基于ADAMS的双叉臂悬架系统动力学研究
基于ADAMS的悬架系统动力学仿真分析与优化设计
基于ADAMS的悬架系统动力学仿真分析与优化设计一、概述本文以悬架系统为研究对象，运用多体动力学理论和软件，从新车型开发中悬架系统优化选型的角度，对悬架系统进行了运动学动力学仿真，旨在研究悬架系统对整车操纵稳定性和平顺性的影响。
文章提出了建立悬架快速开发系统平台的构想，并以新车型开发中的悬架系统优化选型作为实例进行阐述。
简要介绍了汽车悬架系统的基本组成和设计要求。
概述了多体动力学理论，并介绍了利用ADAMS软件进行运动学、静力学、动力学分析的理论基础。
基于ADAMSCar模块，分别建立了麦弗逊式和双横臂式两种前悬架子系统，多连杆式和拖曳式两种后悬架子系统，以及建立整车模型所需要的转向系、轮胎、横向稳定杆等子系统，根据仿真要求装配不同方案的整车仿真模型。
通过仿真分析，研究了悬架系统在左右车轮上下跳动时的车轮定位参数和制动点头量、加速抬头量的变化规律，以及汽车侧倾运动时悬架刚度、侧倾刚度、侧倾中心高度等侧倾参数的变化规律，从而对前后悬架系统进行初步评估。
1. 悬架系统的重要性及其在车辆动力学中的作用悬架系统是车辆的重要组成部分，对车辆的整体性能有着至关重要的作用。
它负责连接车轮与车身，不仅支撑着车身的重量，还承受着来自路面的各种冲击和振动。
悬架系统的主要功能包括：提供稳定的乘坐舒适性，保持车轮与路面的良好接触，以确保轮胎的附着力，以及控制车辆的姿态和行驶稳定性。
在车辆动力学中，悬架系统扮演着调节和缓冲的角色。
当车辆行驶在不平坦的路面上时，悬架系统通过其内部的弹性元件和阻尼元件，吸收并减少来自路面的冲击和振动，从而保持车身的平稳，提高乘坐的舒适性。
同时，悬架系统还能够根据车辆的行驶状态和路面的变化，自动调节车轮与车身的相对位置，确保车轮始终与路面保持最佳的接触状态，以提供足够的附着力。
悬架系统还对车辆的操控性和稳定性有着直接的影响。
通过合理的悬架设计，可以有效地改善车辆的操控性能，使驾驶员能够更加准确地感受到车辆的行驶状态，从而做出更为精确的操控动作。
基于ADAMS的悬架系统动力学仿真分析与优化设计
基于ADAMS的悬架系统动力学仿真分析与优化设计摘要：本文基于ADAMS软件，对悬架系统进行了动力学仿真分析与优化设计。
通过建立悬架系统的模型，应用动力学仿真技术，研究了悬架系统在不同工况下的动力学性能，并进行了相应的优化设计。
仿真结果表明，通过优化设计，悬架系统的动力学性能得到了明显的提升，进而提高了整车的操纵稳定性和行驶舒适性。
1. 引言随着汽车工业的发展，悬架系统的性能对于整车的操纵稳定性和行驶舒适性起着至关重要的作用。
因此，对悬架系统进行动力学仿真分析和优化设计具有重要的理论意义和工程应用价值。
2. 悬架系统模型建立首先，根据悬架系统的实际结构和工作原理，建立了悬架系统的运动学和动力学模型。
模型包括弹簧、减振器、转向杆等各个部件，并考虑了车轮与地面之间的接触力和摩擦力。
通过ADAMS软件的建模工具和功能，对悬架系统进行了准确地建模。
3. 悬架系统动力学仿真基于悬架系统的模型，进行了不同工况下的动力学仿真分析。
通过设定不同的工况参数，如路面不平度、悬架系统参数等，研究了悬架系统在不同路况下的动力学性能。
仿真结果显示了悬架系统的悬架行程、车体加速度、横向加速度、滚动转矩等关键参数的变化规律。
4. 悬架系统优化设计根据悬架系统动力学仿真的结果，对悬架系统进行了优化设计。
通过改变悬架系统的参数和结构，优化了悬架系统的动力学性能。
具体而言，通过增加弹簧刚度、调整减振器阻尼等方式改善了悬架系统的行程和刚度特性。
通过优化悬架系统的参数，达到了提高整车操纵稳定性和行驶舒适性的目的。
5. 结果与分析通过悬架系统动力学仿真和优化设计，得到了悬架系统在不同工况下的性能变化趋势。
仿真结果表明，通过合理的优化设计，悬架系统的行程和刚度均得到了明显的改善。
同时，整车的操纵稳定性和行驶舒适性也得到了显著提升。
6. 结论本文基于ADAMS软件，对悬架系统进行了动力学仿真分析与优化设计。
通过建立悬架系统的模型，进行了不同工况下的仿真分析，并进行了相应的优化设计。
基于ADAMS双横臂独立悬架的运动学仿真分析
基于ADAMS双横臂独立悬架的运动学仿真分析
刘虹;王其东
【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2007(030)001
【摘要】悬架的运动学特性首先反映在车轮定位参数的变化趋势上.文章采用虚拟样机技术,在ADAMS软件环境下,建立了某商务车的双横臂扭杆独立悬架的多体动力学模型,并进行了运动学仿真分析,获得了随车轮上下跳动该悬架车轮定位参数的变化规律,为汽车悬架系统开发提供一种有效的现代化手段.
【总页数】3页(P57-59)
【作者】刘虹;王其东
【作者单位】合肥工业大学,机械与汽车工程学院,安徽,合肥,230009;合肥工业大学,机械与汽车工程学院,安徽,合肥,230009
【正文语种】中文
【中图分类】U463
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基于ADAMSCar的汽车悬架系统_动力学建模与仿真分析毕业设计
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wgx-基于ADAMS双横臂式独立悬架的仿真设计
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。
基于ADAMS的双叉臂悬架系统动力学研究
损 。 际 设 计 时 ， 致 的 范 围 在７ ｌ ， 望 实 大 ～ 希 ３ 取 较 小 数 值ｔ。 因此 设 计 要 求 丰销 内 倾 角不 从 中 双 定 性 变 差 。 是 如 果 太 大 会 使 车 轮 支 撑 处 能 太 大 ， 图４ 可 以 看 出 ， 叉 臂 式 悬 架 但 优 化 前 、 的 丰 销 内 倾 角变 化 范 围分 别是 后 反 力 矩 过 大 ， 成 车 轮 摆 振 或 者 转 向 盘 力 造 １ ～ｌ ． 。 ４ ２。 的 变 化 ， 股 要 求 主 销 后 倾 角 在 ３ ～６ 之 ９． 。 １ ３ 与７． 。～９． 。 不 仅变 化 区 间 一 。 。 最 提 间 。 ３ 图 中所 示 的 曲线 表 明 ， 未优 化 的 恳 架 大 为 变 小 ， 值 也大 幅 度 的 变 小 ， 高 了汽 转 减 主销 后 倾 角 在 ５． ～５． 。 间 ， 化 后 的 车 的转 向能 力 ， 向 操 作 更为 轻 便 ， 小 了 ４。 ５之 优 在 ３． ８ ２ 。～４． ６ 之 间 ， 图 ３ 见 ， 化 后 轮 胎 的 磨 损 。 ０。 由 可 优 （） 销偏 ￣ （ｃ ｕ ｒ ｄ ｕ ） ４主 ．ｓｒ ｂ ａ ｉｓ。 主 销 后 倾 角 的 幅 值 大 大 减 小 ， 利 于 抑 制 有
制 动 点 头 ， 时 提 高 了 悬 架 系 统 的 直 线 行 同 驶稳定性 。 汽 车 转 向 时 ， 向 轮 绕 主 销 转 动 ， 面 转 地 对 转 向 的 阻力 力 矩 与 主 销 偏 距 的 大 小 成正
（ ） 销后倾 角（ａ ｔｒ ｎ ｌ） ２主 ｃ ｓｅ ａ ｇ ｅ。
詈 量
２ ８ ８． ５～２ ． ６ ９ ９ ｍｍ之 间 ， 值 和 范 围减 少 ， 幅 使 得 悬 架 操 作 稳 定 性 能得 到 提 升 。 （） ５ 前轮前 束 角（ｏ ａ ｇ ｅ。 ｔ ｅ ｎ ｌ） 车轮 前 束 角 的 怍 用 主 要 是 减 少汽 车 前
基于ADAMS的双横臂独立悬架的仿真分析及优化设计
固定 副 分别 是 拉 臂 和
近年来随着各种新理 论的提 出和计算机技 术不断提 高 ，
悬架系统是汽车的一 个重要总成 ， 其系统性能优劣 ， 直接
考虑 到汽车基本上为纵向对称结构 ， 故只需建 立左 边或 右边一半模 型即可 。创建 的模 型包括 主销 、 上横 臂 、 下横 臂 、 拉臂、 转向拉杆 、 向节 、 转 车轮 以及测试平 台。此 模型共包 括 ８个活动构件 、 ２个旋转副 、 ４个球 副 、 固定副 、 个移 动副 ３个 １
・
２７ ・
基于 Ａ Ａ Ｄ ＭＳ的双 横 臂 独 立悬 架 的仿真 分 析及 优 化 设计
张 亮 亮 ， 永生 ， 丹丹 裴 吴
（ 山大 学 车辆与 能源 学院 ， 北 秦 皇 岛 Ｏ６Ｏ ） 燕 河 ６０４
摘要 ： 采用虚拟样机技 术， 借助于 Ａ Ａ Ｓ软件这个操作平台， ＤＭ 针对某型车双横臂独立悬架定位参数 变化过大， 建立 了双横臂独立
ｑ ａｉ ｆ ｈ ｒｄ ｃ ｉ ｕ ｔ ｏ ｅ ｐｏ ｕ ｔ ｔ ＡＤＡ ／ ｅ ． ｌ ｙ ｔ ｗ ｈ ＭＳ Ｖｉｗ
Ｋ ｅ ｒ ｓ： ｙ ｗｏ ｄ ＡＤＡＭ Ｓ； ｓ ｂ ｎｅｉ ｄ ｐ ｎｄ ｎｔｓ ｐ ｎｓｏ ｓｍｕ ａｉｎ ａ ａｙ ｉ； ｐｉ ｌｄｅ ｉｎ ｉ ｗ ｈ ｏ ｎ ｅ ｅ ｅ ｕｓｅ ｉｎ；ｉ ｌｔｏ ｌｓｓ ｏ ｔｍａ ｓｇ ｎ
提 高产 品 矛笈 的厉 Ｉ
关键词 ：Ａ Ａ Ｓ 叹 横臂 独立悬 架 ＤＭ
仿 真 分析
优化设 计
中图分类 号 ：４３３ Ｕ ６ ．
文献标识 码 ： Ａ
文章编 号 ： ０ － ８６２ １ ）４ ０２ ０ １ ２ ６８ （０Ｄ０ － ０７— ４ ０
基于ADAMSCAR的双横臂与多连杆悬架系统运动学分析
万方数据・设计・计算．研究．悬架，其不同于传统结构之处在于下控制臂为双铰点结构，从而保证主销偏置距为负值，提高了制动时的回正性。
该结构的连杆布置使车轮中心到主销轴线偏置距变小．减小了绕主销轴线的惯性力矩。
能够实现精确的车轮定位．确保操纵稳定性和乘坐舒适性。
图１为前悬架右半部分示意图。
其中Ｂ４。
与Ｂ４：构成上控制臂，日３ｆ４，与口４。
构成下控制臂，Ｂ４，为转向横拉杆，曰４。
为减振器，Ｂ４，为弹簧，Ｃ点为车轮中心点。
约束关系如下：转向节与上下控制臂及转向横拉杆分别在曰。
、毋、玩与日，点为球铰连接：车轮与转向节在Ｃ点为旋转副；上控制臂与副车架在Ａ４：方向上为旋转副；减振器上端与下端鼠、Ａ。
以及下控制臂与副车架连接处Ａ，、Ａ。
为万向节副；减振器上、下之间为圆柱副；横向稳定杆与转向齿条为移动副。
图１前悬架右半邵分不惹在ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ中建立模型有２种方法，一是直接在ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ中建模．利用软件提供的基本体进行组合．形成所需的模型；二是先在其它一些专业ＣＡＤ软件（如ＵＧ、ＣＡＴＩＡ）中建立实体模型，再通过两个软件的接口将模型导入ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ中进行仿真。
比较２种方法，后者较前者建立的模型更加准确，更接近实际情况。
本文采用的是第２种方法，将ＣＡＴＩＡ中的前悬架模型导入ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ，具体如图２所示。
图２前悬架模型由图２可知．前悬架主要由减振器、弹簧、上控制臂、下控制臂、转向节和转向横拉杆组成。
按照前述的约束关系添加约束．并在副车架与车身之间添加橡胶衬套，使之组成完整的系统，具体如图３所示。
２００９年第８期图３建立约束的前悬架模型整个前悬架系统的自由度Ⅳ为：Ｎ＝６ｎ—－ＥＫ＝６ｘ２１—－１２４－－２式中，／７，为有相对运动的部件总数；∑Ｋ为系统刚性约束之和。
这２个自由度分别是悬架左、右两侧摆臂的上、下摆动，即减振器的上、下跳动。
在进行仿真时引入转向系统和传动系统，在ＡＤＡＭＳ／ＣＡＲ中的仿真模型如图４所示。
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基于ADAMS的双叉臂悬架系统动力学研究
摘要:为了深入研究双叉臂前悬架的系统动力学性能,应用多体动力学软件ADAMS/CAR构建了双叉臂悬架动力学模型,利用Insight 模块进行部分关键硬点参数做了优化,研究悬架在同向平行轮跳仿真试验过程中悬架性能参数的随轮跳过程的变化,对比了优化前后悬架性能参数。
结果表明,通过悬架硬点坐标参数的优化,悬架的整体性能得到明显的提高,从而为双叉臂悬架的设计和制造提供改进的理论基础。
关键词:仿真试验系统动力学硬点参数双叉臂悬架
随着生活质量的提高,人们对汽车的要求越来越注重行驶过程平顺性以及操纵稳定性。
而悬架的结构特点对操纵稳定性和平顺性的影响至关重要[1]。
双叉臂式独立悬架是汽车悬架结构中常见的一种形式,具有诸多优点,使其广泛地应用于轿车、轻型车等的前悬架。
目前对双叉臂悬架运动规律的研究较多[2～4]。
为减少研发成本,虚拟样机技术的应用随着计算机的普及得到了大的推广。
ADAMS具有丰富的建模功能和强大的运动学与动力学解算能力,可以建立规模庞大、机构复杂的系统级仿真模型,可对悬架和整车的性能进行综合评价,被广泛应用与悬架和整车设计开发[5～8]。
为了分析双叉臂式前悬架的性能以及对操纵稳定性的影响,本文在adams/car中建立该悬架的虚拟样机模型,利用ADAMS/Insight优化了影响悬架性能的关键硬点参数,对优化前后的悬架进行仿真分析,对比了优化前后的主销偏距、前束角、
车轮外倾角等悬架性能参数,结果表明优化后的悬架操控性能有了大幅度的提升。
1 构建仿真模型
在建立双叉臂悬架模型前,必须对悬架系统进行合理的数学模型简化和基本假设:整个双叉臂悬架作为一个多刚体系统进行仿真,系统的各个刚体在各方向的惯性力均为零;某些铰链在一些方向的力的约束真值比较小,对整车动力学的影响可以忽略不计,也假设其为零;减振器简化为线性弹簧和阻尼,各运动副里的摩擦力忽略不计;本文的研究重点为悬架,轮胎可简化为刚性体。
硬点是各零件之间连接处的关键几何定位点,确定硬点就是在子系统坐标系中给出零件之间连接点的几何位置。
从厂家提供的零部件装配图上可以得到硬点的坐标值。
计算或者测量整合零件的质量、质心位置以及绕质心坐标系三个坐标轴的转动惯量,将这些动力学参数填写到相应的输入中。
以硬点为基础创建几何模型,定义各零件间的运动关系,确定约束类型将各零件连接起来,从而构成模板,然后将模板生成子系统并且与试验台装配成悬架测试系统,完成双叉臂式悬架在ADAMS/Car中的虚拟样机模型,如图1所示。
2 参数优化与性能仿真对比
装配好悬架模型和试验台,对双叉臂悬架进行同向平行轮跳动试验。
设置悬架上下跳动距离为100mm,以左右车轮同步上下跳动来计算悬架跳动过程中主要性能参数的变化规律。
由于左、右轮主要性能参数在跳动过程中变化趋势相同,所以只选择左侧车轮作为研究对象。
在整车的运动过程中,由于路面存在一定的不平度,此时轮胎和车身之间的相对位置将发生变化,这也将造就车轮定位参数发生相对的变动,如果车轮定位参数的变动过大的话,将会加剧轮胎和转向机件的磨损并降低整车操纵稳定性和其他相关性能。
所以,悬架系统与车轮定位参数相关的参数变化量不能太大。
悬架的优化利用ADAMS/Insight,对悬架的下摇臂前点(lca-front)、后点(lca-rear)、外点(lca-outer),上摇臂的前点(uca-front)、后点(uca-rear)、外点(uca-outer),拉杆的内点(tierod-inner)、外点(tierod-outer)等八个坐标点进行优化分析,由于悬架系统与车轮定位参数相关的参数变化量不能太大,硬点参数的优化只能在小范围内进行,经过多次修改迭代得到优化参数。
用优化后的硬点坐标修正模型,再次进行平行轮跳仿真。
图2、图3、图4、图5、图6分别为优化前后的车轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角、主销偏距以及前轮前束角的曲线图。
在图2～图6中,红色曲线为优化后的双叉臂悬架虚拟样机试验得出的,蓝色为未优化的双叉臂悬架虚拟样机仿真试验得到的。
对比研究的结果表明,优化后的性能参数明显优于优化前的。
(1)车轮外倾角(camber angle)。
为防止车轮出现过大的不足转向或者过度转向趋势,一般希望车轮从满载位置起上下跳动±50mm的范围内,车轮外倾角变化在-2°～1°之间[9]。
从图2可以看出,优化前车轮外倾角变化范围为-1.25°～0.75°,而优化后的车轮外倾角变化范围为-1.04°～0.75°,优化后不仅车轮外倾角变化范围变小,而且最值也变小,减少了不足转向或者过大转向的趋势,增强了整车的行驶稳定性。
(2)主销后倾角(caster angle)。
主销后倾角为正值时有抑制制动时点头的作用,保证车轮具有合适的回正力矩,使车轮复位以提高整车直线行驶的稳定性。
主销后倾角在车轮上下运动过程中不会出现大的变化,以免在载荷变化时出现回正力矩过大或者过小的现象,使操纵稳定性变差。
但是如果太大会使车轮支撑处反力矩过大,造成车轮摆振或者转向盘力的变化,一般要求主销后倾角在3°～6°之间[9]。
图3中所示的曲线表明,未优化的悬架主销后倾角在5.4°～5.5°之间,优化后的在3.28°～4.06°之间,由图3可见,优化后主销后倾角的幅值大大减小,有利于抑制制动点头,同时提高了悬架系统的直线行驶稳定性。
(3)主销内倾角(kingpin inclination angle)。
主销内倾角可以使汽车转向自动回正和转向操作轻便,在车轮跳动时,主销内倾角变化较大,将会使转向沉重,加速轮胎磨损。
实际设计
时,大致的范围在7～13,希望取较小数值[9]。
因此设计要求主销内倾角不能太大,从图4中可以看出,双叉臂式悬架优化前、后的主销内倾角变化范围分别是9.1°～11.3°与7.4°～9.2°。
不仅变化区间大为变小,最值也大幅度的变小,提高了汽车的转向能力,转向操作更为轻便,减小了轮胎的磨损。
(4)主销偏距(scrub radius)。
汽车转向时,转向轮绕主销转动,地面对转向的阻力力矩与主销偏距的大小成正比,主销偏距越小,转向力矩也越小,所以设计要求一般希望主销偏距小一些,以减小转向操纵力以及地面对转向系统的冲击。
主销偏距与主销内倾角是密切相关的,通过调整主销内倾角可以得到不同的主销偏距。
从图5看出,优化前的主销偏距在33.09～34.48mm之间,然而优化后主销偏距28.85～29.96mm之间,幅值和范围减少,使得悬架操作稳定性能得到提升。
(5)前轮前束角(toe angle)。
车轮前束角的作用主要是减少汽车前进中因前轮外倾和纵向阻碍力致使前轮前端向外滚开所造成的不良后果。
对于汽车前轮,车轮上跳动的前束角值大多设计在零附近变化。
设计值取在零附近是为了控制直行时由路面的凹凸引起的前束变化,确保良好的直行稳定性。
另外,此弱负前束的变化是为了使整车获得弱的不足转向特性[9]。
当车轮行驶时,前束的变化过大,将会影响车辆的直线行驶稳定性,同时
增大与地面间的滚动阻力,加剧轮胎的磨损,因此前束角的设计原则是车轮跳动时,变化量越小越好。
如图6所示,双叉臂式悬架优化后变化幅度大幅变小,增强直线稳定性,提高悬架的操纵稳定性能。
从上述的五个参数的对比可以得出看出,优化后的双叉臂悬架在各个参数上都有显著的改善,各个系统性能和悬架的整体操纵稳定性要要提高很多,从而为双叉臂悬架的设计和制造提供改进的理论依据,对实际的悬架设计过程具有指导作用。
3 结语
应用多体动力学软件ADAMS,对双叉臂前悬架的系统动力学性能做了深入研究。
构建了双叉臂悬架模型并利用ADAMS/Insight,对模型部分关键硬点坐标进行迭代运算,选取五项悬架性能指标作为目标函数进行优化,经过多次修改迭代得到优化参数。
对悬架在同向平行轮跳仿真过程坐了探讨,研究了系统动力学参数的随轮跳过程的变化,对比了优化前后影响悬架性能的特性参数。
仿真试验的结果表明,通过悬架硬点坐标参数的优化,使得转向操作更为轻便,轮胎的磨损更小,悬架的整体性能得到大幅度提高,探索了提高悬架性能的途径,从而为双叉臂悬架的设计和制造提供改进的理论依据。