense kinematics.The design of ADAMS software first given design points, View function to create suspension model, through the test suspension model get some curves and data, contrast these curves and data that pick up the tyres after the change of lateral sliding site is the important factors affect suspension. So will the objective function as the wheels of lateral slippage pick site. Then through the ADAMS software post-processing function optimization model of the suspension, finally come to pick up the tire place lateral sliding the smallest quantity of set of data. This group of data is finally wanted results. Key words: double wishbone suspension; kinematics analysis; ADAMS 沈阳理工大学学士学位论文 目 录 1 绪论 ................................................................... 1 1.1课题引言 .................................................................................................................. 1 1.2 汽车悬架简介 .......................................................................................................... 1 1.3 汽车悬架分类 ............................................................................................................ 1.4 ADAMS简介 ............................................................................................................. 1.5 本文研究的内容 ...................................................................................................... 2 ........................ 3 2前悬架模型的建立 ................................ 2.1 创建新模型 .............................................................................................................. 3 2.2 添加约束 ................................................................................................................. 4 2.3本章小结.......................................................................................................................6 3前悬架模型运动学分析 .................................................... 7 3.1 添加驱动 ................................................................................................................. 7 3.2测量主销内倾角 ...................................................................................................... 7 3.3测量主销后倾角 .................................................................................................... 10 3.4测量前轮外倾角 .................................................................................................... 12 3.5测量前轮前束倾角 ................................................................................................ 14 3.6测量车轮接地点侧向滑移量 ................................................................................. 17 3.7本章小结 ............................................................................................................... 19 4细化前悬架模型 ......................................................... 21 4.1 创建设计变量 ........................................................................................................ 21 4.2将设计点参数化 ..................................................................................................... 21 4.3将物体参数化 ......................................................................................................... 25 4.4本章小结……………………………………………………………………………..25 5定制界面 ............................................................... 32 5.1 创建修改参数对话窗………………………………….............................................32 5.2 修改菜单栏.................................................................................................................36 5.3 本章小结................................................................................................................. 37 沈阳理工大学学士学位论文 6 优化前悬架模型................................................................................................................ 26 6.1 定义目标函数………………………………………………………………………..26 6.2 优化模型……………………………………………………………………………..26 6.3 察看优化结果………………………………………………………………………..27 .4 本章小结……………………………………………………………………………..31 6 本文 ................................................................ 40 致谢 .................................................................... 41 参考文献 ................................................................ 42 附录A 汉语原文 .......................................................... 43 附录B 英文翻译 .......................................................... 52 沈阳理工大学学士学位论文 1 绪论 1.1 课题引言 在马车出现的时候，为了乘坐更舒适，人类就开始对马车的悬架进行孜孜不倦的探索，随着社会的日益进步和科学技术的不断发展，汽车开始普及，人们对汽车平顺性、稳定性、操控性及其舒适性也有了更高要求。于是对于悬架的研究显得尤为重要。汽车悬架作为车身与车轮之间连接的传力机件，是保证汽车行驶安全的重要部件。汽车悬架对汽车的舒适性、稳定性、平顺性都起着至关重要的影响，因此，提高汽车舒适性的关键就是要提高汽车悬架系统的性能。传统的钢板弹簧式悬架已难以满足汽车行驶舒适性和操纵稳定性等方面提出的要求，本次毕业设计针对双横臂式前独立悬架进行分析，就是通过建立悬架模型，初选悬架各参数，创建设计变量，最后利用ADAMS软件对悬架进行优化，优化出一组使得车轮接地点的侧向滑移量最小的初始点位置。 1.2 汽车悬架简介 悬架是汽车上的重要总成之一，它把车身和车弹性地连接在一起。汽车悬架是车身和车轮之间的一切传力连接装置的总称。一般由弹性元件、减振器和导向元件组成。在汽车行驶过程中，悬架的作用是弹性地连接车桥和车架，减缓行驶中车辆受到由路面不平引起的冲击力，保证乘坐舒适和货物完好，迅速衰减由于弹性系统引起的振动，传递垂直、纵向、侧向反力及其力矩，并起导向作用，使车轮按一定轨迹相对车身运动。悬架决定着汽车的稳定性、舒适性和安全性，是现代汽车十分重要的部件之一。现代汽车悬架的发展十分快，不断出现崭新的悬架装置。 1.3 汽车悬架分类 根据悬架的阻尼和刚度是否随着行驶条件的变化而变化，可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架( 三种悬架的模型图如图1.1所示)，半主动悬架还可以按阻尼级分为有级式和无级式两类。传统的悬架系统的刚度和阻尼系数，是按经验设计或优化设计方法选择的，一经选定后，在车辆行驶过程中，就无法进行调节，因此其减振性能的进一步提高受到限制，这种悬架称为被动悬架。为了克服被动悬架的缺陷，国外在20世纪60年代就提出了主动悬架的概念，主动悬架就是由在悬架系统中采用有源或无源可控制的元件组成。它是一个闭环控制系统，根据车辆的运动状态和路面状况主动作出反应，以抑 沈阳理工大学学士学位论文 制车体的运动，使悬架始终处于最优减振状态。所以主动悬架的特点就是能根据外界输入或车辆本身状态的变化进行动态自适应调节。因此，系统必须是有源的。半主动悬架则由无源但可控制的阻尼元件组成。 在车辆悬架中，弹性元件除了吸收和存贮能量外，还得承受车身重量及载荷，因此，半主动悬架不考虑改变悬架的刚度而只考虑改变悬架的阻尼。由于半主动悬架结构简单，在工作时，几乎不消耗车辆动力，又能获得与主动悬架相近的性能，故应用较广。 路面输入的随机性，车辆悬架阻尼的控制属于自适应控制，即所设计的系统在由于 输入或干扰发生大范围的变化时，能自适应环境，调节系统参数，使输出仍能被有效控制，达到设计要求。它不同于一般的反馈控制系统，因为它处理的具有“不确定性”的反馈信息。 自适应控制系统按其原理不同，可分为校正调节器和模型参考自适应控制系统两大类。由于要建立一个精确的“车辆—地面”系统模型还很困难，故目前的主动悬架，多采用自校正调节器。虽然现代汽车的悬架种类较多，结构差异较大，但一般由弹性元件、减振元件和导向构件组成。工作原理是:当汽车轮胎受到冲击时，弹性元件对冲击进行缓冲，防止对汽车构件和人员造成损伤。但弹性件受到冲击时会产生长时间持续的振动，容易使驾驶员疲劳。故减振元件应快速衰减振动。当车轮受到冲击而跳动时，应使其运动轨迹符合一定的要求，否则会降低汽车行驶的平顺性和操纵稳定性。导向构件在传力的同时，必须对方向进行控制。 根据汽车导向机构不同悬架种类又可分为独立悬架和非独立悬架。非独立悬架其特点是两侧车轮安装于一整体式车桥上，当一侧车轮受冲击力时会直接影响到另一侧车轮上，当车轮上下跳动时定位参数变化小。若采用钢板弹簧作弹性元件，它可兼起导向作用，使结构大为简化，降低成本。目前广泛应用于货车和大客车上，有些轿车后悬架也有采用的。非独立悬架由于非簧载质量比较大，高速行驶时悬架受到冲击载荷比较大，平顺性较差。独立悬架是两侧车轮分别独立地与车架(或车身)弹性地连接，当一侧车轮受冲击，其运动不直接影响到另一侧车轮，独立悬架所采用的车桥是断开式的。这样使得发动机可放低安装，有利于降低汽车重心，并使结构紧凑。独立悬架允许前轮有大的跳动空间，有利于转向，便于选择软的弹簧元件使平顺性得到改善。同时独立悬架非簧载质量小，可提高汽车车轮的附着性。 沈阳理工大学学士学位论文 图1.1 1.4 ADAMS简介 ADAMS，即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)软件，是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件，该软件使用交互式图形环境和零件库，约束库，力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移，速度，加速度和反作用力曲线。它的仿真可用于预测机械系统的性能，运动范围，碰撞检测，峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。 根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额。 ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的 沈阳理工大学学士学位论文 二次开发工具平台。ADAMS软件有两种操作系统的版本:UNIX版和Windows NT/2000版。 ADAMS/View是一个强大的建模和仿真环境，它可以建模、仿真并优化机械系统模型，ADAMS/View可快速对多个设计变量进行分析直到获得最优化的设计。在ADAMS/View中创建模型的步骤与通常创建物理模型的步骤是相同的。尽管列出的创建模型的步骤似乎是一次创建模型成功，然后再对模型进行测试并优化，但建议在创建整个模型之前先建立并测试模型的小的元件，把他们联系在一起，然后运行简单的仿真以测试它们的运动，确保它们运动正确。一旦模型正确，再在其上添加更复杂的模型。 ADAMS/View采用简单的分层方式完成建模工作。采用Parasolid内核进行实体建模，并提供了丰富的零件几何图形库、约束库和力/力矩库，并且支持布尔运算、支持FORTRAN/77和FORTRAN/90中的函数。除此之外，还提供了丰富的位移函数、速度函数、加速度函数、接触函数、样条函数、力/力矩函数、合力/力矩函数、数据元函数、若干用户子程序函数以及常量和变量等。 自9.0版后，ADAMS/View采用用户熟悉的Motif界面(UNIX系统)和Windows界面(NT系统)，从而大大提高了快速建模能力。在ADAMS/View中，用户利用TABLE EDITOR，可像用EXCEL一样方便地编辑模型数据，同时还提供了PLOT BROWSER和FUNCTION BUILDER工具包。DS(设计研究)、DOE(实验设计)及OPTIMIZE(优化)功能可使用户方便地进行优化工作。ADAMS/View有自己的高级编程语言，支持命令行输入和C++语言，有丰富的宏命令以及快捷方便的图标、菜单和对话框创建和修改工具包，而且具有在线帮助功能。ADAMS/View新版采用了改进的动画/曲线图窗口，能够在同一窗口内可以同步显示模型的动画和曲线图;具有丰富的二维碰撞副，用户可以对具有摩擦的二维点,曲线、圆,曲线、平面,曲线，以及曲线,曲线、实体,实体等碰撞副自动定义接触力;具有实用的Parasolid输入/输出功能，可以输入CAD中生成的Parasolid文件，也可以把单个构件、或整个模型、或在某一指定的仿真时刻的模型输出到一个Parasolid文件中;具有新型数据库图形显示功能，能够在同一图形窗口内显示模型的拓扑结构，选择某一构件或约束(运动副或力)后显示与此项相关的全部数据;具有快速绘图功能，绘图速度是原版本的20倍以上;采用合理的数据库导向器，可以在一次作业中利用一个名称过滤器修改同一名称中多个对象的属性，便于修改某一个数据库对象的名称及其说明内容;具有精确的几何定位功能，可以在创建模型的过程中输入对象的坐标、精确地控制对象的位置;多种平台上采用统一的用户界面、提供合理的软件 沈阳理工大学学士学位论文 文档;支持Windows NT平台的快速图形加速卡，确保ADAMS/View的用户可以利用高性能OpenGL图形卡提高软件的性能;命令行可以自动各种操作命令，进行自动检查。 1.5 本文研究的内容 本文利用ADAMS/View软件创建汽车的双横臂式前独立悬架模型 (FRONT_SUSP.bin)悬架模型的主销长度为330mm，主销内倾角为10度，主销后倾角为2.5度，上横臂长350mm，上横臂在汽车横向平面的倾角为11度，上横臂轴水平斜置角为-5度，下横臂长500mm,下横臂在汽车横向平面的倾角为9.5度，下横臂水平斜置角为10度，车轮前束角为0.2度。通过添加驱动观察悬架模型的运动仿真情况，对优化结果进行分析，发现最坏的影响参数，然后进一步将此参数作为目标函数进行优化分析。得到一组最优值，达到优化前悬架的目的。 沈阳理工大学学士学位论文 2 创建前悬架模型 2.1 创建新模型 打开ADAMS/View,创建新模型名称为FRONT_SUSP，建立八个设计点，他们的名称和位置见图2.1。 图2.1 设计点的位置 八个关键点设置完成后，利用ADAMS/View中零件库的各种命令(如图2.2)进行创建主销(半径为20)、创建上横臂(半径为20)、创建下横臂(半径为20)、创建拉臂(半径为15)、创建转向拉杆(半径为15)、创建转向节(半径为20)、创建车轮(半径为375、长度为215)、创建测试平台以及创建弹簧。其中弹簧的刚度为129.8阻尼为6000。最后的模型如图2.3所示。 图2.2 软件命令 沈阳理工大学学士学位论文 图2.3 创建完的悬架模型 2.2 添加约束 点击ADAMS/View中约束库的约束副命令，分别在正确位置创建球副、创建固定副、创建旋转副、创建移动副以及点-面约束副。 创建球副:选择上横臂和主销为参考物体，选择设计点“UCA_outer”为球副的位置点，创建上横臂和主销之间的约束副。选择下横臂和主销为参考物体，选择设计点“LCA_outer”为球副的位置点，创建下横臂和主销之间的约束副。选择转向拉杆和拉臂为参考物体，选择设计点“tie_rod_outer”为球副的位置点，创建转向拉杆和拉臂之间的约束副。选择设计点“tie_rod_inner” 为球副的位置点，创建转向拉杆和大地之间的约束副。如图2.4所示。 创建固定副:选择拉臂和主销为参考物体，选择设计点“knuckle_inner”为固定副的位置，创建拉臂和主销之间的约束副。选择转向节和主销为参考物体，选择设计点“knuckle_inner”为固定副的位置，创建转向节和主销之间的约束副。选择车轮和转向节 沈阳理工大学学士学位论文 为参考物体，选择设计点“knuckle_inner”为固定副的位置，创建车轮和转向节之间的约束副。如图2.5所示。 图2.4 设置球副 图2.5 设置固定副 其它约束副的做法类似，其中旋转副的选项以及修改对话框如图2.5、2.6、2.7所示。最后保存前悬架模型。 沈阳理工大学学士学位论文 图2.6 设置旋转副 图2.7 修改旋转副对话框 图2.8 移动目标对话框 2.3 本章小结 本章在ADAMS/View环境下给定了设计点并且建立汽车的前悬架模型，并对模型添加了相应的约束，为下一章汽车前悬架模型的运动学分析打下基础。 沈阳理工大学学士学位论文 3 前悬架模型的运动学分析 3.1 添加驱动 点击ADAMS/View中驱动库的直线驱动，选择测试平台和大地的移动副约束，创建直线驱动。修改直线驱动的函数达式为100*sin(360d*time)如图3.1所示。 图3.1 添加驱动对话框 函数表达式为100*sin(360d*time)表示车轮的上跳和下跳行程均为100mm。 3.2 测量主销内倾角 编辑主销内倾角的函数表达式为ATAN(DX(MARKER_2, MARKER_4)/DY(MARKER_2, MARKER_4))。如图3.2、3.3和3.4所示。 沈阳理工大学学士学位论文 图3.2 使用助理功能 图3.3 测量两点在X轴方向的距离 沈阳理工大学学士学位论文 图3.4 函数编辑器 同时系统生成主销内倾角变化的测量曲线，设置终止时间为1，工作步为100，进行仿真，主销内倾角随车轮的跳动的变化曲线如图3.5所示。 图3.5 主销内倾角随车轮的跳动的变化曲线 沈阳理工大学学士学位论文 当车轮在最下端时，主销内倾角为10.25度，随着向上到-25mm位移处跳动逐渐减小，然后跳动至100mm过程中逐渐增大至11.7度。主销内倾角在其允许范围内，变化量为1.45度，可以接受。 主销内倾角使得主销轴线与路面交点到车轮中心平面与地面交线的距离减小，从而减小转向时驾驶员加在方向盘上的力，使转向操纵轻便，同时也可减少从转向轮传到方向盘上的冲击力。主销内倾角也不宜过大，否则加速了轮胎的磨损。 3.3 测量主销后倾角 点击ADAMS/View创建新的测量函数。编辑主销内倾角的函数表达式为ATAN(DZ(MARKER_2, MARKER_4)/DY(MARKER_2, MARKER_4))。如图3.6所示。 图3.6 函数编辑器 同时系统生成主销后倾角变化的测量曲线，设置终止时间为1，工作步为100，进行仿真， 主销后倾角随车轮的跳动的变化曲线如图3.7所示。 沈阳理工大学学士学位论文 图3.7 主销后倾角随车轮的跳动的变化曲线 由主销后倾角随车轮的跳动的变化曲线可以看出车轮位移为-100mm时主销后倾角为2.54度，随着向上到-25mm处稍微降低，然后向上跳动至100mm处逐渐增大至2.55度。主销后倾角变化范围为2.54度到2.55度，变化量很小，在其正常范围内。可以接受。 主销后倾是四轮定位中的一个项目，是设计汽车转向桥时使主销与车轴纵向平面内有一个向后的倾角，即主销轴线与地面的垂线之间的夹角。作用是使车轮自动回正，提高转向操纵的稳定性。其一般不超过2度到4度。 3.4 测量前轮外倾角 点击ADAMS/View创建新的测量函数。编辑主销内倾角的函数表达式为ATAN(DY(MARKER_4, MARKER_2)/DX(MARKER_4, MARKER_2))。如图3.8所示。 沈阳理工大学学士学位论文 图3.8 函数编辑器 同时系统生成前轮外倾角变化的测量曲线，设置终止时间为1，工作步为100，进行仿真， 前轮外倾角随车轮的跳动的变化曲线如图3.9所示。 图3.9 前轮外倾角随车轮的跳动的变化曲线 沈阳理工大学学士学位论文 由前轮外倾角随车轮的跳动的变化曲线可以看出车轮位移为-100mm时前轮外倾角为-1.0度，随着向上到-25mm处逐渐增大至-0.75度，然后向上跳动至100mm处逐渐降低至-2.4度。前轮外倾角变化范围为-0.75度到-2.4度，变化量为1.65度，在其正常范围内。可以接受。 前轮外倾角是指前轮所在平面不是完全与地面垂直的，而是与地面有一个向外的倾斜角，当在比较平坦的路面上行进时，汽车方向会有一定误差的偏离，在一定等到误差范围内，前轮能够自己回到中间向前的方向的位置，这样，即使路面稍有一点不平也没关系，汽车的行进方向都会基本不变。 3.5 测量前轮前束角 点击ADAMS/View中，选择build>measure>function>new,创建新的测量函数。函数名称toe_angle。编辑前轮前束角的函数表达式为ATAN(DZ(MARKER_4, MARKER_2)/DX(MARKER_4, MARKER_2))。如图3.10所示 图3.10 函数编辑器 沈阳理工大学学士学位论文 同时系统生成前轮前束角变化的测量曲线，设置终止时间为1，工作步为100，进行仿真，前轮前束角的变化曲线如图3.11所示。 图3.11 前轮前束角随车轮的跳动的变化曲线 由前轮外倾角随车轮的跳动的变化曲线可以看出车轮位移为-100mm时前轮前束角为-0.2度，随着向上到-50mm处逐渐增大至0.5度，然后向上跳动至100mm处逐渐降低至-1.25度。前轮前束角变化范围为0.5度到-1.25度，变化量为0.75度，在其正常范围 内，可以接受。 前轮外倾有使前轮向外转向的趋势，前轮前束有使车轮向内转向的趋势，可以抵消因前轮外倾带来的不利影响，使车轮直线滚动而无横向滑拖的现象，减少轮胎磨损。悬架系统铰接点的变形，也使前轮有向外转向的趋势，也要靠前轮前束来补偿。可以提高车辆操控性和轮胎寿命。一般前束值为0~12mm。 3.6 测量车轮接地点的侧向滑移量 先在车轮上建一个marker点，为marker46(-150，-270，0)然后在大地上建marker47(-150，-270，0)。 点击ADAMS/View中，选择build>measure>function>new,创建新的测量函数。函数名称sideways_displacement。编辑车轮接地点的侧向滑移量的函数表达式为DX(MARKER_46, MARKER_47)。如图3.12所示 沈阳理工大学学士学位论文 图3.12函数编辑器 同时系统生成车轮接地点的侧向滑移量的测量曲线，设置终止时间为1，工作步为100，进行仿真，车轮接地点的侧向滑移量随车轮的跳动的变化曲线如图3.13所示。 沈阳理工大学学士学位论文 图3.13 车轮接地点的侧向滑移量随车轮的跳动的变化曲线 由前轮外倾角随车轮的跳动的变化曲线可以看出车轮位移为-100mm时侧向滑移量为-5mm，然后向上跳动至100mm处逐渐增大至38mm。其变化量为43mm，非常的大，不在正常范围内，不但对轮胎寿命严重的影响，也使操纵性和稳定性大大的减弱，对汽车的影响也会很大，从汽车的稳定性、舒适性、平顺性、以及轮胎磨损等各个角度考虑，这么大的车轮接地点的侧向滑移量都是不能够允许的。因此本课题将车轮接地点的侧向滑移量作为目标函数进行优化。 3.7 本章小结 本章对汽车的前悬架模型进行了仿真测试，通过对各测量曲线的分析比较，发现车轮接地点的侧向滑移量变化太大，这么的的车轮接地点的侧向滑移量不仅会使车辆的操纵稳定性受到影响，使车辆偏离原来的行驶轨迹，同时还会使轮胎的磨损加快。因此，我们将如何减小轮胎接地点的侧向滑移量作为优化设计的目标。为下一章细化车轮模型提出理论依据。 沈阳理工大学学士学位论文 4 细化前悬架模型 4.1 创建设计变量 ADAMS参数化设计的过程就是使用设计变量的过程，用设计变量的值来代替设计 参数的值。系统通过不断修改设计变量的值，来使目标函数的值不断的进行优化，最终 达到最优值。 结合此悬架模型以及上述优化分析的理论基础，先要建立设计变量，创建的设计变量如 表4-1所示。 表4-1 创建的设计变量 变量名称 代表的几何参数 单位 值 设计取值范围 DV1 330 310~350 主销长度 毫米 DV2 10 5~15 主销内倾角 度 DV3 2.5 0~6 主销后倾角 度 DV4 350 300~400 上横臂长度 毫米 DV5 11 8~15 上横臂在横向平度 面的倾角 DV6 5 0~10 上横臂水平斜置度 角 DV7 500 480~550 下横臂长度 毫米 DV8 9.5 5~15 下横臂在横向平度 面的倾角 DV9 10 5~15 下横臂水平斜置度 角 沈阳理工大学学士学位论文 图4.1 创建设计变量对话框 4.2 将设计点参数化 由于系统需要不断的修改模型的几何参数来寻找最佳值，因此首先需要把设计点参数化，设计点的初始位置见前面的表4-1所示。将设计点参数化的方法是在点编辑器中将设计点的坐标用包含设计变量的表达式来表达。 在设计点“UCA_outer“的X坐标栏中输入表达式: (.FRONT_SUSP.ground.LCA_outer.loc_x+.FRONT_SUSP.DV_1*cos(.FRONT_SUSP.DV_ 3)*sin(.FRONT_SUSP.DV_2))。如图4.2所示。 沈阳理工大学学士学位论文 图4.2 函数编辑器 同样的道理,在设计点“UCA_outer“的Y坐标栏中输入表达式: (.FRONT_SUSP.ground.LCA_outer.loc_y+.FRONT_SUSP.DV_1*cos(.FRONT_SUSP.DV_3)*cos(.FRONT_SUSP.DV_2)) 在设计点“UCA_outer“的Z坐标栏中输入表达式: (.FRONT_SUSP.ground.LCA_outer.loc_z+.FRONT_SUSP.DV_1*sin(.FRONT_SUSP.DV_3)) 在设计点“UCA_inner“的X坐标栏中输入表达式: (.FRONT_SUSP.ground.UCA_outer.loc_x+.FRONT_SUSP.DV_4*cos(.FRONT_SUSP.DV_6)*cos(.FRONT_SUSP.DV_5)) 在设计点“UCA_inner“的Y坐标栏中输入表达式: (.FRONT_SUSP.ground.UCA_outer.loc_y+.FRONT_SUSP.DV_4*cos(.FRONT_SUSP.DV_6)*sin(.FRONT_SUSP.DV_5)) 在设计点“UCA_inner“的Z坐标栏中输入表达式: 沈阳理工大学学士学位论文 (.FRONT_SUSP.ground.UCA_outer.loc_z+.FRONT_SUSP.DV_4*sin(.FRONT_SUSP.DV_6)) 在设计点“LCA_inner“的X坐标栏中输入表达式: .FRONT_SUSP.ground.LCA_outer.loc_x+.FRONT_SUSP.DV_7*cos(.FRONT_SUSP.DV_9)*cos(.FRONT_SUSP.DV_8) 在设计点“LCA_inner“的Y坐标栏中输入表达式: .FRONT_SUSP.ground.LCA_outer.loc_y+.FRONT_SUSP.DV_7*cos(.FRONT_SUSP.DV_9)*sin(.FRONT_SUSP.DV_8) 在设计点“LCA_inner“的Z坐标栏中输入表达式: .FRONT_SUSP.ground.LCA_outer.loc_z-.FRONT_SUSP.DV_7*sin(.FRONT_SUSP.DV_9) 在设计点“knuckle_inner“的X坐标栏中输入表达式: .FRONT_SUSP.ground.LCA_outer.loc_x+109*cos(.FRONT_SUSP.DV_3)*sin(.FRONT_SUSP.DV_2) 在设计点“knuckle _inner“的Y坐标栏中输入表达式: .FRONT_SUSP.ground.LCA_outer.loc_y+109*cos(.FRONT_SUSP.DV_3)*cos(.FRONT_SUSP.DV_2) 在设计点“knuckle _inner“的Z坐标栏中输入表达式: .FRONT_SUSP.ground.LCA_outer.loc_z+109*sin(.FRONT_SUSP.DV_3) 在设计点“knuckle _ outer “的X坐标栏中输入表达式: .FRONT_SUSP.ground.Knuckle_inner.loc_x-254*cos(0.2d)*cos(1d) 在设计点“knuckle _ outer “的Y坐标栏中输入表达式: .FRONT_SUSP.ground.Knuckle_inner.loc_y-254*cos(0.2d)*sin(1d) 在设计点“knuckle _ outer “的Z坐标栏中输入表达式: .FRONT_SUSP.ground.Knuckle_inner.loc_z-254*sin(0.2d) 完成以上的函数输入后，按列表编辑器的“OK“，将设计点进行参数化。 沈阳理工大学学士学位论文 4.3 将物体参数化 在修改圆柱体的对话窗口中，将圆柱体的长度设置为变量“DV_1“。 同样，将上横臂的圆柱体长度设置为变量“DV_4“，将下横臂的长度设置为“DV_7 将拉臂的圆柱体长度设置为: SQRT((.FRONT_SUSP.ground.Knuckle_inner.loc_x-.FRONT_SUSP.ground.Tie_rod_outer.loc_x)**2+(.FRONT_SUSP.ground.Knuckle_inner.loc_y-.FRONT_SUSP.ground.Tie_rod_outer.loc_y)**2+(.FRONT_SUSP.ground.Knuckle_inner.loc_z-.FRONT_SUSP.ground.Tie_rod_outer.loc_z)**2)。如图4.3所示。 通过以上步骤，对受设计点参数化影响的主销、上横臂、下横臂和拉臂的长度进行 了参数化。 图4.3 函数编辑器 参数化几何体是指将几何体的参数用包含设计变量的表达式表达，这样设计变量的 改变就可以驱动几何体尺寸特性的改变。 沈阳理工大学学士学位论文 5 定制界面 为了方便修改前悬架的几何参数，本章将在对话框中直接对悬架的几何结构参数进行设定，在优化设计完成后可以根据实际需要对优化仿真的结果进行微调，从而方便的确定最终的模型参数。 5.1 创建修改参数对话窗 同模型对象一样ADAMS中大部分的窗口 、菜单或对话框等界面都存储在模型的数据文件库的子系统中。在本模型中将悬架的几何参数化之后，可以通过创建对话框的方式，在对话框中直接对悬架的几何结构参数进行设定，在优化设计完成后可以根据实际需要对优化仿真的结果进行微调，从而方便的确定最终的模型参数。 整个创建过程如图5.1创建新对话窗窗口、5.2修改滑动条的大小和位置、5.3输入滑动条的取值及其范围、5.4输入命令以及5.5(5.6、5.7)新建的对话窗。 图5.1 创建新对话窗窗口 沈阳理工大学学士学位论文 图5.2 修改滑动条大小和位置 图5.3 输入滑动条的取值及其范围 沈阳理工大学学士学位论文 图5.4 输入命令 创建好的修改主销参数对话窗如图6.5所示。 图5.5 修改主销参数对话窗 沈阳理工大学学士学位论文 图5.6 修改上横臂参数对话窗 图5.7 修改下横臂参数对话窗 5.2 修改菜单栏 在“menu1 help”前面加入下列命令如图5.8所示. 沈阳理工大学学士学位论文 图5.8编辑菜单命令 输入图中命令后就可以打开它们对应的对话窗，以修改悬架的几何参数。 5.3 本章小结 在本模型中将悬架的结构几何参数化之后，通过创建对话框的方式，在对话框中直接对悬架的几何参数进行设定。方便了悬架的调在优化设计完成根据实际需要对优化仿真的结果进行微调，从而方便的确定最终的模型参数。 沈阳理工大学学士学位论文 6 优化前悬架模型 6.1 定义目标函数 在模型中，由于我们是要尽量减小轮胎接地点的侧向滑移量，因此选定目标函数的时候，我们选择车轮接地点的侧向滑移量值的绝对值作为分析目标，系统将对此目标进行优化计算，找到最优值。 目标函数的定义方法与其他测量函数的定义方法一样，目标函数通过以下表达式来定义:ABS(.FRONT_SUSP.sideways_displacement) 系统生成目标函数“object_fun”的曲线窗口，点击仿真按钮，可以看到目标函数的值始终为正数。如图6.1所示。 图6., 目标函数曲线 6.2 优化模型 在开始优化模型之前，还需要对优化选项进行设置。我们的设计目标是要将上述目标函数的最大值尽量减小，然后通过对前面定义的DV_4 、DV_,、DV_,、DV_,不断的进行修改，然后计算此目标函数，使其达到最优。优化的设计变量为 “.FRONT_SUSP.DV_4、.FRONT_SUSP.DV_5、.FRONT_SUSP.DV_7 、.FRONT_SUSP.DV_8”优化的目标为目标的最小值，选择和输入选项如图6.2所示。 沈阳理工大学学士学位论文 图6.2 优化设计变量对话窗 6.3 察看优化结果 优化完成后系统弹出显示优化结果的信息窗口，如图6.3所示。 沈阳理工大学学士学位论文 图6.3 信息窗口 由优化结果可以看出:原来上横臂长度(346mm)、上横臂在汽车横向平面的倾角(11度)、下横臂长度(500mm)、下横臂在汽车横向平面的倾角(9.5度)的值最终优化为341.02mm(-1.44%)、11.814度(+7.4%)、502.32mm(+0.46%)和6.0553度(-36.3%)。车轮接地点的侧向滑移量由初始的19.6152mm下降为4.6763mm(-76.2%)，大大地降低了轮胎的磨损情况。 系统总共进行了5次迭代，每次迭代后，目标函数的变化情况可以从图6.4曲线中直观的反映出来。 沈阳理工大学学士学位论文 图6.4 目标函数的优化结果 另外还可以看到优化以后的主销内倾角的变化曲线如图6.5所示。 图6.5 优化后的主销内倾角变化曲线 主销内倾角的变化范围为9.2度到14.3度，变化量为5.1度，变化范围有所增大，但是还是在可以接受的范围之内。 优化以后的主销后倾角的变化曲线如图6.6所示。 沈阳理工大学学士学位论文 图6.6 优化后的主销后倾角变化曲线 主销后倾角的变化范围为3.85度到5.65度，变化量为1.8度，变化范围有所减小，但是还是在可以接受的范围之内。 优化以后的前轮外倾角的变化曲线如图6.7所示。 图6.7 优化后的前轮外倾角变化曲线 前轮外倾角的变化范围为-3.15度到2.2度，变化量为5.35度，变化范围有所增大，但是还是在可以接受的范围之内。 优化以后的前轮前束角的变化曲线如图6.8所示。 沈阳理工大学学士学位论文 图6.8 优化后的前轮前束角变化曲线 前轮前束角的变化范围为-1.3度到0.5度，变化量为1.8度，变化范围有所增大，但是还是在可以接受的范围之内。 优化以后的车轮接地点的侧向滑移量的变化曲线如图6.9所示。 图6.9 优化后的车轮接地点的侧向滑移量的变化曲线 车轮接地点的侧向滑移量的变化范围为0mm到4.68mm，变化量为4.68mm，变化范围大大的减小，提高了汽车的舒适性、平顺性、稳定性以及提高了轮胎的使用寿命。 6.4 本章小结 本章建立了目标函数，“object_fun”，并对函数进行了优化分析，最后生产曲线， 沈阳理工大学学士学位论文 经过对数据的前后对比，发现优化后车轮的接地点侧向滑移量大大的减小，有效的提高 了汽车稳定性、平顺性、舒适性以及防止了轮胎的磨损。 沈阳理工大学学士学位论文 本文总结 本次设计通过给定设计点创建前悬架模型、测试前悬架模型、细化前悬架模型、优化前悬架模型、定制界面等一系列过程，先得到一组测量曲线，通过分析比较这些曲线的数据发现车轮接地点的侧向滑移量变化范围很大，严重了影响了汽车的稳定性、平顺性、舒适性和车轮的轮胎使用寿命，所以把目标函数设定为车轮接地点的侧向滑移量， 、DV_5、DV_7、针对车轮接地点的侧向滑移量进行进一步的优化，设计变量为DV_4DV_8。在后处理模块中将目标函数进一步优化得到使车轮接地点的侧向滑移量最小的一组数据。结果上横臂长度、上横臂在汽车横向平面的倾角、下横臂长度、下横臂在汽车横向平面的倾角的值最终优化为341.02mm、11.814度、502.32mm和6.0553度。车轮接地点的侧向滑移量由初始的19.6152mm下降为4.6763mm，车轮接地点的侧向滑移量大大降低，减小了车轮的磨损，更好的保护了汽车，提高了汽车的乘坐舒适性、稳定性，可靠性。为汽车悬架的运动学分析提供了有利的帮助。 沈阳理工大学学士学位论文 致 谢 经过近半年的学习和设计，我的毕业设计接近尾声，其中的辛苦和付出很多，中间碰到过许多难题，但是有老师、同学、朋友在身边的鼓励和帮助，使我满怀感激与动力，真难以想象没有你们的支持怎样完成，在此感谢你们的帮助。 首先我要感谢的就是我的指导教师梁继辉老师，从论文的选题到最后的定稿，多次询问我的进度和问题，并给我悉心的指导与帮助，帮我开拓研究思路，在整个毕业设计过程中，对我要求很严格，并且时刻监督我，让我没有松懈的心态，对我有很大的帮助。梁老师严谨求实的态度，诲人不倦的精神，一丝不苟的作风不仅授我以文，也教我做人，这四年中对梁老师充满了感激之情。 第二感谢我的大学老师，你们把知识毫无保留的奉献给我们，为我们的专业打下良好的基础，让我们在以后的工作中受益匪浅。 第三我要感谢一起学习的同学们，大家在一起做毕业设计的时候，遇到问题一起讨论，人多力量大，问题就会迎刃而解。紧张之余也缓解了心态，气氛也很融洽。 最后感谢的就是答辩组的老师，在期中检查时给我提供的建议，对我以后程序的完善有很大的帮助。 毕业设计的顺利完成对我的意义很重大，影响深远。是一次能力的培养，知识的扩展，思维的开拓。为以后的工作和研究打下坚实的基础。 沈阳理工大学学士学位论文 参考文献 【1】 陈家瑞. 汽车构造. 第三版. 机械工业出版社 【2】 余志生. 汽车理论. 第三版. 机械工业出版社 【3】 王望予. 汽车设计. 第三版. 机械工业出版社 【4】 李军. 邢俊文. 谭文杰. ADAMS实例教程. 北京理工大学出版社. 2002 【5】 刘惟信. 汽车设计. 清华大学出版社 【6】 巩云鹏. 田万禄. 张祖立. 机械设计课程设计. 东北大学出版社 【7】 孙志礼. 冷兴聚. 魏延刚. 机械设计. 东北大学出版社 【8】 吉林工业大学汽车教研室. 汽车设计. 机械工业出版社 【9】 汽车工程手册. 人民交通出版社 【11】 Mechanical Dynamics Inc. Road Map to ADAMS/View Documentation 【12】 Mechanical Dynamics Inc. Road Map to ADAMS/Car Documentation 【13】 Mechanical Dynamics Inc. Road Map to ADAMS/Solver Documentation 沈阳理工大学学士学位论文 附录A 汉语原文 摘 要 本文主要研究轻型汽车前独立悬架的设计分析方法以及轮胎磨损与悬架运动、前轮定位参数的关系。 首先对双横臂独立悬架的各主要组成部件如减振器的选型设计、横向稳定杆的设计校核、扭杆弹簧设计以及对双横臂式和麦弗逊式独立悬架的运动进行了分析，提出了相应的计算方法，编制了一套具有一定实用价值的前独立悬架设计分析软件。并且采用前轮定位仪，进行了实验验证。 论文对双横臂独立悬架参数提出以减小轮胎磨损为优化目标，进行了优化设计。提出了通过优选、调整悬架初始位置状态，以及优化确定转向横拉杆断开点位置的方法，来减小轮胎磨损。同时采用正交实验的方法分析了双横臂独立悬架各结构参数和安装参数对悬架性能和轮胎磨损的影响，确定出最大的影响因素及次要因素。 然后从轮胎模型入手分析前轮定位参数同轮胎磨损的关系。以轮胎磨损能量作为评价指标，选取刷子轮胎模型，对轮胎在稳态纵滑状态下、稳态纵滑侧偏状态下和边界条件下的轮胎磨损进行了分析研究，确定了量化模型。并以轮胎侧偏角为中间变量，建立了前轮定位参数同轮胎磨损之间关系的数学模型，进行了计算机仿真计算。从而可对悬架进行进一步的优化设计，以减小对轮胎磨损的影响，提高车辆的行驶性能和使用经济性。 关键词:汽车;独立悬架;轮胎磨损;定位参数 沈阳理工大学学士学位论文 悬架系统原理 悬架系统虽不是汽车运行不可或缺的部件，但有了它人们可以获得更佳的驾驶感受。简单的说，它是车身与路面之见的桥梁。悬架的行程涉及到悬浮于车轮之上的车架，传动系的相对位置。就像横跨于旧金山海湾之上的金门大桥，它连接了海湾两侧。去掉汽车上的悬架就像是你做一次冷水潜泳通过海湾一样，你可以平安的渡过整个秋天，但会疼痛会持续几周之久。想想滑板吧～它直接接触路面你可以感受到每一块砖，裂隙及其撞击。这简直就是一种令人全身都为之震颤的体验。当轮子滑过路面时，就会在此产生震动，冲击，这种震动的旅程时对你的身体和勇气的检验。如果你没感到随时都有被掀翻之势，那么你或许会乐在其中吧～这就是你会在没有悬架的汽车上将会体验到的。汽车的悬架分为两种基本类型:整体和独立悬架。 整体悬架(也叫刚性梁，刚性轴)是联接车辆上下两部分的一种主要形式。正如其名，它是用一根金属——轴，来连接两侧车轮的。钢板弹簧在车架之下;在两半轴中间装有差速器，允许两侧的轮子以不同的角速度旋转。 整体式悬架的车辆在行进中，由于两侧的车轮共用一根周因此，当某一侧车轮跳动时另一侧也会随之运动。它们的反馈结果就像是一个整体。可以想像的到，这不可能有舒适的驾驶体验的。 虽然可以借助于弹簧来衰减猛烈的震动，但仍然存在较强的震动。那么，既然如此为什么还要用这种悬架呢,第一，它很坚固，由于采用了一体化的结构，固定轴式悬架系统具有着其他方式悬架不可替代的承载能力。它们经常应用于行驶于较差路况的车辆。你可以在卡车和重载车辆上见到它。 一种由固定轴式悬架变形系统叫做TIB悬架系统(或叫半固定轴式)。在这种结构中，有两根刚性轴而非一根。这种设计可兼得较大的刚性和较好的韧性，通常用于轻卡的前悬。 另外一种基本结构是叫做独立悬架的系统。想它的名字一样，它是由两个独立存在的“桥”分别连接两侧的车轮。到目前为止，这种结构可以提供最舒适的乘坐环境，多见于乘用车，小型货车和其他的小型车辆。这是目前较为流行的一种悬架系统。如果你喜欢较软的悬架，那么独立悬架无疑是最佳选择。除了轴，车轮，轮胎，今天的悬架系统使用的两个重要部件是弹簧和减震器，以增强车辆的安全和舒适性。 弹簧: 在一辆车上弹簧是悬架系统的主要部件。有集中不同的弹簧，比如扭杆弹簧，但几 沈阳理工大学学士学位论文 乎所有的车辆都采用螺旋弹簧来构成四轮独立悬架系统。许多卡车也用螺旋弹簧，而重载卡车则使用 弹簧安装于其后悬。 弹簧可以减缓和储存来自路面的振动，冲击等能量。它通过压缩和伸展来衰减振动。当一辆车子的某一个轮子遇到一个凸起而向上跳动时，弹簧就会衰减额外的能量。以此来保证能量传递的连贯性，在此过程中确保车轮始终与路面保持接触。 弹簧压缩或伸展量的大小是由“弹簧刚度”决定的。弹簧刚度以每英寸的变形量是 1 inch/pound,所以200磅的负荷可以产生2 inch的变由多少载荷所引起来表示的。比如, 形量。弹簧变形量是由很多的因素决定的。对于螺旋弹簧而言，包括有效圈数，弹簧中径，弹簧钢丝直径。有效圈数越少，刚度越小。 弹簧的设计影响到车辆的舒适性与操纵稳定性。由于弹簧衰减了大部分的能量，因而可以提供较好的驾驶环境。毕竟它可以衰减由于路面产生的能量。但总会有工程交换的。这种弹簧会使车辆的重心较高，从而在轮子跳动时导致不稳定工况。这种工况的产生是由于弹簧的压缩和伸展的量不同而引起的。车身的“翻滚”大都发生在悬架之上。这种“翻滚”叫做载荷转移，是由于某一车轮跳动是汽车的重心偏移的离心力所引起的。载荷转移可能导致某一车轮承受较大的附加载荷，这将会产生有害的拖拽力，不利于操纵稳定性。 减振器: 悬架的另外一个重要部件是减震器。减震器在悬架系统中扮演着衰减振动最后防线的角色，而这本是弹簧的职责。减振器可以衰减由于路面致使弹簧上下跳动而产生的振动的影响。人们不喜欢限程减振器;他们更喜欢阻尼器。如果不加处理——就是被你，我叫做振动衰减器东西。减振器工作中有两个行程――压缩和伸张。压缩行程发生在活塞向下运动，在活塞套筒密闭的内室向下挤压液压油。伸张行程发生在活塞向上方的套筒顶部运动时，此时被压缩的液体将向上充满套筒。 如果没有减振器，弹簧衰减的能量将会以不可控制的速率释放。弹簧的惯性将导致它猛烈的弹回和扩张。这时弹簧还可以再次被压缩，但是又会被压缩过量。此后，弹簧仍旧会以其自然频率被弹回直至它的能量被摩擦力损耗完。这种作用十分不利于车辆稳定性。 迷惑了吧? 下面是个模型(来阐释这个概念)。如果你有一个绷带 ——并且近日又没用它，你可以用它做个试验。用手拿着它在空中使他压缩。现在，拿着一端放开另一端，绷带就会衰减由于地心引力而产生的潜在能量。(就像车上的弹簧衰减路面的振 沈阳理工大学学士学位论文 动那样)，它会上上下下的持续很长时间。如果一辆车没有减振器的协作它就会像这样。 你可能听过“支撑杆”这个单词，或者更平常点的麦弗逊—支撑杆。这个杆通常是作为减震器的主要结构部件。对于支撑杆，减振器是安装在螺旋弹簧内圈的。如此也可减少空间，成本也不高。许多车都用麦弗逊式的结构。振动和支撑杆可以帮助控制悬架在允许的范围内快速运动。这对于保持轮胎与地面接触是很重要的。大多数的减振器在设计时更多的考虑增加弹簧伸展循环的阻力。这是因为扩张行程决定着汽车弹簧的重量 ,――100%)。另一方面，压缩行程决定着车辆的非悬架质量(车(通常为悬架重量的50 轮，轮胎，刹车，一半的悬架质量)。很明显，簧上质量要远大于簧下质量。所有现代汽车的减振动器都是快速反映类型的――悬架系统运动的越快，则减振器产生的阻尼力越大。这样就使车辆适应不同的道路状况，且可使在运动行的车辆里不希望发生的运动得以控制。包括，振动，左右摇摆，制动前倾，和加速后倾。 横向稳定杆 横向稳定杆(也叫作防止滚动杆)是用来协同减振器或支撑杆工作的以保持车辆的持续稳定性。横向稳定杆是用金属做成的圆杆，横跨车辆中心线，有效的连接在悬架的两边。当一个车轮上的悬架上下跳动时，横向稳定杆可以传递运动的能量给另一边的车轮。这就增加了一个运动，而且，减少了车辆的倾斜。具有特殊意义的是:它可以防止在某一单独的车轮上的悬架产生较大的倾斜。由于这个原因，几乎当今所有的乘用车加装了横向稳定杆，且示为标配。如果没有，也可以随时的装上—一点不难。 现在，你就知道它—汽车悬架的基本原理。我们只是复杂的原理简单化处理了。 未来的悬架: 当加强和改进弹簧和减振器时，汽车悬架的基本设计并没有同步进行，也没有什么重大革命性的发展。但是这一切都随着BOSE公司的悬架品牌的引入而发生改变--就是那个在声学因发明创造引以为名的公司。一些专家已经在说—BOSE的悬架是自汽车技术引入全独立悬架以来在汽车悬架的最重大的进步。 它是怎么工作的呢,BOSE的系统是在每一个车轮上装一个线控电磁马达(LEM)以控制一组减振器和弹性元件的状态。功率放大器提供电力对马达在这种情况下他们的力量再生以系统的各压缩。 马达的主要好处是, 他们因具有惯性，不限制于固有的在常规基于流体的阻尼特性。所以，一个LEM可以在任何的速度伸张和压缩，自然它可衰减乘员舱体的所有振动。轮子的运动可以被很好的控制，因而，在轮子的任何运动状态车体都可以保持可以接受的状态。LEM同样可以在汽车加、减速，转弯时产生的倾 沈阳理工大学学士学位论文 角较小，让驾驶员以更好的状态驾驶汽车。不幸的是，当它通常都是出现在高端，甚至是超豪华的车上时，2009年之前是不可能有这种具有理想变换特性的悬架系统在普通车上见到的。在那以前，驾驶员所能体验到的仍旧是几个世纪以来的对付不平路面的方法。 如果更深入的学习你会接触到更加专业的知识，看看特殊的弹簧和悬架的安装了解一下它们的优，缺点。 多注意路上跑(的车子)，并且留心那些悬架的结构，那样你会学到不少的东西。其实，在我们生活中有许多值得学习的，我们应该做的就是注意观察。 沈阳理工大学学士学位论文 附录B 英文翻译 Abstract The method of independem suspension design is studied in detail andthe relation among suspension movement，front wheel alignment parametersand tyre wear is analysed in this paper( Firstly,the big indpendent designmethods of main components of double-linksindependent suspension，including shock absorber’choosing， antiroU bar’scalculation，torque bar spring’s design，are presented and movement ofdouble—links indpendent suspension is analysed(So a soRware which isused to design optimal and analyse independent suspension is programmed(Meanwhile，me experiment to Verifythe result is made with the equipment ofthe front wheel alignment( Then an optimal design t0 mjnimize tyre、vear is perfonlled，whichbrings forward me way to reduce tyre wear throu optimal choosing andmodulating origina ldenpention cture of double-1ink independent suspension andoptimizjng the cut point of track rodill(Futuremore，the memod oformogonal experiment is used to analyse t11e effect that tlle-stn cture a11d fixparameters of double-1ink indendent suspension have on me suspension performance and tyre wear.And the most impotent factor and the second important factor are confiemed. KEY WoRDS: automobile，independent suspension，tyre wear， alignment paraeter 沈阳理工大学学士学位论文 Suspension Basics The suspension system, while not absolutely essential to the operation of a motor vehicle, makes a big difference in the amount of pleasure experienced while driving. Essentially, it acts as a "bridge" between the occupants of the vehicle and the road they ride on. The term suspension refers to the ability of this bridge to "suspend" a vehicle's frame, body and powertrain above the wheels. Like the Golden Gate Bridge hovering over San Francisco Bay, it separates the two and keeps them apart. To remove this suspension would be like taking a cool dive from the Golden Gate: you might survive the fall, but the impact would leave you sore for weeks. Think of a skateboard. It has direct contact with the road. You feel every brick, crack, crevice and bump. It's almost a visceral experience. As the wheels growl across the pavement, picking up a bump here, a crack there, the vibration travels up your legs and settles in your gut. You could almost admit you were having fun, if you didn't feel like you were gonna toss your tacos at any second.This is what your car would feel like without a suspension system.Before we get into the individual components that make up a vehicle's ride support, let's take a look at a basic principle of design: solid axle vs. independent suspension. Solid axle suspension (also known as rigid beam, or rigid axle) is the most elementary form of connecting the upper and lower halves of a vehicle. As the name implies, it utilizes a single piece of metal -- a common axle for both wheels -- sprung beneath the car's undercarriage. Pivots located between the axle and the wheel spindles allow the wheels to swivel on each end. In solid axle suspension, because both wheels share the same axle, the up or down movement of one wheel causes a like movement in the other wheel. They respond as one unit. As you can imagine, this doesn't make for the most comfortable ride. Even though solid axle designs utilize springs to soften their inherently harsh ride characteristics (more on different spring setups below), they still bump along like a brick outhouse. So why use them at all? Well, strength, for one. Because of the unitized construction, solid axle suspension systems offer incredible load bearing capacity. They also handle uneven roads superbly. You'll find them in trucks and offroad vehicles[1]. A modified form of the solid axle design is called Twin-I-beam suspension, or semi-rigid 沈阳理工大学学士学位论文 axle. In this setup, two rigid axles -- one for each wheel -- take the place of a single axle. This design offers many of the strengths of the solid axle design, with a slightly softer ride. You'll find it used primarily in the front end of light trucks. The other main design is called independent suspension. As the name suggests, independent suspension assemblies offer a separate "bridge" for each wheel. They deliver the best ride characteristics by far, and are found most frequently in passenger cars, minivans, and other street vehicles. This is the most popular kind of suspension system in use today. If you like the "smoothness" of your car's ride, we can almost guarantee it has independent suspension. In addition to axles, wheels and tires, today's suspension systems utilize two other components that are critical to safe and comfortable driving: springs and shock absorbers. Springs A car's springs are the central part of the suspension. There are different designs of springs, such as torsion bars and leaf springs, but nearly all of today's passenger cars use coil springs at all four corners. A lot of trucks use coil springs too, with leaf springs for heavier load capacity typically found on a truck's rear suspension system. Springs absorb and store road shock caused by bumps, dips, cracks, and so forth (remember the skateboard analogy). They absorb this shock by either compressing or extending. When a car's wheel goes over a bump and gets pushed upward, the spring absorbs that additional load, keeps the road shock from reaching the chassis, and makes sure the tire maintains contact with the pavement[3]. ng compresses or extends is determined by its "spring rate." Spring rate is measured in pounds per inch of deflection; for example, 100 pounds per inch. So, say a load of 200 pounds is applied, the spring will deflect 2 inches. Spring rate comes from various factors. For a coil spring, this includes the number of active coils, the diameter of the coils, and the diameter of the spring wire. The fewer coils a spring has, the higher the spring rate it will have. The design of a spring affects how well the vehicle will ride and handle. A spring that absorbs lots of energy will generally offer a comfortable ride. After all, it can absorb most of the road shock (energy) that is being generated by the road surface. But there are always engineering trade-offs. This kind of spring generally requires a higher vehicle ride height, 沈阳理工大学学士学位论文 which will cause the vehicle to feel unstable during cornering. This instability is because the more distance a spring compresses or extends, the more the vehicle "rolls" around on its suspension. This rolling is called weight transfer, and it is caused by centrifugal force acting on the weight of the vehicle as it goes around a corner. Weight transfer can overload a tire's grip, which ultimately hurts traction, and therefore handling[1]. Shock Absorbers The other main part of a car's suspension is the shock absorber. Contrary to its name, a shock absorber plays a minimal role in absorbing impacts taken by the suspension. That's the spring's job. A shock absorber dampens road impacts by converting the up and down oscillations of the spring into thermal energy. Shock absorbers work in two cycles -- the compression cycle and the extension cycle. The compression cycle occurs as the piston moves downward, compressing the hydraulic fluid in the chamber below the piston. The extension cycle occurs as the piston moves toward the top of the pressure tube, compressing the fluid in the chamber above the piston. A typical car or light truck will have more resistance during its extension cycle than its compression cycle. With that in mind, the compression cycle controls the motion of the vehicle's unsprung weight, while extension controls the heavier, sprung weight[2]. People who live and breathe shock absorbers don't like the term shock absorbers; they prefer "dampers." The unwashed masses -- that's you and me -- just call them shock absorbers. Without a shock absorber, a spring that has absorbed energy will release it by oscillating at an uncontrolled rate. The spring's inertia causes it to bounce and overextend itself. Then it recompresses, but again travels too far. The spring continues to bounce at its natural frequency until all the energy originally put into the spring is used up by friction. This effect can be quite detrimental to the stability of a vehicle[3]. Confused? OK, here's an analogy. If you have a Slinky lying around -- and who doesn't these days? -- you can use it as an example[2]. Hold up a compressed Slinky in the air with your hand. Now hold just one end and let the other drop. The Slinky will absorb the potential energy caused by gravity (just like how a car's spring absorbs road shock) and then bounce up and down, up and down (aka: oscillate), for a long time. This what an automotive spring does if it doesn't have a shock absorber attached to it. 沈阳理工大学学士学位论文 Perhaps you've heard the word "strut," or, more formally, MacPherson strut. Struts are simply shock absorbers used as major structural members. For struts, the shock absorber is placed inside the coil spring. In addition to saving space, it often costs less. Many cars use a strut design.Shocks and struts help control how fast the suspension is allowed to move, which is important for keeping the tires in contact with the road. Most shock absorber designs have more resistance during the extension (rebound) cycle than the compression cycle[6]. This is because the extension cycle controls the motion of the vehicle's sprung weight (half of the suspension and everything else above the suspension) [4]. The compression cycle, on the other hand, controls the motion of unsprung weight (wheels, tires, brakes, and half of the suspension). Obviously, there is a lot more weight in the upper part of the car than unsprung weight in the lower part of the car. All modern shock absorbers are velocity-sensitive -- the faster the suspension moves, the more resistance the shock absorber provides. This enables shocks to adjust to road conditions and to control all of the unwanted motions that can occur in a moving vehicle, including bounce, sway, brake dive and acceleration squat. Anti-sway Bars Anti-sway bars (also known as anti-roll bars) are used along with shock absorbers or struts to give a moving automobile additional stability. An anti-sway bar is a metal rod that spans the entire axle and effectively joins each side of the suspension together. When the suspension at one wheel moves up and down, the anti-sway bar transfers movement to the other wheel. This creates a more level ride and reduces vehicle sway[5]. In particular, it combats the roll of a car on its suspension as it corners. For this reason, almost all cars today are fitted with anti-sway bars as standard equipment, although if they're not, kits make it easy to install the bars at any time. So there you have it -- the basics of automotive suspension. We realize this is a simplistic view of a complex system. The Future of Car Suspensions While there have been enhancements and improvements to both springs and shock absorbers, the basic design of car suspensions has not undergone a significant evolution over the years. But all of that's about to change with the introduction of a brand-new suspension design conceived by Bose -- the same Bose known for its innovations in acoustic technologies. 沈阳理工大学学士学位论文 Some experts are going so far as to say that the Bose suspension is the biggest advance in automobile suspensions since the introduction of an all-independent design.[3] How does it work? The Bose system uses a linear electromagnetic motor (LEM) at each wheel in lieu of a conventional shock-and-spring setup. Amplifiers provide electricity to the motors in such a way that their power is regenerated with each compression of the system. The main benefit of the motors is that they are not limited by the inertia inherent in conventional fluid-based dampers. As a result, an LEM can extend and compress at a much greater speed, virtually eliminating all vibrations in the passenger cabin. The wheel's motion can be so finely controlled that the body of the car remains level regardless of what's happening at the wheel. The LEM can also counteract the body motion of the car while accelerating, braking and cornering, giving the driver a greater sense of control. Unfortunately, this paradigm-shifting suspension won't be available until 2009, when it will be offered on one or more high-end luxury cars. Until then, drivers will have to rely on the tried-and-true suspension methods that have smoothed out bumpy rides for centuries[4]. If you learn more , you'll get a little more technical and a little more specific, looking at particular spring and suspension setups, and the advantages and disadvantages of each. until then, keep your eye on the road, and watch out for those pothole,then you will learn more good knowledge .In the fact ,there are many thing can be learn in our life ,the only thing what you should do is observation.