雙橫臂扭桿彈簧懸架線剛度計算及動態(tài)仿真

減少四輪驅(qū)動電動汽車關(guān)鍵零部件的種類,簡化整車結(jié)構(gòu),是降低其批量化制造成本的有效途徑。為此,在對懸架導(dǎo)向機構(gòu)和轉(zhuǎn)向機構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)上,提出雙橫臂懸架-扭桿彈簧-電動輪模塊化設(shè)計概念和一種零前束變化非轉(zhuǎn)向輪雙橫臂懸架導(dǎo)向機構(gòu),實現(xiàn)了前后懸架-電動輪模塊的通用化,并成功應(yīng)用于國內(nèi)第一臺線控轉(zhuǎn)向四輪驅(qū)動燃料電池微型汽車“春暉三號”底盤系統(tǒng)的開發(fā)。

采用復(fù)數(shù)法分析了雙橫臂扭桿懸架的運動特性,并建立了整套設(shè)計計算方法,其中包括主銷內(nèi)傾角、車輪外傾角、輪距、懸架中心和側(cè)傾中心以及懸架剛度等參數(shù)隨車輪載荷變化的關(guān)系特性。

利用空間解析幾何方法,建立了考慮導(dǎo)向桿件、彈性元件和阻尼元件的空間結(jié)構(gòu)、空間姿態(tài)和空間尺寸的具有三維空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向輪的雙橫臂扭桿彈簧懸架系統(tǒng)的數(shù)學模型,研究該懸架的空間結(jié)構(gòu)非線性阻尼和非線性剛度特性。分析結(jié)果表明:該懸架系統(tǒng)的等效阻尼和等效剛度具有明顯的空間結(jié)構(gòu)非線性特征。

采用虛擬樣機技術(shù),借助于adams軟件這個操作平臺,針對某商務(wù)車前懸架建立了多體動力學模型,并對其進行運動學仿真分析,從中獲得了隨車輪上下跳動的懸架車輪定位參數(shù)的變化規(guī)律,這為汽車懸架系統(tǒng)開發(fā)提供了一種有效的手段。

利用catia軟件對懸架系統(tǒng)進行實體建模,并利用hypermesh軟件進行拓撲優(yōu)化分析和剛、強度分析,同時結(jié)合對未來輕量化材料的探討,尋找雙橫臂懸架輕量化設(shè)計方法。

汽車轉(zhuǎn)向和懸架系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車的重要部件,對整車行駛動力學(如操縱穩(wěn)定性、行駛平順性等)有舉足輕重的影響。利用adams/view對雙橫臂式獨立懸架進行建模仿真,研究分析汽車運動中懸架隨車輪跳動時定位參教的變化規(guī)律,進而對其參數(shù)的變化進行動力學分析總結(jié)懸架對汽車轉(zhuǎn)向的影響。

利用adams/car模塊建立大學生方程式賽車(fsae)雙橫臂獨立懸架仿真模型;對模型進行運動學仿真,對表征懸架運動學性能的參數(shù)進行分析以確定優(yōu)化目標;利用adams/insight模塊通過設(shè)定設(shè)計變量、綜合目標函數(shù)和約束條件進行多目標優(yōu)化設(shè)計;根據(jù)優(yōu)化結(jié)果修改懸架的運動學仿真模型,再次進行仿真分析,并比較優(yōu)化前和優(yōu)化后懸架的綜合性能;仿真結(jié)果表明,優(yōu)化后的懸架綜合性能得到明顯提高,證明了多目標優(yōu)化設(shè)計方法的有效性和正確性。

針對雙橫臂獨立扭桿彈簧懸架的特點,運用多體動力學的理論建立了某商務(wù)車獨立懸架的運動學數(shù)學模型和仿真模型,基于遺傳算法開發(fā)了多目標的優(yōu)化程序,通過adams/solver和外部程序的接口文件實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸。將優(yōu)化前仿真結(jié)果與優(yōu)化后得到的仿真結(jié)果進行了性能對比,結(jié)果表明,優(yōu)化后的仿真結(jié)果有效地改善了懸架的性能。該方法和傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計方法相比,優(yōu)點在于能提高精度和效率。

上置扭桿式雙橫臂獨立懸架是較復(fù)雜的一種懸架形式,分析其運動特性對汽車的輪胎偏磨和整車性能都有重要的參考價值。利用adams/car軟件建立了虛擬樣機模型,通過對比靜態(tài)平衡位置時定位參數(shù)的理論值與仿真值,驗證了模型的準確性。設(shè)置輪跳合理的范圍,進行同向跳動仿真,得到5項運動特性變化曲線。分析曲線的變化趨勢,得到輪距變化超出一般的要求區(qū)間,可能導(dǎo)致輪胎磨損嚴重,以及直線行駛能力變差等結(jié)論。

針對某車型扭桿式雙橫臂獨立懸架前輪距加寬的要求,提出了改型設(shè)計的幾種方案,并根據(jù)輪距和定位參數(shù)隨輪跳變化的曲線趨勢確定了最優(yōu)方案。建立了扭桿式雙橫臂獨立懸架虛擬樣機模型,通過對比靜態(tài)平衡位置時定位參數(shù)的理論值與仿真值,驗證了模型的準確性。通過分析5種運動特性曲線變化趨勢可知,前束角變化最為靈敏,從而可確定上下擺臂各加長40mm、轉(zhuǎn)向器長度不變、轉(zhuǎn)向拉桿每側(cè)加長40mm的方案為最優(yōu)。

彈簧界面元是一種最常用的層合結(jié)構(gòu)界面脫層數(shù)值模擬的計算模型。但目前對應(yīng)于給定的復(fù)合材料層合板界面層,彈簧界面元的長度和等效剛度的確定卻沒有嚴格的方法,所以時常因為彈簧元剛度定義的不當而導(dǎo)致脫層數(shù)值模擬結(jié)果的不穩(wěn)定甚至計算困難。本文給出了一種基于層合板粘接層的實際厚度和材料特性確定彈簧界面元的長度和等效剛度的計算模型。通過把所給彈簧界面元等效剛度計算模型用于ansys中的非線性彈簧單元combin39和combin14,本文對復(fù)合材料雙懸臂梁(dcb)和端邊切口彎曲(enf)梁的脫層擴展試驗進行了有限元數(shù)值模擬;所得數(shù)值脫層預(yù)測結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)吻合良好。算例也表明,文中所給彈簧界面元長度和等效剛度的計算模型不僅計算簡單和準確,并且所給脫層擴展的數(shù)值模擬也穩(wěn)定。

在機構(gòu)運動分析的基礎(chǔ)上,導(dǎo)出了精確分析懸架受力、剛度和阻尼特性的基本公式,給出了按選定的偏頻和相對阻尼比確定扭桿剛度和減震器阻尼參數(shù)的設(shè)計步驟.以此為理論基礎(chǔ),開發(fā)出了簡明實用的雙橫臂扭桿懸架系統(tǒng)剛度和阻尼參數(shù)非線性分析與設(shè)計軟件.

針對iveco前雙橫臂獨立懸架只按來圖加工的現(xiàn)狀,提出應(yīng)用catia對iveco前雙橫臂獨立懸架進行逆向設(shè)計,并應(yīng)用catia的dmu模塊對其進行ridemotion,甚至在某些方面進行一定優(yōu)化分析,從而提高對產(chǎn)品的認識,進一步提升自主開發(fā)能力。

建立了某五軸載貨汽車雙扭桿雙橫臂懸架有限元模型,對各零部件之間連接關(guān)系進行模擬,在此基礎(chǔ)上,對模型靜態(tài)剛度和強度特性進行分析。計算結(jié)果與理論解和試驗結(jié)果基本吻合,驗證了該類型懸架有限元模型的正確性。

采用虛功原理、有限張量和矢量代數(shù)法計算雙橫臂扭桿懸架的剛度,應(yīng)用adams軟件驗證數(shù)學方法計算的可行性?；陔S機振動的方法分析輪胎動載荷、懸架動行程和舒適性3個性能指標,對扭桿設(shè)計的基本參數(shù)進行優(yōu)化,減小實際行車中的懸架位移和撞擊限位塊頻率,測試效果明顯,為總布置設(shè)計提供精確的設(shè)計參數(shù)。

闡述了在整車裝調(diào)過程中確定空車高度的重要性?？哲嚫叨仁潜ＷC前輪定位正確性的前提,前輪定位參數(shù)變化量取決于懸架平衡位置,而空車高度對懸架平衡位置有重要影響。以bj1027a皮卡為例,指出對于裝有扭桿彈簧的獨立懸架車輛,其空車高度不僅影響整車姿態(tài)而且影響懸架的運動精度,而正確的空車高度可以保證車輛具有良好的行駛性能。

鋼板彈簧懸架設(shè)計規(guī)范(提綱) 一、鋼板彈簧鋼斷面參數(shù)(r=h/2,r=h,r=3h/4) 1．單面雙槽鋼 （1）斷面積 （2）中性層位置 （3）慣性矩 （4）斷面系數(shù) （5）拉、壓應(yīng)力比 2．矩形斷面鋼 （1）斷面積 （2）慣性矩 （3）斷面系數(shù) *主要（常用）規(guī)格列表，給出數(shù)值，供查用。 二、鋼板彈簧總成基本特征參數(shù) 1．剛度（自由剛度，夾緊剛度） （1）多片簧 （2）少片簧 2．比應(yīng)力 （1）多片簧（根部應(yīng)力） （2）少片簧（a.根部應(yīng)力；b.最大應(yīng)力點應(yīng)力） 3．弧高 （1）夾緊弧高 （2）自由弧高 三、有關(guān)整車性能參數(shù)的校核 1．懸架固有頻率 （1）靜撓度 （2）固有頻率（推薦值） （3）兩級剛度復(fù)式板簧的撓度和頻率 2．側(cè)傾校核 （1）側(cè)傾角剛度（a.板簧，b.穩(wěn)定桿） （2）側(cè)傾力臂 （3）側(cè)傾角（推薦值） 3．桿系的運動學校核

綜合國內(nèi)外資料,探討了雙橫臂扭桿懸架設(shè)計廣泛應(yīng)用的圓截面直扭桿的設(shè)計方法和雙向筒式減振器的參數(shù)的初步確定,并用于某輕型客車前懸架的改進設(shè)計,獲得了滿意的結(jié)果。

根據(jù)某汽車雙橫臂前懸架硬點坐標等參數(shù),應(yīng)用adams/car建立該懸架虛擬樣機模型,并對懸架系統(tǒng)進行車輪跳動仿真分析,模擬車輪跳動對雙橫臂懸架前輪定位參數(shù)的影響,得出相應(yīng)參數(shù)的變化規(guī)律曲線.根據(jù)仿真試驗結(jié)果和相關(guān)參數(shù)的設(shè)計要求,對該懸架的部分硬點位置及懸架特性參數(shù)進行優(yōu)化,使懸架的綜合性能達到最佳.結(jié)果表明,所做的優(yōu)化設(shè)計有效,改善了懸架系統(tǒng)的運動學特性.

根據(jù)fsae大賽規(guī)則,采用設(shè)定基準目標的方法確定整車的軸距、前后輪距、質(zhì)心位置等重要參數(shù),完成雙橫臂懸架主要參數(shù)、懸架導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計。利用catia對懸架各部分零件進行三維建模和裝配,運用ansya對前懸立柱、搖臂進行強度校核。分析結(jié)果顯示:設(shè)計的零件滿足材料的強度要求。裝配完成后的賽車實際運行結(jié)果表明:設(shè)計出的雙橫臂懸架系統(tǒng)具有較好的平順性,設(shè)計方法合理,可為車輛懸架系統(tǒng)的理論計算和輕量化設(shè)計提供參考。

為了提高fsae(中國大學生方程式汽車大賽)賽車的操縱穩(wěn)定性,對賽車雙橫臂前懸架進行優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)已建好的ug三維模型得到某賽車前懸架主要硬點坐標,然后利用adams/car建立前懸架虛擬樣機模型并進行仿真試驗,指出懸架設(shè)計的不足;利用adams/insight進行優(yōu)化分析,得到所考慮硬點位置對各項性能參數(shù)的影響靈敏度,再根據(jù)所得靈敏度對硬點位置進行優(yōu)化,得到最合理的性能參數(shù)組合,進而獲得最優(yōu)的雙橫臂前懸架模型;最后對優(yōu)化前后的模型進行仿真與對比,結(jié)果顯示優(yōu)化后懸架的運動學特性得到了一定改善。

研究某一轎車雙橫臂獨立懸架性能的優(yōu)化問題,解決前輪定位參數(shù)在汽車行駛過程中變化過大而引起的輪胎磨損的加劇以及懸架性能的降低的問題。針對上述問題,在adams/car上建立了車雙橫臂獨立懸架的動力學模型,運用insight模塊進行靈敏度分析,選取靈敏度較大的硬點參數(shù)作為設(shè)計變量,建立車輪定位參數(shù)在輪跳過程中的最大變化量的響應(yīng)面近似模型。然后運用差分進化算法與非支配遺傳算法的混合多目標算法(簡稱de-nsgaii算法)對目標函數(shù)進行優(yōu)化求解。結(jié)果表明,優(yōu)化后的車輪定位參數(shù)在車輪跳動過程中的變化量明顯減小,懸架的性能得到改善,為懸架的優(yōu)化設(shè)計提供了依據(jù)。