基于ADAMS的麦弗逊悬架的仿真分析与优化.docx
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基于ADAMS的麦弗逊悬架的仿真分析与优化
基于ADAMS的麦弗逊悬架的仿真分析与优化
作者:
李凯袁望方马相飞
来源:
《江西科技师范大学学报》2016年第06期
摘要:
基于悬架系统对汽车舒适性和操稳性的重要影响,本文利用ADAMS仿真软件对麦弗逊式独立悬架进行动力学仿真与优化。
根据麦弗逊式独立悬架的CATIA模型及硬点,首先在ADAMS/Car模块中搭建悬架的物理模型,然后进行仿真分析,再利用后处理模块ADAMS/PostProcessor模块查看仿真结果,得到有关悬架性能的曲线,包括四轮定位参数曲线,并对分析不合理的车轮前束角通过ADAMS/Insight模块进行了进一步的优化,最终明显提高了汽车的舒适性和操稳性。
关键词:
ADAMS;麦弗逊;悬架;仿真;优化
中图分类号:
U260.33文献标识码:
A文章编号:
1007-3558(2016)06-0101-05
Abstract:
Inviewoftheimportantinfluenceofsuspensionsystemonthecomfortandstabilityofvehicle,simulationanalysisandoptimizationofMacPhersonsuspensionsystemarecarriedoutbyADAMS.Firstly,basedontheCATIAmodelandthehardpointsofMacPhersonindependentsuspension,themodelofMacPhersonindependentsuspensionisbuiltbytheADAMS/Car.ThenthesimulationanalysisiscarriedoutandthesimulationresultsaregainedbytheADAMS/Postprocessor.Theresultsgetthesuspensionperformancecurve,includingthefour-wheelpositioningparametercurve.Finally,theexperimentsproveobviouslyonimprovingthecomfortandstabilityofvehiclethroughanalyzingtheunreasonablewheeltoeAnglebyADAMS/Insight.
Keywords:
ADAMS;MacPherson;suspension;simulation;optimization
一、引言
近些年来,汽车行业的迅速发展推动了汽车技术的不断完善,促使汽车的舒适性和操稳性能也在不断提高,不断满足人们对于汽车性能的要求。
而悬架的可靠性对汽车的操稳性和乘坐舒适性有着决定性的影响,因而对悬架系统进行分析及优化来提高其可靠性至关重要。
目前在汽车性能检测方面,主要有仿真分析和实车检测这两种检测方式,实车检测所花费的成本大,且需要较长的工期,一旦出现检测不合格,还需要复杂的过程去改进和制造,现目前大部分汽车公司均是采用计算机动力学仿真来进行汽车性能检测,不但大大节约时间,而且节约成本。
本文用ADMAS动力学仿真软件来对广泛使用的麦弗逊式独立悬架进行运动学仿真与优化[1-2]。
二、麦弗逊式独立悬架模型的建立
(一)ADAMS/Car建模
在ADAMS/Car模块中进行悬架模型的搭建,通常采用由下到上的次序进行模型搭建,也就是在ADAMS/Car模块中提取现有悬架模板,然后根据已有数据资料进行自定义模板的搭建,先生成悬架子系统的一般模型,再通过子系统模型的组装实现悬架系统总成的建模。
如图1所示为自定义的麦弗逊式独立悬架子系统模板,如图2所示为搭建生成的麦弗逊式独立悬架系统仿真模型总成。
(二)麦弗逊式独立悬架模型参数的修改
本文所用参数均由苏州奥杰公司提供,如表1所示为仿真分析所需的部分技术参数,如表2所示为悬架仿真分析所需主要硬点的空间坐标参数值[3-4]。
根据本文所给的主要硬点参数,对麦弗逊式前悬架的硬点坐标进行修改,如表3所示。
重新修改主要硬点坐标值后,将原有模型进行更新,即得到仿真分析需要的悬架系统模型,如下图3所示。
三、麦弗逊式前悬架的仿真分析
ADAMS/Car模块对悬架的仿真分析通常都是通过悬架测试台将激励输送到悬架总成进行测试分析[5]。
但要较为全面的反映悬架的动力特性,可以对悬架性能参数进行平轮上下跳动试验进行分析。
其中悬架性能的好坏很大程度上取决于车轮定位参数的变化,包括车轮前束角、主销内倾、主销外倾及车轮后倾角的变化,当车轮定位参数在合理的范围内变化的幅值最小的时候,就认为悬架的运动特性处于最佳状态。
在进行平轮上下跳动试验前,首先要对搭建好的麦弗逊式悬架模型进行仿真参数的设定,本文仿真试验中将车轮上下跳动的位移范围设定为-50mm~50mm,仿真循环的步数设定为100[6]。
(一)车轮前束角
在ADAMS/Car模块中完成悬架系统模型的搭建并设定好各项参数后,开始进行悬架各个主要硬点的仿真分析,在试验中车轮在50mm的范围内进行上下跳动时,得到如图4所示的车轮前束角特性仿真分析图。
该图中试验车轮上下跳动的位移由横坐标来表示,车轮前束角的大小变化由纵坐标表示。
由图4分析可见车轮在0mm~-50mm范围内下落过程中,前轮前束角在0°~0.49°的范围内波动,总体来说满足前束角的变化趋势;而车轮在0mm~50mm的上跳过程中,前轮前束角在-0.79°~0°的范围内波动,满足车轮前束角的理想变化趋势。
总体分析来说,在车轮上下跳动试验中,前轮前束在-0.79°~0.49°的范围内波动,波动量为1.28°,与车轮外倾角变化配比不佳,因此需要进行再次优化,以使车轮前束角始终处在最理想的变化范围内。
(二)车轮外倾角
在进行悬架的总体设计时,通常要求车轮在0mm~50mm的范围内上跳时外倾角要相应呈变小的趋势,而车轮在下跳时外倾角要相应呈变大的趋势[7]。
在试验中,车轮在进行50mm上、下跳动试验时,得到如图5所示车轮外倾角仿真分析图。
由图5分析可见车轮在进行0mm~50mm范围内的上跳过程中,外倾角发生和车轮前束角相匹配的变化趋势,朝负值波动;而车轮在进行0mm~-50mm范围内的下落过程中,外倾角与前束角的变化趋势也相符合,朝着正值波动。
从总体分析来看,车轮在跳动试验过程中,外倾角总体波动范围为-1.43°~1.94°,上跳时为-0.03°~-1.43°,符合悬架设计时的基本要求。
(三)主销后倾角及主销后倾拖距
一般认为前置前驱布置形式下主销后倾角在0°~3°的范围内波动较为理想,而前置后驱布置形式下在3°~10°的范围内波动较为理想。
主销后倾拖距在理想的范围内能提高汽车行驶时对路面的抗干扰能力,并且能够给驾驶员以舒适的主观感应。
一般认为主销后倾拖距较为理想的波动范围为0mm~30mm[8]。
通过车轮上下跳动试验得到图6所示的主销后倾角仿真分析曲线,由图6分析可知,在车轮跳动试验过程中,主销后倾角在3.15°~4.01°的范围内波动,波动幅度为0.86°,符合前置后驱类型悬架的基本设计要求。
图7为主销后倾拖距仿真分析曲线,由图7分析可知,在车轮上下跳动时,主销后倾拖距在14.8mm~20.2mm的范围内波动,变化幅度为5.4mm,满足悬架设计对主销后倾拖距的基本要求。
(四)主销内倾角
一般认为,主销内倾角在7°~15°的范围内变化比较理想,并且希望尽量取较小值。
如图8所示为仿真分析得到的主销内倾角的仿真分析曲线,由图可见车轮在-50mm~50mm范围内上下跳动过程中,主销内倾角在10.48°~15.54°的范围内变化,波动幅度满足基本的设计要求。
四、车轮前束角的优化
通过对所建的麦弗逊悬架虚拟模型的各硬点进行仿真分析后可知,所建模型前束角不在最理想的变化范围内波动,需要再次进行优化。
本文通过ADAMS/Insight参数化分析模块对车轮前束角的坐标参数进行了优化分析。
(一)车轮前束角灵敏度分析与优化
首先找出对车轮前束角参数变化规律影响最大的因素,同时确定悬架导向机构相对应的硬点坐标参数值,并从中选取会较大程度影响悬架定位参数,但基本不影响悬架结构的硬点坐标值作为设计变量,然后将不理想的车轮前束角参数值作为目标函数。
在ADAMS/car界面中选择Simulation/DOEinterface/DesignObjective/new,建立响应目标车轮前束角[9]。
在ADAMS/Insight模块中创建响应因素、设计空间及工作矩阵,然后运行工作矩阵进行仿真试验,并由Adams/PostProcessor绘制出优化后的车轮前束角随着试验次数不断变化而变化的曲线,如图9所示。
(二)优化分析
根据试验分析结果,需要对影响车轮前束角变化的坐标参数进行调整。
表4为优化后的工作矩阵表,由表4可知,第2、3组试验的车轮前束角最大值为4组试验中较小的两个,这里将第2组的横拉杆硬点坐标值进行调整。
对调整后的悬架模型再次进行仿真分析,并进行优化前、后仿真结果的对比分析,仿真分析结果如图10所示。
由图10可见,优化后的车轮前束角在-0.39°~0.07°范围内波动,变化量为0.46°,与优化前的变化量1.28°相比减少0.82°,且车轮在上跳过程中成弱负前束的变化,明显增强了汽车的不足转向特性,达到了优化目的[10-11]。
五、结束语
本文依据苏州奥杰公司提供的麦弗逊式独立悬架的基本参数,然后通过ADAMS仿真分析软件对悬架模型进行搭建,并通过平轮上下跳动试验对影响汽车舒适性和操纵稳定性的悬架参数进行了仿真分析,得到了悬架性能仿真分析曲线,最后通过ADAMS/Insight模块对不太理想的车轮前束角坐标值进行了不断的仿真优化分析,使得麦弗逊式独立悬架的性能得到较大改善,从而使得汽车的操稳性和舒适性得到了极大提高。
参考文献:
[1]徐成荫.基于ADAMS的汽车前悬架仿真分析与优化.沈阳工业大学硕士学位论文,2012,12.
[2]高晋.基于虚拟样机技术的悬架K&C特性及其对整车影响的研究.吉林大学博士学位论文,2010,12.
[3]王国强,张进平.虚拟样机技术在ADAMS上的实践[M].西安,西北工业大学出版社,2002,7.
[4]陆丹.基于ADAMS的麦弗逊前悬架优化设计[J].中国制造业信息化,2004,33,106–109.
[5]周兵兵,李惠林,刘清.基于Adams/Car的汽车前悬架仿真分析及优化设计.计算机辅助工程,2013,22,118-123.
[6]李军.ADAMS实例教程[M].北京,北京理工大学出版社,2002.8.
[7]汽车工程手册编辑委员会.汽车工程设计篇[M].北京,人民交通出社,2001.2.
[8]刘惟信.汽车设计(第四版)[M].北京,清华大学出版社,2004.2.
[9]余志生.汽车理论(第五版)[M].北京,机械工业出版社,2009.7.
[10]NingXB,ZhaoCL,DynamicanalysisofcarsuspensionusingADAMS/Carfordevelopmentofasoftwareinterfaceforoptimization.ProcediaEngineering,2011,16,333-341
[11]LinBX,YuLH.Dynamicsimulationofauto-centralizerforhorizontalwelltractionrobotbasedonADAMS.PetrolemExprolationandDevelopment,2010,37,104-110.
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