某微型轿车麦弗逊悬架转向系统建模与性能仿真分析-论文终稿-1432291796550【范本模板】

河北工业大学毕业论文作者：学号：学院:机械工程学院系(专业):车辆工程题目：汽车麦弗逊悬架与转向系统建模及性能仿真分析指导者：教授评阅者：2015年6月1日毕业设计(论文）中文摘要毕业设计外文摘要目录1 绪论 (4)1.1 汽车悬架发展历史以及研究背景 (4)1.2 本课题研究的过程及意义 (5)2 悬架的分类及其设计 (6)2。

1 悬架的分类 (6)2.2 悬架的设计要求 (12)2.3 本章小结 (12)3 基于UG的麦弗逊悬架建模 (13)3.1 麦弗逊悬架的结构参数 (13)3.2 UG软件的应用简介 (14)3.3 麦弗逊悬架几何模型的建立 (14)3.4 本章小结 (17)4 基于Adams的麦弗逊悬架运动仿真 (18)4.1 Adams软件应用简介 (18)4.2 建立悬架系统模型 (18)4.3 悬架的性能评价指标 (22)4。

4 悬架的仿真分析 (25)4.5 转向系统的仿真分析 (28)4.6 本章小结 (30)5 利用Matlab/simulink模块对悬架仿真 .............. 错误!未定义书签。

15.1 悬架的简化模型以及参数设置................. 错误!未定义书签。

15。

2 建立路面随机不平度的时域模型 (31)5。

3 悬架在simulink中仿真 (31)5。

4 仿真结果 (32)5.5 本章小结 (34)结论 (35)参考文献 (36)致谢 (38)1. 绪论1.1 汽车悬架发展历史以及研究背景悬架系统的功能是把车轮所受的各种力与力矩传递给车架与车身，并且能缓和和吸收来自路面的冲击和振动，从而降低驾驶室的噪声，以增加乘员舒适性，保证汽车具有良好的操纵性和平稳的行驶性，与此同时,悬架系统能对汽车运动产生适当反应，汽车在各种不相同的路况上作加速等运动时，能够提供足够的安全性，保证汽车不会失去控制［1］。

当前社会悬架系统的发展很迅速,不同新型的结构型式不断涌现，极大的促进了汽车工业的发展.1934年，德国汽车方面的专家Olley最早提出了有关被动悬架的原理，此后被动悬架经不断发展、研究，已经被广泛的应用在各种车辆上，应用效果良好，直到今天还作为汽车悬架的主流设计结构［2]。

半主动悬架以及主动悬架成为当今悬架设计理论.在20世纪60年代的时候，美国通用汽车公司使汽车悬架的刚度和阻尼随行驶状态进行动态变化，进而保证悬架系统一直处在最佳减振状态，这种类型的悬架称作主动悬架系统，虽然主动悬架系统性能优越，能够很好的解决被动悬架产生的各种问题,但是主动悬架系统却存在着现在无法解决的困难-——能量消耗大、结构复杂、成本高，所以不能被广泛的应用，为此,通过努力开发性能好而且造价低的半主动悬架系统用来取代主动悬架系统成为趋势,1973年，加州大学戴维斯分校的D.C. Karnopp和D。

A. Crosby最先提出半主动悬架的概念，进而大大地降低制造成本，而半主动悬架系统在性能方面几乎可以达到主动悬架的水平,此外半主动悬架结构简单、工作时候不消耗汽车能量等优点，因此有很好的应用前景［2］。

对悬架系统进行动力学仿真研究,使用CAD/CAE软件进行建模、仿真和结果分析，既能够解决复杂零部件的三维模型建立的问题，又可以通过充分利用分析软件的强大功能进行运动学分析，从而极大地提高机械系统的仿真效率［3］。

1.2 本课题研究的过程及意义悬架的设计过程一般都要经历先设计，然后试验，最后试制，传统的悬架系统设计时,设计、试制、试验过程中必须一边进行试制一边进行改进，产品定型前通常要进行多轮的设计、试制、试验过程才能完成产品的开发，产品开发过程所需的时间长，而且投入的资金比较多.本篇文章采用多刚体系统动力学与虚拟样机技术，以ADAMS软件为平台，根据某汽车的悬架结构参数，建立麦弗逊式独立悬架的实体模型，对该悬架进行运动学方面的仿真，得到主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角、车轮前束以及车轮侧偏量随车轮跳动量的变化曲线和内外转向轮转角的误差曲线,并利用曲线分析结果对该悬架模型的优劣进行评价，提出合理性的改进方案，进而得到最优化的悬架模型［4］。

2. 悬架的分类与设计2.1 悬架的分类悬架的主要任务是传导作用于车身和车轮间一切形式的力矩和力，并且能够缓和由不平滑路面传递给车身的冲击载荷，以此来衰减系统由于冲击载荷而引起的振动，确保汽车行驶平顺性和操纵稳定性,保证车轮有理想的运动特性，能够让车辆具有高速行驶能力［5］。

汽车的悬架系统可以分为非独立悬架和独立悬架.非独立悬架系统（图2-1a），它的结构特点是两侧车轮通过一根整体式车桥相连接,通过弹性悬架的作用车轮连同车桥一起与车架（或车身)连接.当一侧的车轮发生摆动的时候，另一侧的车轮随之产生跳动,因此称为非独立悬架.独立悬架系统（图2—1b）,它的结构特点是车桥部分是断开的,每侧车轮能够单独地通过弹性悬架与车身（或车架）相连接，两侧的车轮独自跳动，相互之间不发生影响，所以称之为独立悬架。

图2—12。

1。

1 非独立悬架的种类(1) 纵置板簧式非独立悬架(图2-2）采用纵向布置的钢板弹簧作为弹性元件，弹簧本身可以兼起导向机构作用，并且它具有一定的减缓振动的作用，进而使悬架系统的结构大大地简化［15］。

图2—2纵置板簧式非独立悬架(2) 螺旋弹簧非独立悬架螺旋弹簧非独立悬架系统（图2-3）一般只是用来作为汽车的后悬架。

它的横、纵向推力杆作为悬架的导向机构，是承受与传递车轴和车身间的横向和纵向作用力及其力矩的杆件。

加强杆不仅可以使车体受力均匀，而且能够增大横向推力杆安装强度。

1—纵向推力杆 2—螺旋弹簧和减震器总成3—后轴 4—加强杆 5—横向推力杆图2-3螺旋弹簧式非独立悬架（3）空气弹簧非独立悬架采用空气弹簧非独立悬架（图2-4)时，易于实现车身高度的自动性调节。

1。

压气机；2。

空气滤清器；3。

车身高度控制阀；4。

控制杆；5。

空气弹簧;6。

储气罐;7.空气滤清器；8。

贮气筒9.压力调节器；10.油水分离器图2-4空气弹簧非独立悬架（4) 油气弹簧非独立悬架油气弹簧非独立悬架（图2-5）的上、下两个纵向的推力杆构成了平行四边形,不仅可以用来传递纵向力，承受由制动力引起的反作用力矩，而且可以确保车轮在上下跳动的时候主销倾角不发生变化，利于汽车操纵稳定性.1。

油气弹簧；2。

支架;3。

横向推力杆；4。

纵梁;5。

车轮；6。

前轴 7。

缓冲块；8。

上纵向推力杆;9。

支架；10.支架；11.下纵向推力杆图2-5油气弹簧非独立悬架2.1.2 独立悬架的分类(1）横臂式独立悬架根据横臂数目方面的不同，横臂式独立悬架可以分为单横臂式和双横臂式两种情况。

1〉单臂式独立悬架单横臂式独立悬架（图2—6）：一旦悬架发生变形,就会使车轮平面发生倾斜，汽车轮距将会发生变化，导致轮胎相对于路面发生侧向的滑动,导致轮胎和路面的附着被破坏，除此之外，这种类型的悬架系统安装在转向轮上时，会使车轮外倾角和主销内倾角发生很大的变化，对转向操纵性有一定程度的影响,所以目前在前悬架上较少应用。

1.减震器;2。

油气弹性元件；3。

中间支撑;4。

单铰链；5。

主减速器壳6。

纵向推力杆；7。

螺旋弹簧；8.半轴套管图2-6单横臂式独立悬架2〉双横臂式独立悬架双横臂悬架系统（图2—7）的两摆臂可以等长，也可以不等长.当车轮产生上下方向的跳动时，等摆臂长悬架中车轮不产生倾斜,但是车轮发生侧向滑动,使轮胎磨损增加。

非等长摆臂的悬架系统中如果两臂长度选择合适的话，可使主销与车轮的角度还有轮距的变化不是很大［16］.a) 两摆臂等长的悬架 b) 两摆臂不等长的悬架图2—7双横臂式独立悬架（1）纵臂式独立悬架纵臂式独立悬架可以分成单纵臂和双纵臂。

1> 单纵臂式悬架系统(图2-8）一般来说不用于转向轮，因为采用单纵臂式独立悬架时，当车轮发生上下跳动时，主销后倾角变化会很大［17］。

图2-8单纵臂式独立悬架2〉双纵臂式独立悬架双纵臂式独立悬架系统(图2—9)的两臂一般等长,可以构成平行四连杆结构,如此，当车轮发生上下跳动时，主销后倾角基本上保持不变,所以这种悬架系统适合于转向轮。

1.纵臂；2。

纵臂轴；3.衬套;4.横梁；5。

螺钉；6.扭杆弹簧图2—9双纵臂式独立悬架（1）车轮沿着主销移动的悬架车轮沿着主销移动的悬架系统目前分为两类：烛式悬架与麦弗逊式悬架1〉烛式悬架烛式悬架（图2-10）对于转向轮来说，悬架发生变形时，主销定位角不发生变化,仅仅轴距和轮距稍微发生改变，所以对提高汽车的行驶稳定和转向操纵有利，但是主销和套筒之间摩擦阻力比较大，磨损较严重，目前这种型式的悬架很少采用[19］。

1.通气管;2.减震器;3。

套筒；4。

防尘罩；5。

主销；6。

防尘罩图2—10烛式悬架2> 麦弗逊式悬架麦弗逊悬架系统（图2—11)是改进的烛式悬架，此种悬架系统占用的空间小，且车轮的各项定位参数变化比较小，性能相对较好，因此在汽车上广泛应用。

图2-11麦弗逊式悬架(4)单斜臂式独立悬架单斜臂式独立悬架（图2—12）的单斜臂和汽车的纵轴线形成一定的夹角，适当地选择此夹角的数值，可以调整前束、车轮倾角、轮距等，使其变化最小.图2-12单斜臂式独立悬架2。

2 悬架的设计要求汽车悬架部分连接地面和车身，应当重量轻、在确保理想的安全性的条件下尽可能的保证汽车行驶的舒适性。

悬架系统使车轮精确导向，还要保证轻便、精确地转向；此外，还要隔绝地面的噪声,并且能够避免车轮滚动时产生的噪声传到车身。

通过汽车悬架,车轮接地点的力传递到车身,所以还应充分考虑悬架的耐久性和强度。

2。

3 本章小结本节介绍了悬架的分类，对于不同悬架结构有了一个清醒的认识，同时还列举了悬架的一些设计要求，对于悬架的结构设计具有指导性的意义。

麦弗逊悬架具有结构简单，便于生产制造，同时可以降低制造成本，此外麦弗逊悬架性能优良，使其得到广泛应用。

3。

基于UG的麦弗逊式悬架建模3。

1 麦弗逊悬架的结构参数3.1.1悬架关键点的坐标位置2A 25.5 356。

0 189。

07B 5。

1 690.5 162.54C 1。

0 576。

0 342。

03D —23。

4 565。

7 849。

21E —165。

2 296.3 330.46N —121。

7 658.3 308。

75H 0.0 585.0 281。

09G 0。

0 718。

5 281。

08F 0.0 716。

9 0.03.1.2 麦弗逊悬架简化模型表中参考坐标系X–Y–Z,原点位置选在两车轮接地点连线与汽车纵向中心平面的交点上， Y轴正向指向左方，X轴正向为汽车前进的方向,Z轴正向指向上方。

B 1。

横摆臂;B2.转向节；B3。

轮毂；B4。

减震器；B6.转向横拉杆h2。

摆臂球铰接点；h8。