基于ADAMS的汽車懸架系統(tǒng)建模與優(yōu)化

1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目 汽車懸架系統(tǒng)建模與優(yōu)化 學(xué) 院 工程技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 車輛工程 年 級 2011 學(xué) 號 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 成 績 2015年 5 月 31 日目錄摘 要3Abstract HYPERLINK l _Toc8967 5 HYPERLINK l _Toc8967 0 文獻綜述5TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc17176 0.1 前言 PAGEREF _Toc17176 3 HYPERLINK l _Toc4485 0.1.1 懸架組成元件和分類 PAGEREF _Toc4485 3 HYPERLINK l _Toc10502 0.2

2、 國內(nèi)外有關(guān)汽車懸架的研究情況 PAGEREF _Toc10502 4 HYPERLINK l _Toc18582 0.2.1 國外研究情況 PAGEREF _Toc18582 4 HYPERLINK l _Toc11350 0.2.2 國內(nèi)研究情況 PAGEREF _Toc11350 4 HYPERLINK l _Toc7096 1 引言 PAGEREF _Toc7096 5 HYPERLINK l _Toc6113 2 雙橫臂式前獨立懸架模型的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc6113 6 HYPERLINK l _Toc13805 2.1 創(chuàng)建新的模型 PAGEREF _Toc13805 7

3、 HYPERLINK l _Toc4065 2.2 工作環(huán)境的設(shè)置 PAGEREF _Toc4065 7 HYPERLINK l _Toc25255 2.3 設(shè)計點（Point）的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc25255 7 HYPERLINK l _Toc4517 2.4 主銷的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc4517 8 HYPERLINK l _Toc29487 2.5 上橫臂的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc29487 9 HYPERLINK l _Toc5553 2.6 下橫臂的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc5553 9 HYPERLINK l _Toc24760 2.7 拉臂的創(chuàng)建 P

4、AGEREF _Toc24760 10 HYPERLINK l _Toc4142 2.8 轉(zhuǎn)向拉桿的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc4142 10 HYPERLINK l _Toc6043 2.9 轉(zhuǎn)向節(jié)的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc6043 10 HYPERLINK l _Toc10648 2.10 車輪的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc10648 10 HYPERLINK l _Toc32196 2.11 測試平臺的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc32196 11 HYPERLINK l _Toc6659 2.12 彈簧的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc6659 12 HYPERLINK l _

5、Toc9079 2.13 球副的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc9079 13 HYPERLINK l _Toc26233 2.14 固定副的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc26233 13 HYPERLINK l _Toc19501 2.15 旋轉(zhuǎn)副的創(chuàng)建和修改 PAGEREF _Toc19501 14 HYPERLINK l _Toc27737 2.16 移動副的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc27737 15 HYPERLINK l _Toc16306 2.17 點-面約束副的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc16306 15 HYPERLINK l _Toc29437 2.18 模型的保存 PA

6、GEREF _Toc29437 16 HYPERLINK l _Toc13893 2.19 模型的驗證 PAGEREF _Toc13893 16 HYPERLINK l _Toc25953 3 前懸架模型的仿真分析 PAGEREF _Toc25953 16 HYPERLINK l _Toc31713 3.1 添加驅(qū)動 PAGEREF _Toc31713 17 HYPERLINK l _Toc24788 3.2 主銷內(nèi)傾角的測量 PAGEREF _Toc24788 17 HYPERLINK l _Toc15569 3.3 主銷后傾角的測量 PAGEREF _Toc15569 19 HYPERLI

7、NK l _Toc15305 3.4 前輪外傾角的測量 PAGEREF _Toc15305 20 HYPERLINK l _Toc11209 3.5 前輪前束角的測量 PAGEREF _Toc11209 22 HYPERLINK l _Toc25604 3.6 車輪接地點側(cè)向滑移量的測量 PAGEREF _Toc25604 23 HYPERLINK l _Toc30161 3.7 車輪跳動量的測量 PAGEREF _Toc30161 25 HYPERLINK l _Toc22367 3.8 前懸架特性曲線的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc22367 26 HYPERLINK l _Toc2317

8、8 3.8.1 主銷內(nèi)傾角-車輪跳動量相對變化曲線 PAGEREF _Toc23178 26 HYPERLINK l _Toc21367 3.8.2 主銷后傾角-車輪跳動量相對變化曲線 PAGEREF _Toc21367 28 HYPERLINK l _Toc13204 3.8.3 前輪外傾角-車輪跳動量相對變化曲線 PAGEREF _Toc13204 29 HYPERLINK l _Toc31746 3.8.4 前輪前束角-車輪跳動量相對變化曲線 PAGEREF _Toc31746 29 HYPERLINK l _Toc19481 3.8.5 車輪接地點側(cè)向滑移量-車輪跳動量相對變化曲線 P

9、AGEREF _Toc19481 30 HYPERLINK l _Toc29856 3.9 保存測試成功的前懸架模型 PAGEREF _Toc29856 31 HYPERLINK l _Toc12752 4 前懸架模型的細化（將前懸架模型參數(shù)化） PAGEREF _Toc12752 31 HYPERLINK l _Toc13041 4.1 設(shè)計變量的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc13041 32 HYPERLINK l _Toc10850 4.2 設(shè)計點的參數(shù)化 PAGEREF _Toc10850 35 HYPERLINK l _Toc6386 4.3 物體的參數(shù)化 PAGEREF _Toc6

10、386 38 HYPERLINK l _Toc28173 5 前懸架模型的優(yōu)化 PAGEREF _Toc28173 40 HYPERLINK l _Toc28166 5.1 定義目標函數(shù) PAGEREF _Toc28166 40 HYPERLINK l _Toc2861 5.2 參數(shù)的優(yōu)化 PAGEREF _Toc2861 41 HYPERLINK l _Toc19379 6 結(jié)論 PAGEREF _Toc19379 46 HYPERLINK l _Toc13475 7根據(jù)已有參數(shù)結(jié)合優(yōu)化結(jié)果畫出懸架的裝配圖 PAGEREF _Toc13475 46 HYPERLINK l _Toc25339

11、 致謝 PAGEREF _Toc25339 48汽車懸架系統(tǒng)建模與優(yōu)化摘要：本設(shè)計以某轎車的雙橫臂式前獨立懸架為研究對象,以降低汽車輪胎的磨損量為研究目標,對前懸架模型的幾何參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。利用 MSC.ADAMS/View 軟件對雙橫臂式前獨立懸架進行了運動學(xué)的幾何建模、模型參數(shù)化、仿真分析和優(yōu)化設(shè)計。通過優(yōu)化設(shè)計我們讓車輪接地點的側(cè)向滑移量降低到最小，從而降低了輪胎的磨損量，提高了車輛的行駛穩(wěn)定性和安全性。利用ADAMS軟件建立虛擬樣機模型可以降低懸架系統(tǒng)研究的開發(fā)周期和成本，因此本次研究有一定的實際意義。關(guān)鍵詞：ADAMS/View；懸架系統(tǒng)；運動學(xué)仿真；優(yōu)化設(shè)計；虛擬樣機Modeli

12、ng and Optimization of Vehicle SuspensionAbstract: This design is based on one study about a certain type of cars wishbone type independent suspension, reducing the amount of wear of automobile tires is selected as our goal for the study, after that, we optimize the design ofgeometric parameters of

13、thefront suspensionmodel. I build a Geometric model which is based on MSC. ADAMS/View for the wishbone type independent suspension, parameter the model, make simulation analysis of it and then optimize the design. We reduce the lateral displacement of the wheels to a minimum by optimizing the design

14、, thereby reducing the amount of wear of the tire and improving driving stability and safety of the car. We can use ADAMS to reduce the time and cost of the study by creating a virtual prototype of the suspension system, therefore this study has some practical significance.Key Words: ADAMS/View; Sus

15、pension System; Kinematics Simulation; Optimal design; Virtual Prototyping0 文獻綜述0.1 前言0.1.1 懸架組成元件和分類懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它把車架（或承載式車身）與車軸（或車輪）彈性地連接起來。它的主要作用是傳遞作用在車輪和車架（或承載式車身）之間的全部力與力矩，比如支撐力、制動力和驅(qū)動力等，并且緩和由于路面不平傳遞給車身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動，以保證汽車正常行駛時的平順性，保證車輪在路面不平和有載荷變化的狀況下有理想的運動特性，保證汽車的操縱穩(wěn)定性以及擁有高速行駛的能力1。雖然現(xiàn)代汽車懸架

16、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式各不相同,但是基本都是由三大組件：彈性元件、減振元件和導(dǎo)向機構(gòu)三部分構(gòu)成,這三個部分依次起到緩沖、減振和導(dǎo)向的作用,共同承擔傳遞力的任務(wù)2。按照結(jié)構(gòu)形式可將懸架分為獨立懸架與非獨立懸架,二者的簡化模型分別如下圖（a）、（b）所示: （a）獨立懸架 (b)非獨立懸架 （a） Independent Suspension (b)Non-independent suspension圖 0-1 獨立懸架與非獨立懸架Fig.0-1 Independent Suspension and Non-independent suspension獨立懸架的優(yōu)點有：簧下質(zhì)量?。ㄆ巾樞院茫粦壹苷加玫目?/p>

17、間較小；彈性元件只在垂直方向上受力，所以可以使用剛度稍小的彈簧來降低車身振動的頻率，優(yōu)化汽車行駛的平順性；利用斷開式車軸，可以降低發(fā)動機的位置高度，改善汽車行駛的穩(wěn)定性；左右車輪互不影響各自運動，利于車身的傾斜和振動的減少。缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜；成本較高和維修困難。主要應(yīng)用于部分總質(zhì)量不大的商用車和普通的乘用車上。非獨立懸架（以縱置鋼板彈簧懸架為例）的主要優(yōu)點有：構(gòu)造簡單；制造容易；維修便捷；工作可靠性較高。缺點是：受整車布置的結(jié)構(gòu)限制，鋼板彈簧不能擁有足夠的長度（尤其是前懸架），以致彈簧鋼板剛度較大，汽車行駛平順性變差；簧下質(zhì)量大，乘坐舒適性較差；在不平路面上行駛時兩側(cè)車輪運動時相互影響，導(dǎo)致車

18、橋（或車軸）和車身發(fā)生傾斜；前輪發(fā)生跳動時，懸架易與轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)之間發(fā)生運動干涉。此類懸架主要應(yīng)用于總質(zhì)量較大的商用車前、后懸架以及少量乘用車的后懸架上。根據(jù)導(dǎo)向機構(gòu)的形式可以分為：雙橫臂式、單橫臂式、單斜臂式、單縱臂式、扭轉(zhuǎn)梁隨動臂式和麥弗遜式懸架。0.2 國內(nèi)外有關(guān)汽車懸架的研究情況0.2.1 國外研究情況國外早在二十世紀六十年代就完成了 “線性二自由度”和“線性三自由度”的懸架系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立3。Sachs在他于l980年發(fā)表的文章中詳細闡述了對于1/4車輛的懸架模型做了自適應(yīng)控制的研究,同時優(yōu)化了阻尼與剛度4。1986年,R .J.Antoun在其發(fā)表的文章中講述了如何應(yīng)用MSC.

19、ADAMS軟件創(chuàng)建車輛操縱穩(wěn)定性模型，用ADAMS標準模塊和用戶自定義模塊(如車輪)，建立了福特公司的一種客貨兩用轎車模型。文章詳盡的論述了前后懸架運動學(xué)模型以及橡膠襯套的順從性與減振器的非線性，經(jīng)過驗證，此后的試驗結(jié)果與之前的仿真結(jié)果非常接近5。0.2.2 國內(nèi)研究情況相比國外工程師對于懸架系統(tǒng)的研究而言,國內(nèi)的工程師應(yīng)用多體系統(tǒng)動力學(xué)進行懸架系統(tǒng)的仿真分析與計算的起步相對較晚6。郭孔輝院士在1976 年發(fā)表“汽車振動與載貨的統(tǒng)計分析及懸掛系統(tǒng)參數(shù)選擇7,對單輸入兩自由度汽車系統(tǒng)怎樣來選擇懸架的各類參數(shù)以實現(xiàn)對汽車的行駛平順性進行研究與討論。清華大學(xué)和長春汽車研究所于1990 年合作制定GB

20、/T4970-1996汽車平順性隨機輸人行駛試驗方法與QC/T474-1999客車平順性評價指標及限值8等。 在研究懸架系統(tǒng)的優(yōu)化與設(shè)計方面，工程師們們普遍利用軟件來實現(xiàn)。重慶大學(xué)的褚志剛教授在2003年利用MSC.ADAMS軟件建立了某型號微型客車的麥弗遜式前獨立懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真分析模型,同時也確立了進行前輪9個定位參數(shù)優(yōu)化的目標函數(shù)、優(yōu)化變量和約束條件,在這個基礎(chǔ)上進行了仿真計算,最后得到了懸架各定位參數(shù)與車輪上下跳動的變化關(guān)系9。 為了提高FSAE賽車設(shè)計水平, HYPERLINK /KCMS/detail/ /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&s

21、field=au&skey=%e7%a7%a6%e7%8e%89%e8%8b%b1&code=23493477;29269003;29769057;29769058; t /KCMS/detail/_blank 秦玉英、 HYPERLINK /KCMS/detail/ /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=%e5%ad%99%e6%98%8e%e6%b5%a9&code=23493477;29269003;29769057;29769058; t /KCMS/detail/_blank 孫明浩等人利用ADAMS /CAR建立賽車

22、雙橫臂前懸架幾何模型,通過雙輪同向跳動進行仿真試驗,對前懸架的前輪外傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角和前輪前束角等運動學(xué)參數(shù)進行仿真分析。利用Adams/Insight模塊對懸架的運動學(xué)特性進行優(yōu)化設(shè)計,結(jié)果表明：優(yōu)化后前懸架的整體性能得到較大程度提高,有助于提升整車操縱穩(wěn)定性。另外,對懸架在實際裝配中涉及的運動學(xué)的問題進行詳細論述,為提高FSAE賽車的性能提供了一定的參考10。 河北工業(yè)大學(xué)的龐思紅針對某型號輕型商用車的雙橫臂獨立式前獨立懸架建立了它的運動分析的數(shù)學(xué)仿真模型,并采用ADAMS建立了雙橫臂獨立懸架的虛擬樣機模型,然后對虛擬樣機進行仿真分析.通過修改懸架系統(tǒng)模型的幾何參數(shù)對其進行優(yōu)化

23、設(shè)計,得到了較好的分析仿真結(jié)果11。國內(nèi)其他工程師們也對懸架系統(tǒng)對汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性以及轉(zhuǎn)向系和制動系的影響做了許多相關(guān)的研究12。1 引言隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展和居民生活水平的顯著提高,人們對汽車行駛安全性的關(guān)注程度越來越高。而汽車懸架系統(tǒng)直接影響到汽車行駛的平順性、人員乘坐舒適性和機構(gòu)操縱穩(wěn)定性，因此對于汽車懸架系統(tǒng)模型的優(yōu)化具有一定的實際意義。工程師們對汽車的自主創(chuàng)新主要在車身、底盤和發(fā)動機三大領(lǐng)域,而懸架系統(tǒng)又作為底盤系統(tǒng)的最重要組成部分13，對汽車的操縱穩(wěn)定性、行駛平順性和乘坐舒適程度等有著重要影響。因此近年來許多工程師來對汽車懸架系統(tǒng)做了不同方面的研究設(shè)計,主要集中在結(jié)構(gòu)上

24、的設(shè)計與改進、控制與振動分析研究和動力學(xué)仿真與優(yōu)化等?；谔摂M現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)仿真的軟件有很多,但主要有PAMCRASCH、EASYS、MATLAB和ADAMS軟件四種。其中PAMCRASCH軟件擁有強大的有限元前后處理程序、算法優(yōu)良的解題器以及強大的機構(gòu)運動模擬功能,通常應(yīng)用于車企的模擬碰撞試驗平臺14;EASYS軟件主要應(yīng)用于建立三維立體圖形,模擬和設(shè)計動態(tài)系統(tǒng)的功能比較強大,NISSAN和FORD等汽車公司是其主要的用戶。MATLAB軟件的優(yōu)點主要體現(xiàn)在運算快速準確、圖形清晰度高、程序設(shè)計流程便捷等方面,在電氣和控制方面的應(yīng)用比較多。ADAMS(Automatic Dynamic Analy

25、sis of Mechanical System)軟件是針對汽車及懸架系統(tǒng)開發(fā)而設(shè)計的,是主要用于模擬機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析的軟件，它基于零件庫、約束庫和力庫,建立參數(shù)化的幾何模型,以多剛體系統(tǒng)動力學(xué)中拉格朗日方程為原理的求解器建立動力學(xué)方程,進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)的仿真,輸出幾何模型的各種參數(shù)曲線15。工程師不但可以運用該軟件對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、動力學(xué)和運動學(xué)分析,還可以利用ADAMS軟件作為開發(fā)平臺,利用開放的程序結(jié)構(gòu)和接口對其相關(guān)功能進行二次開發(fā)。本設(shè)計即是利用ADAMS軟件建立雙橫臂式前獨立懸架的機械系統(tǒng)模型，然后對模型實現(xiàn)仿真分析，對比設(shè)計要求發(fā)現(xiàn)模型中存在的問題，確定優(yōu)化的

26、參數(shù)和目標函數(shù)，對模型進行優(yōu)化設(shè)計。2 雙橫臂式前獨立懸架模型的創(chuàng)建ADAMS/View提供有零件庫，可以創(chuàng)建各種基本形狀的物體。對于復(fù)雜形狀的物體一種方法是使用ADAMS/Exchange模塊從其他CAD軟件（如PROE）中輸入零件模型，另一種方法是使用ADAMS/View創(chuàng)建出包含零件特征的簡單物體，然后重新定義物體的質(zhì)心、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量、材料、密度等物理特性。本設(shè)計將使用ADAMS/View完成汽車雙橫臂式前獨立懸架的創(chuàng)建，懸架模型的基本數(shù)據(jù)為：主銷長度330mm，主銷內(nèi)傾角和后傾角分別為10、2.5，上橫臂長度350mm，其在汽車橫向平面內(nèi)的傾角為11，水平斜置角為-5，下橫臂長度55

27、0mm，在汽車橫向平面內(nèi)的傾角為9.5，水平斜置角為10，前輪前束角0.2。在本設(shè)計所創(chuàng)建的幾何模型中，包含的零件主要有：主銷（Kingpin）、上橫臂（UCA)、下橫臂(LCA)、轉(zhuǎn)向拉桿(Tie_rod)、拉臂(Pull_arm)、轉(zhuǎn)向節(jié)(Knuckle)、車輪(Wheel)和測試平臺(Test_Patch)。并且將懸架模型的主銷長度、主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、上橫臂長度、上橫臂在橫向平面內(nèi)的傾角、上橫臂的水平斜置角、下橫臂長度、下橫臂在橫向平面內(nèi)的傾角和下橫臂的水平斜置角九個參數(shù)設(shè)置為設(shè)計變量（DV），通過優(yōu)化這些變量來達到優(yōu)化設(shè)計的目的。162.1 創(chuàng)建新的模型 雙擊桌面上ADAMS/V

28、iew的圖標，打開ADAMS/View，在歡迎對話框中選取“Create a new model”，在模型名稱（Model Name）中輸入：model_1,其它選項選擇系統(tǒng)缺省的選項，單擊“OK”。2.2 工作環(huán)境的設(shè)置在ADAMS/View菜單欄中，調(diào)用設(shè)置“Settings”菜單中的單位（units）命令，把模型的長度、質(zhì)量、力、時間、角度、和頻率的單位分別設(shè)置為毫米（Millimeter）、千克（Kilogram）、牛頓（Newton）、秒（Second）、度（Degree）、和赫茲（Hertz）。在ADAMS/View菜單欄中，調(diào)用設(shè)置（Settings）菜單中工作網(wǎng)格（Workin

29、g Grid）命令，將網(wǎng)格在X和Y方向上的大小分別設(shè)置為700和800，然后把網(wǎng)格的間距（Spacing）設(shè)置為50（mm）.在ADAMS/View菜單欄中，在設(shè)置（Settings）菜單中調(diào)用圖標（Icons）命令，將圖標的大小設(shè)置為50（mm）.2.3 設(shè)計點（Point）的創(chuàng)建右鍵ADAMS/View零件庫，單擊點（Point）圖標，在下拉菜單中選擇“Add to Ground”和“Dont Attach”，在工作窗口創(chuàng)建表2-1中的LCA-outer、UCA_outer、UCA_inner、LCA_inner、Tie_rod_outer、Tie_rod_inner、Knuckle_in

30、ner、Knuckle_outer八個設(shè)計點，然后參照表2-1用列表編輯器修改他們的具體坐標，如圖1-1所示，各設(shè)計點的相對位置如圖2-2所示。表 2-1 設(shè)計點的位置Tab.2-1 The position of design point設(shè)計點X坐標Y坐標Z坐標LCA_outer000UCA_outer57.25324.6814.39UCA_inner399.51391.2144.90LCA_inner485.6581.27-86.82Tie_rod_outer-26.95100-170.71Tie_rod_inner439.55181.19-252.50Knuckle_inner18.91

31、107.244.75Knuckle_outer-235.05102.813.86圖 2-1 列表編輯器 List EditorFig.2-1 List Editor2.4 主銷的創(chuàng)建右鍵ADAMS/View零件庫，單擊圓柱體（Cylinder）圖標，在下拉列表中選擇“New Part”，自定義圓柱體的半徑（Radius）為20。選擇設(shè)計點“UCA_outer”和“LCA-outer”作為圓柱的兩頂面圓心，創(chuàng)建主銷，重新命名為Kingpin。圖 2-2 設(shè)計點的相對位置 Fig.2-2 The relativeposition of the Design point2.5 上橫臂的創(chuàng)建右鍵ADA

32、MS/View零件庫，單擊圓柱體（Cylinder）圖標，在下拉列表中選擇“New Part”，自定義圓柱體的半徑（Radius）為20。選擇設(shè)計點“UCA-outer”和“UCA_inner”作為圓柱的兩頂面圓心，創(chuàng)建主銷，并將其重新命名為UCA。右鍵ADAMS/View零件庫，單擊球體（Sphere）圖標，在下拉列表中選擇“Add to Part”，自定義球體的半徑（Radius）為25，選擇上橫臂（UCA）作為參考物體，球心的位置為設(shè)計點“UCA-outer”。2.6 下橫臂的創(chuàng)建右鍵ADAMS/View零件庫，單擊圓柱體（Cylinder）圖標，在下拉列表中選擇“New Part”，自

33、定義圓柱體的半徑（Radius）為20。選擇設(shè)計點“LCA-outer”和“LCA_inner”作為圓柱的兩頂面圓心，創(chuàng)建主銷，并將其重新命名為LCA。右鍵ADAMS/View零件庫，單擊球體（Sphere）圖標，在下拉列表中選擇“Add to Part”，自定義圓柱體的半徑（Radius）為25，選擇下橫臂（LCA）為參考物體，球心的位置為設(shè)計點“LCA-outer”。2.7 拉臂的創(chuàng)建右鍵ADAMS/View零件庫，單擊圓柱體（Cylinder）圖標，在下拉列表中選擇“New Part”，自定義圓柱體的半徑（Radius）為15。選擇設(shè)計點“Knuckle_inner”和“Tie_rod_

34、outer”作為圓柱的兩頂面圓心，創(chuàng)建拉臂，并將其重新命名為“Pull_arm”。2.8 轉(zhuǎn)向拉桿的創(chuàng)建右鍵ADAMS/View零件庫，單擊圓柱體（Cylinder）圖標，在下拉列表中選擇“New Part”，自定義圓柱體的半徑（Radius）為15。選擇設(shè)計點“Tie_rod_inner”和“Tie_rod_outer”作為圓柱的兩頂面圓心，創(chuàng)建轉(zhuǎn)向拉桿，并重新命名為“Tie_rod”。 右鍵ADAMS/View零件庫，單擊球體（Sphere）圖標，在下拉列表中選擇“Add to Part”，自定義圓柱體的半徑（Radius）為20，選擇轉(zhuǎn)向拉桿（Tie_rod）為參考物體，球心的位置為設(shè)計

35、點分別為“Tie_rod_outer”和“Tie_rod_inner”。2.9 轉(zhuǎn)向節(jié)的創(chuàng)建 右鍵ADAMS/View零件庫，單擊圓柱體（Cylinder）圖標，在下拉列表中選擇“New Part”，自定義圓柱體的半徑（Radius）為20。選擇設(shè)計點“Knuckle_inner”和“Knuckle_outer”作為圓柱的兩頂面圓心，創(chuàng)建轉(zhuǎn)向節(jié)，并將其重新命名為“Knuckle”。2.10 車輪的創(chuàng)建右鍵ADAMS/View零件庫，單擊圓柱體（Cylinder）圖標，在下拉列表中選擇“New Part”，自定義圓柱體的長度（Length）為215，半徑（Radius）為375。選擇設(shè)計點“Kn

36、uckle_inner”和“Knuckle_outer”，創(chuàng)建車輪，并將其重新命名為Wheel。右鍵ADAMS/View零件庫，單擊倒圓（Fillet an edge）圖標，定義倒圓半徑為50，選中車輪圓柱體的兩條圓邊，按鼠標右鍵完成倒圓，如圖2-3所示。圖 2-3 創(chuàng)建中的前懸架模型Fig.2-3 Creating front suspension model2.11 測試平臺的創(chuàng)建右鍵ADAMS/View零件庫，單擊點（Point）圖標，在下拉列表中選擇“Add to Ground”和“Dont Attach”創(chuàng)建設(shè)計點“POINT_1”，它的位置為（-350，-320，-200）。右鍵A

37、DAMS/View零件庫，單擊長方體（Box）圖標，在拉列表中選擇“New Part”，將長方體的長度（Length）、高度（Height）和厚度（Depth）分別編輯成500、45和400，選擇設(shè)計點“POINT_1”，創(chuàng)建長方體。右鍵ADAMS/View零件庫，單擊圓柱體（Cylinder）圖標，在下拉列表中選擇“Add to Part”，自定義圓柱體的長度（Length）為350，半徑（Radius）為30。選擇長方體“PART_1”為參考物體，把長方體的質(zhì)心作為圓柱體的起點，在垂直向下的方向上創(chuàng)建圓柱體，它與長方體共同組成測試平臺，并將其重新命名為“Test_Patch”。2.12 彈

38、簧的創(chuàng)建右鍵ADAMS/View零件庫，單擊點（Point）圖標，在下拉列表中選擇“Add to Part”和“Dont Attach”，在上橫臂上建立設(shè)計點“Spring_lower”，它的位置為（174.6，347.89，24.85）。右鍵ADAMS/View零件庫，單擊點（Point）圖標，在下拉列表中選擇“Add to Ground”和“Dont Attach”，在上橫臂上建立建設(shè)計點“Spring_upper”，它的位置為（174.6，637.89，24.85）。右鍵ADAMS/View零件庫，單擊彈簧（Spring）圖標，設(shè)置彈簧的剛度（K）和阻尼(C)分別為129.8和6000，

39、選擇設(shè)計點“Spring_lower”和“Spring_upper”創(chuàng)建彈簧，如圖2-4所示。圖 2-4 創(chuàng)建測試平臺的模型Fig.2-4 Create a model of test platform 創(chuàng)建了構(gòu)成模型的物體后，就需要使用約束副將它們連接起來，以定義它們之間的相對運動特征。2.13 球副的創(chuàng)建 右鍵ADAMS/ View中的約束庫，單擊球副（Spherical Joint）圖標，設(shè)置球副的選項為“2 Bod-1 Loc”和“Normal To Grid”，選擇主銷（Kingpin）和上橫臂（UCA）為參考物，取設(shè)計點“UCA_outer”作為球副的位置點，建立上橫臂與主銷之間的

40、約束副。右鍵ADAMS/ View中的約束庫，單擊球副（Spherical Joint）圖標，設(shè)置球副的選項為“2 Bod-1 Loc”和“Normal To Grid”，選擇主銷（Kingpin）和下橫臂（LCA）為參考物，取設(shè)計點“LCA_outer”作為球副的位置點，建立下橫臂與主銷之間的約束副。右鍵ADAMS/ View中的約束庫，單擊球副（Spherical Joint）圖標，設(shè)置球副的選項為“2 Bod-1 Loc”和“Normal To Grid”，以轉(zhuǎn)向拉桿（Tie_rod）和拉臂（Pull_arm）為參考物，取設(shè)計點“Tie_rod_outer”作為該球副的位置點，建立拉臂和

41、轉(zhuǎn)向拉桿之間的約束副。右鍵ADAMS/ View中的約束庫，單擊球副（Spherical Joint）圖標，設(shè)置球副的選項為“1-Location”和“Normal To Grid”，取設(shè)計點“Tie_rod_inner”作為球副的位置點，建立大地和轉(zhuǎn)向拉桿之間的約束副。2.14 固定副的創(chuàng)建右鍵ADAMS/ View中的約束庫，單擊固定副（Fixed Joint）圖標，設(shè)置固定副選項為“2 Bod-1 Loc”和“Normal To Grid”。選擇主銷（Kingpin）和拉臂（Pull_arm）為參考物，取設(shè)計點“Knuckle_inner”作為固定副的位置點，建立主銷和拉臂之間的約束副。

42、右鍵ADAMS/ View中的約束庫，單擊固定副（Fixed Joint）圖標，設(shè)置固定副選項為“2 Bod-1 Loc”和“Normal To Grid”,選擇主銷（Kingpin）為參考物和轉(zhuǎn)向節(jié)（Knuckle），取設(shè)計點“Knuckle_inner”作為固定副的位置點，建立主銷和轉(zhuǎn)向節(jié)之間的約束副。右鍵ADAMS/ View中的約束庫，單擊固定副（Fixed Joint）圖標，設(shè)置固定副選項為“2 Bod-1 Loc”和“Normal To Grid”,選擇轉(zhuǎn)向節(jié)(Knuckle)和車輪（Wheel）為參考物，取設(shè)計點“Knuckle_inner”作為固定副的位置點，建立轉(zhuǎn)向節(jié)和車輪之

43、間的約束副。2.15 旋轉(zhuǎn)副的創(chuàng)建和修改首先把視圖設(shè)置為前視圖，調(diào)整旋轉(zhuǎn)副的方向時要以這個視圖方向為基準。調(diào)用ADAMS/ View中約束庫的旋轉(zhuǎn)副（Revolute Joint）命令, 設(shè)置旋轉(zhuǎn)副的選項為“1 Location”和“Normal to Grid”，選擇設(shè)計點“UCA_inner”作為旋轉(zhuǎn)副的位置點，放置旋轉(zhuǎn)副后直接在工具欄中的單擊選擇位置Position命令圖標，修改剛創(chuàng)建的旋轉(zhuǎn)副。系統(tǒng)彈出修改旋轉(zhuǎn)副對話窗口（圖2-5），右鍵四個方向鍵圍繞著的白色按鈕，然后去視圖里選擇“UCA_inner”為旋轉(zhuǎn)中心，角度欄（Angle）中輸入一個5，點擊向左的箭頭，滿足上橫臂軸水平斜置角為

44、-5。然后以相同的原理，選擇“LCA_inner”為旋轉(zhuǎn)中心，然后在角度欄（Angle）中輸入一個10，點擊向右的箭頭，滿足下橫臂軸水平斜置10的要求，旋轉(zhuǎn)副創(chuàng)建和修改后的俯視圖如圖2-6所示。圖 2-5 修改旋轉(zhuǎn)副Fig.2-5 Modify the rotation deputy圖 2-6 創(chuàng)建中的前懸架模型Fig.2-6 The front suspension model is being created2.16 移動副的創(chuàng)建右鍵ADAMS/ View中的約束庫，單擊移動副（Translational Joint）圖標，設(shè)置移動副的選項為“1-Location”和“Pick Featu

45、re”，選取測試平臺的質(zhì)心MARKER（Test_Patch.cm）作為移動副的位置點，垂直向上建立大地和測試平臺之間的約束副。2.17 點-面約束副的創(chuàng)建 調(diào)用ADAMS/ View中約束庫的點-面約束副（In-plane Joint Primitive）命令，設(shè)置點-面約束副的選項為“2 Bodies-1 Loc”和“Pick Geometry Feature”，選擇車輪（Wheel）和測試平臺（Test_Patch）作為約束的位置參考物（選擇物體的先后順序不可以顛倒），選擇測試平臺（Test_Patch）的質(zhì)心MARKER（Test_Patch.cm）為該約束副的位置點，在垂直向上的方向

46、上創(chuàng)建車輪和測試平臺之間的約束副。2.18 模型的保存在ADAMS/ View中，選擇“File”菜單中的“Save Database As”命令，把前懸架模型保存在工作目錄中。2.19 模型的驗證在窗口右下方的上右鍵鼠標出現(xiàn)，然后單擊，出現(xiàn)圖2-7所示對話框，Model verified successfully 表示模型已經(jīng)驗證成功。圖 2-7 驗證模型窗口Fig.2-7 The window of Verification Model3 前懸架模型的仿真分析 ADAMS軟件提供有零件庫、約束庫、力庫等建模模塊，按照所要分析的系統(tǒng)的物理參數(shù)，建立起多剛體系統(tǒng)模型。ADAMS軟件進行運算時，

47、首先讀取原始的輸入數(shù)據(jù)，在檢查正確無誤后，判斷整個系統(tǒng)的自由度，如果系統(tǒng)的自由度為零，則進行運動學(xué)分析。如果系統(tǒng)的自由度不為零，ADAMS軟件通過分析初始條件，判定是進行動力學(xué)分析還是靜力學(xué)分析，在確定了分析類型后，ADAMS軟件通過其功能強大的積分求解器求解矩陣方程，如果在仿真時間結(jié)束前不發(fā)生雅可比矩陣奇異或矩陣結(jié)構(gòu)奇異（如位置鎖死），則仿真成功。3.1 添加驅(qū)動調(diào)用ADAMS/ View中的驅(qū)動庫的直線驅(qū)動（Translational Joint Motion）命令，選擇大地和測試平臺之間的移動副，創(chuàng)建直線驅(qū)動（MOTION_1）。直線驅(qū)動創(chuàng)建后，直接在Edit菜單中選擇Modify，可以

48、對直線驅(qū)動進行自定義，在添加驅(qū)動對話框中的“Function（time）=”一欄中，輸入驅(qū)動的函數(shù)表達式“100*sin（360d*time）”，它表示車輪的上跳和下跳行程均為100mm。在ADAMS/ View主工具箱中，單擊仿真按鈕，輸入終止時間為1s，輸入工作步長為100，進行仿真，觀察已建立的前懸架模型的運動仿真情況。3.2 主銷內(nèi)傾角的測量在主菜單欄中單擊Build，選擇BuildMeasureFunctionNew，創(chuàng)建新的測量函數(shù)。在函數(shù)編輯器對話窗口里自定義其測量名稱（Measure Name）為：Kingpin_Inclination,一般屬性（General Attribu

49、tes）的單位（Units）欄中選擇“Angle”，借助于函數(shù)編輯器提供的基本函數(shù)編輯的測量主銷內(nèi)傾角的函數(shù)表達式為： ATAN(DX(MARKER_2, MARKER_1)/DY(MARKER_2, MARKER_1)具體編輯過程如下：首先：輸入反正切函數(shù)“ATAN( )”（使用英文輸入法），然后：將光標移動到括號內(nèi)，在函數(shù)編輯器的函數(shù)選項中選擇“Displacement”選項欄中的“Displacement X”,測量兩點間X方向的距離，單擊Assist鍵，系統(tǒng)隨即彈出助理對話框，在“To Marker ”欄中右鍵選擇Marker-Browse，選擇主銷設(shè)計點在“UCA_outer”處的M

50、arker:MARKER2,在“From Marker ”欄中以相同的方法輸入主銷設(shè)計點“LCA_outer”處的Marker:MARKER1，系統(tǒng)自動生成兩個點在X方向距離表達式。輸入斜杠“/”(在英文輸入法的情況下)，作為除號使用。然后以與生成兩個點在X方向距離表達式相同的方法自動生成兩個點在Y方向距離表達式，生成的測量主銷內(nèi)傾角的函數(shù)表達式如圖3-1所示，點擊右下角的Verify確定函數(shù)無語法錯誤后單擊“OK”，建立主銷內(nèi)傾角的測量函數(shù)。與此同時，系統(tǒng)自動生成主銷內(nèi)傾角變化的測量曲線窗口，輸入終止時間為1s，工作步為100進行仿真，測量結(jié)果曲線如圖3-2所示。圖 3-1 生成的主銷內(nèi)傾角

51、函數(shù)表達式Fig.3-1 Kingpin Inclination function expression has been generated 圖 3-2 主銷內(nèi)傾角變化曲線Fig.3-2 Curve of the changing Kingpin inclination 由圖可知車輪隨測試平臺在100 mm的垂直范圍內(nèi)做正弦振動時，主銷內(nèi)傾角的變化范圍為 10 11.7 。主銷內(nèi)傾的作用是減少轉(zhuǎn)向時駕駛員施加在方向盤上的力，不僅使得轉(zhuǎn)向操縱輕便，同時也減少了從轉(zhuǎn)向輪逆向反饋到轉(zhuǎn)向盤上的沖擊力。內(nèi)傾角不宜太大，否則在行車轉(zhuǎn)向時，在車輪繞著主銷轉(zhuǎn)動的過程中，輪胎表面與路面之間將產(chǎn)生明顯的滑動，增

52、加了輪胎與路面間摩擦力，這不僅使轉(zhuǎn)向費力，而且會急劇加速輪胎的磨損 。3.3 主銷后傾角的測量編輯操作同于主銷內(nèi)傾角的測量函數(shù)的編輯，測量函數(shù)名為“Caster_Angle”其中在“To Marker ”欄中鍵入主銷在設(shè)計點“UCA_outer”處的Marker:MARKER2,在“From Marker ”欄中輸入主銷在設(shè)計點“LCA_outer”處的Marker: MARKER1，函數(shù)表達式為：ATAN(DZ(MARKER_2, MARKER_1)/DY(MARKER_2, MARKER_1)函數(shù)編輯結(jié)果如圖3-3所示然后系統(tǒng)生成主銷后傾角變化測量曲線，輸入終止時間為1，工作步為100進行

53、仿真，其結(jié)果如圖3-4所示。圖 3-3 生成的主銷后傾角函數(shù)表達式Fig.3-3 Caster angle function expression has been generated 圖 3-4 主銷后傾角變化曲線Fig.3-4 Curve of the changing Caster angle由圖可知，當車輪隨測試平臺在100 mm垂直范圍內(nèi)做正弦振動時，主銷后傾角變化范圍為 2.538 4.1 。主銷后傾角的作用為：主銷中心軸線與地面的交點和車輪中心的在地面上的投影點（車輪接地點）之間存在一段距離(主銷縱傾移距)，把車輪接地點置于主銷延長線的后端，行駛中的滾動阻力將車輪向后拉，使車輪的

54、方向平行于行駛方向。設(shè)定較大的主銷后傾角利于提高車輛直線行駛性能，但是與此同時主銷縱傾移距也增大，這會讓轉(zhuǎn)向變得費力，并且會由于路面干擾而導(dǎo)致車輪的前后顛簸加劇。3.4 前輪外傾角的測量編輯操作同于主銷內(nèi)傾角的測量函數(shù)的編輯，測量函數(shù)名為“Camber_Angle”其中在“To Marker ”欄中鍵入轉(zhuǎn)向節(jié)在設(shè)計點“Knuckle_outer”處的Marker:MARKER11,在“From Marker ”欄中輸入轉(zhuǎn)向節(jié)在設(shè)計點“Knuckle_inner”處的Marker: MARKER26，函數(shù)表達式為：ATAN(DY(MARKER_11, MARKER_26)/DX(MARKER_1

55、1, MARKER_26)函數(shù)編輯結(jié)果如圖3-5所示然后系統(tǒng)生成前輪外傾角變化測量曲線，輸入終止時間為1，工作步為100進行仿真，其如圖3-6所示。圖 3-5 生成的前輪外傾角函數(shù)表達式Fig.3-5 Knuckle_outer function expression has been generated 圖 3-6 前輪外傾角變化曲線Fig.3-6 Curve of the changing Knuckle_outer 由圖可知，當車輪（Wheel）隨測試平臺在100 mm垂直范圍內(nèi)做正弦振動時，前輪外傾角變化范圍為0.7 0.9993 。前輪外傾角隨車輪上下跳動時的變化對車輛的直線行駛穩(wěn)定

56、性、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性等有顯著的影響。車輪外傾角的存在導(dǎo)致路面對車輪有外傾推力，該力與側(cè)傾角產(chǎn)生的側(cè)向力共同構(gòu)成車輛轉(zhuǎn)向所需的橫向力。從優(yōu)化轉(zhuǎn)向性能的角度出發(fā)，側(cè)傾時車輪平面相對地面的傾角最好不發(fā)生改變。但在車輛在直線行駛時，車輪外傾角會隨由于路面不平而引起的車輪跳動產(chǎn)生變化，外傾推力產(chǎn)生橫向力，較大的車輛對地外傾角變化會使車輛的直行穩(wěn)定性變差。綜合考慮轉(zhuǎn)向性能與直線行駛穩(wěn)定性，應(yīng)盡量減少車輪隨著車身跳動時的外傾角變化，一般車輪上跳時，其外傾變化范圍處于-2 0.5 為宜。 3.5 前輪前束角的測量編輯操作同于主銷內(nèi)傾角的測量函數(shù)的編輯，測量函數(shù)名為“Toe_Angle”其中在“To Marker

57、”欄中鍵入轉(zhuǎn)向節(jié)在設(shè)計點“Knuckle_outer”處的Marker:MARKER11,在“From Marker ”欄中輸入轉(zhuǎn)向節(jié)在設(shè)計點“Knuckle_inner”處的Marker: MARKER26，函數(shù)表達式為：ATAN(DZ(MARKER_11, MARKER_26)/DX(MARKER_11, MARKER_26)函數(shù)編輯結(jié)果如圖3-7所示然后系統(tǒng)生成前輪前束角變化測量曲線，輸入終止時間為1，工作步為100進行仿真，其如圖3-8所示。圖 3-7 生成的前輪前束角函數(shù)表達式Fig.3-7 Knuckle_inner function expression has been gen

58、erated 圖 3-8 前輪前束角變化曲線Fig.3-8 Curve of the changing Knuckle_inner由圖可知，當車輪隨測試平臺在100 mm垂直范圍內(nèi)做正弦振動時，前輪前束角變化范圍為-1.0 0.2008 。車輪上下跳動時的前束角變化對車輛的直線行駛穩(wěn)定性、車輛的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性有很大的影響。在汽車行駛中避免前束發(fā)生較大改變尤為重要，其重要程度不亞于讓汽車在靜止時有一個正確的前束角。就汽車前輪而言，車輪上跳時的前束值多設(shè)定在零至較小負值的范圍內(nèi)變化。設(shè)計值取在零附近是為了降低直行時由于路面不平引起的車輪前束變化，確保車輛有良好的直線行駛穩(wěn)定性。3.6 車輪接地點

59、側(cè)向滑移量的測量首先在車輪（Wheel）上創(chuàng)建一個Marker點名為Wheel.MAR_5,修改其位置為（-150，-270,0）；然后在大地上創(chuàng)建一個Marker點名為ground.MAR_6,其位置與 Wheel.MAR_5相同。選擇BuildMeasureFunctionNew，創(chuàng)建新的測量函數(shù)。在函數(shù)編輯器對話窗口里自定義其測量名稱（Measure Name）為：Sideways_Displacement，一般屬性（General Attributes）的單位（Units）欄中選擇“Length”，基于函數(shù)編輯器提供的基本函數(shù)庫編輯車輪接地點側(cè)向滑移量的函數(shù)表達式為：DX(Wheel.

60、MARKER_5, ground.MARKER_6)其中在“To Marker ”選擇Wheel.MAR_5，“From Marker”選擇ground.MAR_6。函數(shù)編輯結(jié)果如圖3-9所示。然后系統(tǒng)生成車輪接地點側(cè)向滑移量變化測量曲線，輸入終止時間為1，工作步為100進行仿真，其如圖3-10所示。圖 3-9 生成的車輪接地點側(cè)向滑移量函數(shù)表達式Fig.3-9 Sideways_Displacement function expression has been generated圖 3-10 車輪接地點側(cè)向滑移量變化曲線Fig.3-10 Curve of the changing Sidew