悬架系统运动学分析流程.docx

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悬架系统运动学分析流程

编号：

版本：

1.0密级：

秘密

悬架系统运动学分析流程

编制/日期：

赵晓峰2005-10-22

校对/日期：

审核/日期：

批准/日期：

奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院CAE部

2005年10月22日

前言

悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把悬架（或车身）与车轴（或车轮）弹性的连接在一起。

其主要的任务是传递作用在车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩，并且缓和路面传给车架（或车身）冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。

本流程主要以车轮平行跳动为例，介绍了车轮上下跳动时各主要参数变化情况的分析过程。

单轮跳动、反向跳动的分析过程与此基本一致。

本版本为第一版本，由于作者能力有限，如果有不妥之处，敬请指正，并在以后的版本中逐步改善。

1、分析目标

通过对悬架跳动的仿真分析来查看各主要参数随轮跳的变化状况，从而预估悬架性能，为悬架设计提出建议。

2、问题描述

平行跳动、单轮跳动及反向跳动的建模及分析过程所需要的步骤基本一致，流程图2-1可以直观的反应这一过程。

图2.1.1分析流程图

3、仿真分析过程

3.1、数据准备

在建立悬架模型之前，首先要对所建悬架的拓扑结构进行详细的分析，根据分析结果，提出详细的参数需求。

悬架系统建模时通常也会包含转向系统和稳定杆系统。

悬架系统的建模所需数据庞大，但总体上可以分为：

1、关键点

关键点的位置与整车的状态有关，因此在提供关键点的数据时最好说明所提供数据对应的整车状态。

各关键点对应状态应该保持一致。

2、元件特性

包括各衬套刚度及阻尼特性、弹簧特性、减振器阻尼特性、压缩及伸张限位块特性、转向助力特性、齿轮齿条传动比，稳定杆扭转刚度等。

3、整车质量及几何参数

整车质量及几何参数主要是指前后轴轴荷，前后轴的簧载或非簧载质量。

整车的质心位置及轮距和轴距等参数。

4、关键部件参数质量及惯量参数

如控制臂及副车架的质量、质心位置及转动惯量等，惯量参数要指明所在坐标系。

可按已有的参数需求表模板编制建模所需参数表。

3.2、建模过程

在ADAMS/car中建立模型通常分为三个步骤，首先在templatebuilding界面中建立模板，然后利用所建模板在standardbuilding界面中建立各子系统，最后运用suspensiontestrig将各子系统装配成一个整体的悬架系统。

3.2.1、建立模板

在templatebuilding界面中建立模板时的基本步骤可参照流程图3.2.1。

图3.2.1建模流程图

3.2.2、建立子系统

模板建立完成后，便可在standardbuilding界面中利用模板新建各子系统。

新建时应该准确设定各子系统的MinorRole.如图3.2.2所示。

图3.2.2建立新的子系统

3.2.3、建立悬架装配系统

完成各子系统的建模后，便可将各个子系统装配起来，形成整个的装配系统。

在含有转向系统及稳定杆系统的模型中，新建时选择SteeringSubsystem和OtherSubsystem便可将其加入。

整个悬架系统是通过SuspensionTestRig装配起来的。

图3.2.3建立新的装配系统

3.3、模型检验与调试

◆运动检查：

悬架系统建立完毕后，在作正式分析之前需要查看悬架的建模参数设置是否有疏忽，并进行各种跳动检验，以确认建立的悬架能否准确的完成要求的运动分析、各主要结果数据的变化是否合理。

◆模型调试：

如果通过检查发现不正常的运动或结果，应该查找原因并对模型进行调试，直至达到要求。

错误原因可参考第四部分的常见问题描述。

3.4、提交分析

平行跳动分析时，按照图3.4.1设定分析参数：

图3.4.1提交分析

图中的设定值只作为参考，根据要求可自行修改。

反向跳动及单轮跳动与此基本相同。

3.5、查看分析结果

分析完成后，在主菜单中找到Review→Animationcontrol,可以查看仿真完成后的动画效果。

也可选择Review→PostprocessingWindow或者直接使用快捷键F8，便可转到Postprocessor中进行后处理。

◆查看曲线图：

在Postprocessor中可以查看主要参数的变化曲线。

具体操作方法如下：

方法一：

在Postprocessor的主菜单中选择plot→createplots后弹出如图3.5.1所示的界面，便可创建一组主要参数的变化曲线。

：

图3.5.1生成图线

说明：

作图所需结构文件mdi_suspension_parallel_travel.plt位于share文件夹下，点右键即可找到。

方法二:

用方法一有些图形是做不出来的，这就需要单独绘制某一分析结果的曲线图，具体见图3.5.2。

图3.5.2绘制曲线图

通过以上操作便可得到前束随轮跳的变化曲线，如图3.5.3：

图3.5.3前束变化曲线

◆数据的输出：

曲线图是由许多数据点组成的，如果需要可以通过Export命令将这些数据点以ASCAII、表格或网页的形式输出。

◆录制动画：

在PostProcessor中新建页面，点击右键选择loadanimation选择所作的分析，便可查看动画，选择控制面板中的R键，便可输出AVI等各种格式的录影文件。

3.6、分析结果评价

在运动学分析完成后，需要对表3.6.1中的参数随车轮的跳动而发生的变化进行分析：

评价对象

简要评价指标

外倾角

CamberAngle

◆从提高转向性能出发，侧顷时车轮对地面外倾角最好不变。

◆较大的前轮外倾角的变化会引发横向力，影响直行稳定性。

◆外倾变化上跳时：

－2～+0.5/50mm.

前束角

ToeAngle

◆保持车轮在上下跳动过程中前束不变。

◆前束的变化影响直行稳定性、车辆稳态响应。

◆车轮上跳时前束值多设计成零至弱负变化，取弱负变化是为了使车辆获得弱的不足转向特性。

◆设计值取在零附近是为了控制直行时由路面凹凸引起的前束变化，确保良好的直行稳定性。

◆上跳对应的前束变化最好呈直线。

◆前束变化的理想特性为：

上跳，零至弱负变化（-0.5°/50mm）

◆当前轮驱动时，前轮在外力作用下有增大前轮前束的趋势。

因此，可以有适当的负前束。

主销内倾角

KingpinInclinationAngle

◆转向主销倾角7°～13°，希望取小值

主销偏置距

ScrubRadius

◆为了保证制动时左右车轮既存在制动力不同也能稳定运动的效果，主销偏置距多为负

◆转向主销偏移距-10～30mm希望为负。

◆较小的偏置距使转向操纵轻便。

主销后倾角

CasterAngle

◆主销后倾设计较大时，外顷转向轮的外倾角会向负方向变化，这样车辆的不足转向特性较弱，最大横向加速度会增大。

◆前置前驱：

0～3°；前置后驱：

3～10°

◆当设计范围合理时，与之相应的回正力矩，角反馈较为合理。

主销拖距

CasterMomentArm

◆后倾拖距大，有利于提高转向轮的回正能力和直行稳定性。

◆使转向轮的保持力及转向力加大。

◆设计范围：

0～30mm.

悬架刚度

WheelRate

◆普通级别以下轿车满载时，前悬架偏频在1.00～1.45Hz，后悬架要求在1.17～1.58Hz

◆高级轿车满载时，前悬架偏频要求在0.80～1.15Hz‘后悬架要求在0.98～1.30Hz

◆为了使汽车有较小的纵向角振动，推荐后悬架静挠度是（0.8～0.9）的前悬架静挠度

悬架侧倾刚度

TotalRollRate

◆0.5g侧向加速度下的整车侧倾角一般在2°～5°的范围内

◆前悬架的侧倾角刚度应略大于后悬架侧倾角刚度，比值一般为1.4～2.6

悬架侧倾中心高度Roll

CenterLocation

◆独立悬架的侧倾中心高度一般在0～150mm的范围为宜。

随车轮的跳动，侧倾中心高度的变化最好控制在3070mm内，希望取较小值。

侧向力变形转向系数

LateralForce

SteerCompliance

◆轿车前悬架侧向力变形系数为0.6（不足）～0.22°/KN（过多）

◆后悬架侧向力变形系数为0.02（不足）～0.22°/KN（过多）

侧向力变形外倾系数

LateralForceCamberCompliance

◆轿车的前悬架侧向力变形外倾系数为0.24～0.75°/KN（不足）

◆后悬架的侧向力变形外倾系数为0.20～0.82°/KN（不足）

悬架横向刚度

LateralForce

SteerCompliance

◆一般取横向柔度为0.3mm/980N（接地点负荷）～2mm/980N（接地点负荷）

悬架侧倾外倾系数

RollCamberCoefficient

◆轿车的前侧倾外倾系数要求为0.61～0.88°/°（不足）

◆轿车的后侧倾外倾系数要求为0～0.86°/°（不足）

悬架侧倾转向系数

RollSteer

◆侧倾转向系数在0.2（不足）～0.1°/°（过多）

◆侧倾转向系数在0.13（不足）～0.06°/°（过多）

轮距变化

TotalTrack

◆轿车的轮距变化应该在-5mm/50mm～5mm/50mm（单轮）范围内

说明：

简要评价指标只是做了最一般性的描述。

最好的指标是各参数有相应的目标值，当然各工程师的经验在这里也显得非常重要。

3.7、数据提交及存档

仿真分析完成后，可将模型源文件夹（*.cdb）及分析报告等文件存档。

4、常见问题描述

悬架系统运动学分析过程中常见到的问题可参照表4.1：

编号

常见问题

一般修改方法

1

悬架不能跳动或者跳动不正常

1、检验Communicator设定的是否正确。

2、检查运动副及衬套的设置是否存在过约束或者过多自由度的问题。

2

悬架实际跳动行程与提供值不符

1、适当的调整bumpstop和reboundstop的行程。

2、适当调整bumpstop和reboundstop的刚度特性，使其压缩量与实际值保持一致

表4.1常见问题描述