汽車懸架的組成和分類2.1懸架的組成汽車懸架由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、彈性元件、減振器以及橫向穩(wěn)定桿四個重要部分組成，其主要作用是操控車輪的運(yùn)動，具體的構(gòu)造見下面圖2-1所示：圖2-1懸架的主要組成部分（1）彈簧彈簧作為彈性元件的典型代表，是汽車懸架系統(tǒng)的核心部件。它的主要作用體現(xiàn)在兩個方面：一是承受整車的重量，二是通過彈性變形緩沖和吸收路面不平整造成的振動和沖擊。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，彈簧可分為螺旋彈簧、鋼彈簧、氣彈簧等類型，各有各的特點，以適應(yīng)不同的車輛要求。，如下圖2-3所示。圖2-3螺旋彈簧（2）減震器減振器是懸架系統(tǒng)中關(guān)鍵的阻尼元件，主要用于抑制彈簧的往復(fù)振動，保持車身的穩(wěn)定性。它的核心功能是：當(dāng)彈簧吸收路面的沖擊產(chǎn)生彈性變形時，減振器能迅速衰減彈簧的多余振動，避免車身連續(xù)晃動，保證車輛迅速恢復(fù)到平穩(wěn)狀態(tài)。其工作原理是通過液壓油或壓縮氣體流過精密設(shè)計的阻尼閥孔，利用流體阻力將機(jī)械振動能量轉(zhuǎn)化為散熱，從而實現(xiàn)振動控制。，如下圖2-4所示。圖2-4減震器（3）橫向穩(wěn)定桿橫向穩(wěn)定桿布置于車輛前后端，由橫置的扭力彈簧構(gòu)成，其形狀呈“U”型[10]，如圖2-5所示，該裝置主要用于抑制車輛轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生的明顯側(cè)傾，然后維持車身穩(wěn)定，實現(xiàn)橫向平衡功能。圖2-5橫向穩(wěn)定桿（4）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)懸架連桿系統(tǒng)的核心功能是完成車輪與車身之間的力和力矩的傳遞，同時保證車輪相對于車身的軌跡的穩(wěn)定性。該機(jī)構(gòu)主要由控制臂和推力桿兩個核心部件組成：控制臂負(fù)責(zé)抑制車輪軌跡，推力桿負(fù)責(zé)傳遞縱向和橫向力?，F(xiàn)代懸架系統(tǒng)采用多連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計，以精確控制車輪定位參數(shù)，確保操縱穩(wěn)定性，同時兼顧乘坐舒適性。以常見的五連桿懸架為例，它通過五個獨立的連桿實現(xiàn)對車輪運(yùn)動的精確控制，使車輛在各種工況下都能保持最佳的輪胎接地特性。2.2懸架的分類汽車懸架系統(tǒng)主要分為獨立和非獨立兩種基本類型：獨立懸架的特點是每個車輪通過單獨的懸架機(jī)構(gòu)與車身相連，左右車輪可以獨立上下運(yùn)動，互不干擾。這種設(shè)計使車輪能更好地適應(yīng)路面起伏，提高行駛平穩(wěn)性；非獨立懸架采用整體式車軸連接左右車輪，當(dāng)一個車輪遇到顛簸時，其運(yùn)動將直接傳遞給另一個車輪。這種結(jié)構(gòu)雖然簡單可靠，但在舒適性方面存在一定的局限性。橫向穩(wěn)定桿布置于車輛前后端，由橫置的扭力彈簧構(gòu)成，其形狀呈“U”型[10]，如圖2-5所示，該裝置主要用于抑制車輛轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生的明顯側(cè)傾，然后維持車身穩(wěn)定，實現(xiàn)橫向平衡功能[11]。汽車懸架按照導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的不同主要分為獨立懸架、和非獨立懸架，各有其特點、優(yōu)缺點以及適用的應(yīng)用場景：獨立懸掛系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)特點：采用分離式設(shè)計，車輪與車身獨立連接；核心優(yōu)勢：顯著提高車輛操控精度和駕駛舒適性。一側(cè)車輪的運(yùn)動不會影響另一側(cè)，這使得它更能適應(yīng)復(fù)雜的路況。允許更多的優(yōu)化懸架幾何。技術(shù)的局限性：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高；對維護(hù)的技術(shù)要求較高；典型應(yīng)用：主要用于中高檔轎車、電動汽車、豪華suv等對乘坐質(zhì)量要求較高的車輛。非獨立懸掛系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)特點：整體橋式設(shè)計，左右車輪剛性連接；突出特點:結(jié)構(gòu)簡單可靠，制造成本低；優(yōu)良的承載性能和耐用性；性能的限制：駕駛舒適度相對有限；復(fù)雜路況下車輪干擾明顯；典型應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于商用車、經(jīng)濟(jì)型suv等對承載能力要求較高的車輛。懸架系統(tǒng)的選擇需要考慮到車輛的定位、使用環(huán)境和成本預(yù)算等因素，不同的結(jié)構(gòu)形式各有優(yōu)勢，應(yīng)根據(jù)具體需要進(jìn)行合理的選擇。本設(shè)計方案針對電動汽車，選取麥弗遜式獨立懸架作為前懸架系統(tǒng)，該懸架具備快速響應(yīng)跟優(yōu)異操控特性，結(jié)構(gòu)簡潔、占用空間少、生產(chǎn)成本低且重量輕，這一些明顯優(yōu)勢讓它變成目前乘用車前懸架的主流選擇[12]。圖2-6麥弗遜懸架

3前懸架參數(shù)的確定3.1懸架彈簧的參數(shù)計算3.1.1前懸架靜撓度的計算靜態(tài)撓度fc是表征懸架系統(tǒng)靜態(tài)性能的關(guān)鍵參數(shù)，定義為整車在靜態(tài)狀態(tài)下，在車身重量載荷F的作用下，懸架系統(tǒng)產(chǎn)生的彈性變形量。fc可由懸架荷載F與懸架剛度c之比計算，即fc=F/c。該參數(shù)可由懸架載荷F與懸架剛度c之比計算，即fc=F/c。靜撓度作為懸架系統(tǒng)設(shè)計的核心指標(biāo)之一，直接反映了懸架彈簧剛度特性與車輛載荷狀態(tài)的匹配關(guān)系，是評價懸架靜態(tài)性能的重要依據(jù)。懸架靜撓度過小折射出系統(tǒng)剛度較高，對路面起伏更為敏銳，可能減少乘坐舒適度；而撓度較大則顯示懸架偏軟，可有效緩沖路面震動，增進(jìn)舒適性，但可能削弱車輛的操控性能[13]。汽車前/后懸架系統(tǒng)與彈簧上的質(zhì)量組成的振動系統(tǒng)的固有頻率（n?）是評價懸架動態(tài)性能的核心參數(shù)，表征系統(tǒng)在非激發(fā)態(tài)下的自由振動特性。該頻率參數(shù)主要由兩個關(guān)鍵因素決定：1.懸掛彈簧剛度(k)；2.彈簧質(zhì)量(m)，物理關(guān)系可表示為：n?=1/2π-√（k/m）本征頻率參數(shù)直接影響：車輛平順性；路面振動傳遞特性；乘坐舒適性評價指標(biāo)工程應(yīng)用價值：1.作為懸架調(diào)校的基準(zhǔn)參數(shù)；2.用于匹配前后懸架的頻率特性；3.指導(dǎo)阻尼器阻尼系數(shù)的設(shè)計4.為優(yōu)化整車NVH性能奠定基礎(chǔ)。乘用車前懸架的固有頻率通常設(shè)計在1.0-1.5Hz范圍內(nèi)，后懸架略高于前懸架（約1.2-1.8Hz），有利于提高駕駛穩(wěn)定性和舒適性。 （3-1）式中，c1——前懸架的剛度（N/cm） m1——前懸架的簧上質(zhì)量（kg）前懸架的靜撓度為 （3-2）式中，g——重力加速度，g=981cm/s2。汽車前軸單個簧上質(zhì)量m1（3-3）式中：式中：m——汽車滿載質(zhì)量m=1770kgα——前軸載荷分配系數(shù)α=0.6對電動汽車而言，前懸架滿載偏頻n要求在1.001.45Hz，本次設(shè)計取=1.20，所以前懸架的靜撓度fc1 （3-4）前懸架的剛度c1（3-5）3.1.2前懸架動撓度的計算懸架的動撓度（DynamicDeflection）指的是懸架系統(tǒng)在車輛行駛過程中，由于路面不平和動態(tài)載荷變化而產(chǎn)生的相對位移或撓度[14]。動態(tài)撓度作為懸架系統(tǒng)動態(tài)性能的重要表征參數(shù)，具有比靜態(tài)撓度更全面的維度。它不僅包含靜載荷作用下的變形量，更重要的是，它集成了車輛運(yùn)行過程中的各種動態(tài)變量：包括行駛速度的差異、路面激勵的隨機(jī)性、懸架阻尼的非線性特性以及車輛運(yùn)動姿態(tài)的實時變化等關(guān)鍵因素。該參數(shù)在懸架性能評價中占有中心地位，其影響主要體現(xiàn)在三個關(guān)鍵維度：行駛穩(wěn)定性，通過控制車輪動態(tài)位移，保證接地可靠性；平順性，調(diào)整振動傳遞特性，優(yōu)化平順性；在操縱性能方面，保持轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)精度?，F(xiàn)代懸架工程的核心設(shè)計目標(biāo)是通過精確調(diào)節(jié)動態(tài)撓度特性，實現(xiàn)多種性能的協(xié)同優(yōu)化：建立靜剛度與動態(tài)響應(yīng)的最佳匹配關(guān)系。在舒適性和操作要求之間尋求黃金平衡。確保在復(fù)雜條件下保持一致的性能。工程實踐表明，理想的動撓度設(shè)計應(yīng)能使懸架在保持必要行程裕度（通常為靜撓度的2-3倍）的前提下，有效控制動沖擊幅度，從而保證車輛在全工況下的優(yōu)良動態(tài)質(zhì)量。對電動汽車，fd取7~9cm，這里取fd=8cm，此時懸架的靜撓度和動撓度之和為3.1.3彈簧直徑及剛度計算確定前懸架彈簧的直徑，首先，你需要知道彈簧需要支持的最大載荷，由于懸架彈簧傾斜角較小，設(shè)計時取前簧上軸向載荷分別為F1=mg=5230.4N、此時有 （3-6） （3-7）式中—彈簧中徑，mm，—彈簧許用應(yīng)力，取式中—彈簧中徑，mm，—彈簧許用應(yīng)力，取=471MPa，C—旋繞比，取C==8，K1—曲度系數(shù)，K1==1.1816.34mm取整=17mm前懸架彈簧中徑分別為在最大工作負(fù)荷作用下，取彈簧的有效圈數(shù)為彈簧的剛度K的計算公式為： （3-8）式中G—切邊模量查表得G=7.85×104代入數(shù)據(jù)得（3-9）前懸架其他參數(shù)為：彈簧外徑前懸架其他參數(shù)為：彈簧外徑彈簧內(nèi)徑總?cè)?shù)節(jié)距自由高度壓平高度螺旋導(dǎo)角3.1.5彈簧的校驗壓縮螺旋彈簧軸向變形較大時，會產(chǎn)生側(cè)向彎曲而失去穩(wěn)定性，特別是彈簧自由高度超過彈簧中徑的4倍時，因而要求高徑比：（3-10）校核前懸架的高徑比為：（3-11）故前懸架彈簧符合要求。3.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)尺寸的確定前輪定位參數(shù)不是恒定不變的數(shù)值，而是會跟著車輪跳動產(chǎn)生動態(tài)的變化，一般這些參數(shù)是以滿載狀態(tài)作為基準(zhǔn)的，其變化范圍是從標(biāo)準(zhǔn)定位參數(shù)到車輪跳動50mm的區(qū)間，當(dāng)車輪出現(xiàn)跳動的時候，車身側(cè)傾角也會跟著發(fā)生相應(yīng)的改變，在麥弗遜式獨立懸掛系統(tǒng)里，車輪向車身內(nèi)側(cè)傾斜會讓外傾角增大，降低輪胎的側(cè)傾剛度。這種變化機(jī)制對提升轉(zhuǎn)向性能是有幫助的，從結(jié)構(gòu)力學(xué)方面分析，車輪外傾角的變化幅度主要是由懸掛導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的幾何特性決定的，在這個特定工況下，車輪相對于車身的外傾角變化被控制在很小的范圍內(nèi)，理論研究顯示，理想狀態(tài)下要把車輪跳動量嚴(yán)格控制在±1mm范圍內(nèi)，分析發(fā)現(xiàn)，該懸掛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)中心值保持穩(wěn)定，其下臂長度大概是0.6倍標(biāo)準(zhǔn)值，而球銷中心距的變化區(qū)間在0.6至1.0倍下臂長度之間。3.3減振器的選型與設(shè)計電動汽車充當(dāng)城市出行代步工具，主要是在城市的馬路上行駛，因而它所走過的路面都是較為平緩的路面，電動車在行進(jìn)過程中除了頻率比較高以外，懸掛的避震器于這樣的路面上作業(yè)時，震動的幅度算不上大，本文選用了液力減震器，看一下圖3-1，選用減震器可把車身和車架的振動能量借助內(nèi)部油液流動分散到大氣當(dāng)中，讓振動迅速變?nèi)?而且在此過程里再次把振動轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋D3-1液力減振器依據(jù)所學(xué)知識可以知曉，相對減震系數(shù)為減震器基本性能參數(shù)的一部分，其跟減震器的阻力-位移特性與阻力-速度特性存在緊密關(guān)聯(lián)。相對阻尼系數(shù)在選取相對避震系數(shù)時要顧及到：若設(shè)置成太大的數(shù)值，雖然可讓震動迅速地衰減，但在顛簸又起伏的路面上，它會給車身輸送更大的撞擊力；若避震系數(shù)過小，振動會慢慢衰減，對行車過程的平順性也不利，螺旋彈簧的剛性為21N/mm，汽車懸吊設(shè)計的偏頻設(shè)定為1.31Hz，顧及該型號電動車的設(shè)計要求時，建議為該型號車選擇相對減震系數(shù)：采用0.324，如此可使懸吊展現(xiàn)出更好的性能，以此讓避震器與螺旋彈簧之間的配合狀況更佳。（2）減震裝置的阻尼系數(shù)，除與非簧載質(zhì)量、懸掛剛度之間存在關(guān)聯(lián)外，也跟相對阻尼系數(shù)φ存在一定關(guān)系，減振器阻尼系數(shù)跟非簧載質(zhì)量情形。（3-12）本次設(shè)計中，當(dāng)電動汽車的減震器安裝在與垂直直線成5°夾角時，以減震器的布置特點為依據(jù)設(shè)置相應(yīng)的阻尼系數(shù)。式中：為懸架系統(tǒng)固有頻率，=2πm=2π×1.5=9.43：為減振器軸線與鉛垂線之間的夾角。（3）最大卸荷力出于降低車身撞沖力的考慮，避震器活塞震動速度達(dá)到一定時需要及時開啟卸荷閥。這個時候活塞的卸荷速度。（3-14）式中：A為車身振幅，取±40mm，ω為懸架振動固有頻率（即懸架偏頻）。伸張行程的Fo：在上述計算公式當(dāng)中，v所代指的是卸荷速度為0.15-0.30m/s，A所代指的是車身振幅，取±40mm；ω所代指的是懸架振動固有頻率REF_Ref30501\r\h[18]。由懸架結(jié)構(gòu)布置方案知a=201mm；n=212mm求最大卸荷力=8450(N)。筒式減震設(shè)備工作缸直徑d，算出工作缸直徑d為21.59，就伸張行程的最大卸荷力f而言，依照計算得到的工作缸直徑，我們依照筒式減振器的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，選定工作缸的直徑d=30mm。儲油筒的確定D=(1.35-1.5)D=40mm，壁厚取2mm，材料選取20號鋼，具體數(shù)值如下表3-1所示：表3-1減振器的參數(shù)名稱參數(shù)阻尼系數(shù)QUOTE1467最大允許壓力3MPa工作缸直徑D30mm儲油筒直徑40mm連桿與缸筒直徑之比0.48壁厚2mm鑒于減震器磨損等的敏感性，根據(jù)避震器使用條件的要求，選擇粗糙度為0.16um的零件配合Ra值。3.4橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計為契合提升車輛行駛平順性的要求，現(xiàn)代轎車懸架系統(tǒng)多采用較低垂直剛度設(shè)計，此設(shè)計策略能降低系統(tǒng)固有振動頻率，卻使側(cè)傾角剛度降低，轉(zhuǎn)彎時，側(cè)傾角剛度過低會引發(fā)車身側(cè)傾，影響車輛行駛穩(wěn)定性，汽車工業(yè)常用橫向穩(wěn)定桿技術(shù)方案，提高懸架系統(tǒng)抗側(cè)傾能力，提升車輛動態(tài)穩(wěn)定性。綜合考量工程實踐情況以及實驗所獲取的數(shù)據(jù)展開分析，本研究把麥弗遜式獨立懸架系統(tǒng)的橫向穩(wěn)定桿參數(shù)設(shè)定成直徑20mm，如此規(guī)格的設(shè)計全面顧及了桿件分段的長度，以及整車底盤結(jié)構(gòu)同懸架系統(tǒng)之間的匹配性相關(guān)要求。

4懸架的CATIA建模、ADAMS模型分析4.1懸架CATIA模型的建立4.1.1CATIA軟件簡介由法國設(shè)計師研發(fā)的CATIA，是一款將CAD、CAE以及CAM整合在一起的應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序可開展從產(chǎn)品概念、工業(yè)造型模型設(shè)計直至生產(chǎn)加工等各環(huán)節(jié)的設(shè)計與研發(fā)工作，其也適用于機(jī)械、電子工程之類的多個行業(yè)，值得說明的是，CATIAV5被贊為DASO公司數(shù)字化建模歷史中的一大佳作。而這般表述的緣故，是因為采用了若干種先進(jìn)建模技術(shù)，同時還持有極其可貴的先進(jìn)建模理念，在同類企業(yè)里排在領(lǐng)先梯隊，從相關(guān)研究資料查閱可得知，該應(yīng)用軟件憑借自身的建模能力，極大地提高了工程人員的工作效率。CAD(ComputerAidedDesign)作為一種基本的計算機(jī)輔助設(shè)計工具逐漸發(fā)展完善，并在此基礎(chǔ)上為越來越多的工程工作人員所熟知REF_Ref30576\r\h[15]。4.1.2前懸架CATIA模型的建立其麥弗遜式前懸架各零部件建模為圖4-1轉(zhuǎn)向橫拉桿至圖4-5橫向穩(wěn)定桿所示。圖4-1轉(zhuǎn)向橫拉桿圖4-2懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)圖4-3減震器圖4-4下擺臂圖4-5橫向穩(wěn)定桿運(yùn)用CATIA將上述搭建的前麥弗遜式懸架系統(tǒng)的各個組件按照汽車懸架系統(tǒng)的總體配置進(jìn)行裝配，得到像圖4-6那樣的前懸架系統(tǒng)。圖4-6麥弗遜懸架4.2ADAMS軟件簡介ADAMS是機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)分析領(lǐng)域一款專業(yè)仿真工具，由美國MDI公司開發(fā)，在工程實踐里有廣泛應(yīng)用價值，借助先進(jìn)的VirtualModeling仿真技術(shù)，工程技術(shù)人員能構(gòu)建高精度虛擬樣機(jī)模型，有效識別并優(yōu)化設(shè)計方案潛在缺陷，這款軟件契合提升機(jī)械系統(tǒng)性能常規(guī)需求，在航空航天、船舶制造以及通用機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域也有突出技術(shù)優(yōu)勢，REF_Ref30602\r\h[16]在行業(yè)內(nèi)認(rèn)可度不斷提高。經(jīng)過對相關(guān)技術(shù)文檔展開系統(tǒng)分析可明確，該軟件系統(tǒng)運(yùn)用模塊化架構(gòu)設(shè)計，其組成結(jié)構(gòu)可以劃分成基礎(chǔ)功能模塊以及專業(yè)應(yīng)用模塊這兩個類別，其中基礎(chǔ)模塊主要負(fù)責(zé)建模、數(shù)值求解以及基礎(chǔ)仿真等核心功能，以此契合常規(guī)工程分析的需求，專業(yè)模塊則是針對特定領(lǐng)域的精細(xì)化需求來拓展功能，像在汽車工程領(lǐng)域?qū)ｉT開發(fā)的ADAMS/CAR模塊，就是為實現(xiàn)車輛設(shè)計、動力學(xué)仿真以及性能優(yōu)化等專業(yè)化功能所設(shè)計的典型例子。4.3前懸架ADAMS的模型建立在ADAMS多體系統(tǒng)動力學(xué)仿真平臺的基礎(chǔ)之上，本研究借助調(diào)用該平臺的汽車專用模塊，成功搭建了前麥弗遜式獨立懸架系統(tǒng)的精確仿真模型，為保證仿真模型與物理樣機(jī)在參數(shù)方面保持一致，針對已建成的ADAMS懸架模型開展了多維度參數(shù)優(yōu)化工作，涉及構(gòu)件質(zhì)量屬性、轉(zhuǎn)動慣量特征、彈簧剛度系數(shù)以及減震器阻尼特性等關(guān)鍵參數(shù)的精細(xì)化調(diào)整。4.3.1麥弗遜懸架仿真模型的創(chuàng)建(1)硬點坐標(biāo)測量本研究借助CATIA三維建模軟件里的測量功能模塊，在整車懸架系統(tǒng)裝配模型構(gòu)建完成之后，系統(tǒng)收集了前麥弗遜式獨立懸架各個關(guān)鍵部件的空間定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)，具體測量結(jié)果可見表4-1所列出的前麥弗遜懸架硬點坐標(biāo)參數(shù)。表4-1前麥弗遜懸架硬點坐標(biāo)名稱x/mmy/mmz/mm下擺臂內(nèi)固定點68.857-253.447-23.304下擺臂外固定點-8.4-537.395-73.372轉(zhuǎn)向橫拉桿內(nèi)固定點110.944-240.77613.319轉(zhuǎn)向橫拉桿外固定點110.944-500.77613.319減震器上固定點-4.2-397.098520.38減震器下固定點-4.2-438.21253.535彈簧上固定點-4.2-397.098520.387彈簧下固定點-4.2-438.21253.535橫向穩(wěn)定桿固定點10.914-466.408-60.855輪心固定點0-607.50接著開展硬點構(gòu)建工作，其具體的操作流程如下：首先在Build功能菜單里把Hardpoint選項激活，接著借助New子菜單創(chuàng)建新的硬點項目，此時系統(tǒng)會彈出參數(shù)設(shè)置對話框，在這個時候，要依據(jù)表4-1中所列出的數(shù)據(jù)，依照順序輸入各個硬點的命名標(biāo)識以及三維空間坐標(biāo)參數(shù)，等所有硬點數(shù)據(jù)都錄入完成之后，系統(tǒng)就會生成如圖4-7所示的完整硬點結(jié)構(gòu)模型。圖4-7硬點坐標(biāo)(2)在ADAMS/Car中創(chuàng)建部件以下擺臂的創(chuàng)建為例，首先選擇點Upper_arm_mid創(chuàng)建Part，命名為Front_upper_wishbone，如圖4-8所示，Type類型仍舊選擇Left。然后是為轉(zhuǎn)向橫拉桿創(chuàng)建Geometry，創(chuàng)建上橫臂的前A臂，順序為Build>>Geometry>>Link>>New，將新建的Geometry命名為tierod，如圖4-9所示。以同樣的方式建立其他桿件。圖4-8創(chuàng)建Part圖4-9創(chuàng)建Geometry(3)在ADAMS/Car中創(chuàng)建運(yùn)動副此懸架由轉(zhuǎn)向橫拉桿、橫向穩(wěn)定桿、下擺臂、轉(zhuǎn)向節(jié)與減震器組合而成，其質(zhì)量以及轉(zhuǎn)動慣量的數(shù)據(jù)利用CATIA模型測定，各部件的連接方式見如下表4-2連接關(guān)系所示。表4-2連接關(guān)系被連接件1被連接件2連接方式下擺臂車架轉(zhuǎn)動副下擺臂轉(zhuǎn)向節(jié)下臂球形副轉(zhuǎn)向橫拉桿轉(zhuǎn)向節(jié)后臂球形副轉(zhuǎn)向橫拉桿齒條等速副減震器上部車架萬向副減震器上部減震器下部圓柱副減震器下部減震器上部固定副橫向穩(wěn)定桿車架彈性軸套測量所得的前麥弗遜式懸架系統(tǒng)空間硬點坐標(biāo)值與表格中懸架系統(tǒng)各部件的連接關(guān)系，往所創(chuàng)建的懸架系統(tǒng)輸入部件，再于CAR模塊建立前麥弗遜式懸架的仿真模型，如圖4-10前麥弗遜懸架所示。圖4-10前麥弗遜懸架(4)前麥弗遜懸架測試系統(tǒng)的創(chuàng)建在ADAMS/CAR當(dāng)中，點擊菜單欄里的file，再選new，隨后點suspensionAssembly，在彈出的對話框里寫入前面已經(jīng)建立的子系統(tǒng)模型、懸架模型、穩(wěn)定桿模型，以及平行輪跳動實驗要用到的ANTI-ROLLBARSUBSYSTEM和suspensionTestrig,建立的前麥弗遜式懸掛模擬實驗系統(tǒng)如圖4-11前麥弗遜懸架系統(tǒng)所示。圖4-11前麥弗遜懸架系統(tǒng)本研究設(shè)計的懸吊系統(tǒng)，借助多種機(jī)制來提升車輛轉(zhuǎn)向性能，其一降低轉(zhuǎn)向操作力矩需求，達(dá)成省力操控，其二，運(yùn)用減震結(jié)構(gòu)，減輕轉(zhuǎn)向盤的路面沖擊載荷，其三，保障轉(zhuǎn)向輪擁有可靠的自動回正功能，在維持車身支撐性能時，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的綜合優(yōu)化，研究顯示，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的提升，還可以借助轉(zhuǎn)向輪結(jié)構(gòu)改良、主銷幾何參數(shù)調(diào)整以及前軸特殊設(shè)計等方式達(dá)成。從理論角度剖析，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵定位參數(shù)體系囊括主銷幾何特性、主銷內(nèi)傾角、車輪外傾角以及前輪前束角這四大要素，依靠系統(tǒng)優(yōu)化這些核心參數(shù)，并配合其他輔助調(diào)整措施，可改善車輛的操控穩(wěn)定性與駕乘舒適性。5懸架仿真模型的分析與優(yōu)化5.1前懸架模型參數(shù)的分析根據(jù)已有的理論認(rèn)識可以知道，在CAR模塊里對懸架系統(tǒng)運(yùn)動特性做綜合解析時，運(yùn)用前懸架平行輪跳動模擬方法會有優(yōu)勢，這個模擬實驗主要是為了探索不同工況下懸架特性參數(shù)的動態(tài)變化規(guī)律，具體操作過程中，要借助Postprocessor后處理模塊把懸架各參數(shù)的變化趨勢進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，繪制出相應(yīng)的特征曲線。依據(jù)這些實驗數(shù)據(jù)，可分析懸架運(yùn)動學(xué)特性與整車性能指標(biāo)之間的內(nèi)在聯(lián)系機(jī)制。主銷軸內(nèi)傾角是指在車輛橫向平面當(dāng)中，主銷軸線跟地面垂直線形成的夾角，有研究顯示，合適的主銷內(nèi)側(cè)傾斜設(shè)計可有效減少轉(zhuǎn)向過程里車輪承受的沖擊載荷，還可以提升轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操作效能，憑借工程實踐以及理論分析可知，主銷軸線與路面交點的內(nèi)傾角度有最優(yōu)取值范圍，相關(guān)文獻(xiàn)REF_Ref31030\r\h[17]說明該角度應(yīng)控制在7°到13°這個區(qū)間內(nèi)，以此來保證最佳的轉(zhuǎn)向性能以及行駛穩(wěn)定性。5.1.1雙輪平行同跳仿真本研究于ADAMS/CAR仿真平臺借助懸架系統(tǒng)分析模塊的平行輪跳激勵模式來開展動力學(xué)特性研究，其具體設(shè)置情況如下：激勵幅值的范圍設(shè)定在-50mm至+50mm之間，憑借采用15個等間距步長的方式進(jìn)行參數(shù)化掃描，有關(guān)激勵參數(shù)的設(shè)置界面可見圖5-1所示內(nèi)容。圖5-1ADAMS添加激勵特性圖5.1.2前懸架主銷內(nèi)傾角的變化若汽車輪胎的滑動量遠(yuǎn)超正常數(shù)值，將顯著提升輪胎的磨損程度,而且在這基礎(chǔ)上縮減其壽命，完成前面的模擬后，可依靠Postprocessor后處理模塊里的曲線編輯器來做主銷內(nèi)傾角變動的繪制，具體圖5-2前懸架主銷內(nèi)傾角變化所示。圖5-2前懸架主銷內(nèi)傾角變化在現(xiàn)代汽車設(shè)計里，主銷內(nèi)傾角參數(shù)一般被控制在5°到14°這個合理的區(qū)間之內(nèi)，要是超出了這個范圍，就會讓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的負(fù)荷有所增加，依據(jù)圖5-2所展示的平行輪跳仿真特性曲線來分析，可以知道在-50mm至50mm的位移范圍當(dāng)中，這款電動車型的主銷內(nèi)傾角從11.325°波動到了14.89°，其變化幅度已經(jīng)快要接近設(shè)計上限了。當(dāng)輪胎和地面之間的摩擦阻力增大的時候，這種力學(xué)特性會經(jīng)由轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)產(chǎn)生反作用力矩，提升轉(zhuǎn)向操作力矩的需求，對車輛的操控性能造成影響[13]。5.1.3前懸架主銷后傾角的變化主銷后傾角指的是在汽車縱平面之內(nèi)主銷軸線和地面垂線二者之間所形成的夾角，當(dāng)車輪在外部載荷施加作用而出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的時候，這個角度會產(chǎn)生出和路面作用方向相反的恢復(fù)力矩，該角度的設(shè)計數(shù)值受到車輛工況以及系統(tǒng)參數(shù)等多種因素的限制約束，在常規(guī)工況情形下一般是控制在3°以內(nèi)，只有在特殊狀況下才有可能超出這個范圍。借助平行輪跳動模擬實驗，可觀察到該參數(shù)的變化規(guī)律，其具體的變化趨勢已經(jīng)借助PostProcessor模塊開展了可視化處理REF_Ref31059\r\h[18]，也就是如同圖5-3所展示的前懸架主銷后傾角變化曲線那樣。圖5-3前懸架主銷后傾角變化對平行輪跳工況下主銷后傾角參數(shù)變化曲線展開仿真分析可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)車輪于±50mm范圍內(nèi)做上下運(yùn)動時，此參數(shù)的變化幅度比較有限，其數(shù)值從最初的0.28°增長至0.412°，在整個運(yùn)動過程里，后傾角一直維持在3°以下的較小范圍當(dāng)中。5.1.4前懸架前輪外傾角的變化前輪外傾角是車輛橫向平面與地面形成的夾角參數(shù)，該數(shù)值變化對車輛行駛性能影響重大，空載時車輪與地面一般垂直，而滿載時車輪會出現(xiàn)明顯內(nèi)傾，此幾何變化會加劇輪胎胎面不均勻磨損，路面沿Z軸方向施加于車輪的載荷會在輪轂軸向產(chǎn)生分力，致使輪轂外側(cè)受力增大，讓緊固螺母及小軸承承受更大機(jī)械負(fù)荷。實驗數(shù)據(jù)顯示，把外傾角控制在約1°的合理范圍能有效緩解上述問題，依靠進(jìn)行平行輪跳動模擬實驗，借助PostProcessor后處理模塊做數(shù)據(jù)分析，本研究成功得到微型電動車前懸架系統(tǒng)中外傾角的動態(tài)變化規(guī)律，具體結(jié)果可見圖5-4所示的前懸架前輪外傾角變化曲線。圖5-4前懸架前輪外傾角變化依靠仿真實驗所獲取的參數(shù)特性曲線可說明，在初始懸架設(shè)計之時，車輪外傾角被設(shè)定為1°，當(dāng)進(jìn)行-50mm至0mm的平行輪跳動工況模擬過程中，前輪外傾角從初始的2.60°下降至1°，其變化的幅度達(dá)到了1.6°，而在0mm至50mm的并聯(lián)輪跳工況里，該參數(shù)由1°減小到-0.2°，變幅是1.2°。出于改善車輪落地姿態(tài)的考量，本研究在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所允許的1°/50mm~2°/50mm這個范圍之內(nèi)，對外傾角參數(shù)做出了適度增大的調(diào)整。5.1.5前懸架前輪前束角的變化憑借理論分析可明確，當(dāng)汽車車輪處于滾動工作狀態(tài)時，其外傾角的存在會致使車輪運(yùn)動呈現(xiàn)出類似滾錐效應(yīng)的特性，這種設(shè)計思路會使得四個車輪都產(chǎn)生向外滾動的傾向，其主要來切實預(yù)防車輛在極端工作狀況下出現(xiàn)側(cè)翻事故，深入剖析原因可以發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)向節(jié)在車橋與轉(zhuǎn)向橫拉桿上的特定布置形式，有可能致使車輛行駛過程中輪胎磨損加重。為了對這個問題進(jìn)行優(yōu)化，需要著重考慮車輪安裝位置的參數(shù)調(diào)整，實驗數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)車輪跳動量控制在0到50mm的區(qū)間范圍時，其角度變化應(yīng)當(dāng)保持在-0.5°/50mm的理想數(shù)值范圍內(nèi)，借助平行輪跳動模擬實驗，研究人員運(yùn)用PostProcessor模塊成功獲取了前懸架前輪前束角的變化曲線REF_Ref31085\r\h[19]，如圖5-5所示。圖5-5前懸架前輪前束角變化分析圖表數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，在模擬平行輪跳工況下位移范圍處于-50mm至50mm時，電動汽車前輪束角出現(xiàn)明顯改變，其角度值能達(dá)到-3.4°，要知道，一旦前輪束角超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，車輛兩側(cè)輪胎磨損就會加重，這種情況急需借助技術(shù)手段來優(yōu)化。5.2前懸架模型參數(shù)的優(yōu)化5.2.1創(chuàng)建優(yōu)化目標(biāo)為了保證前懸掛系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計有科學(xué)性，此項研究最先于ADAMS/CAR平臺著手展開平行輪跳仿真分析，從圖5-6可看出，在完成仿真驗證工作之后，借助調(diào)用Simulate/DOEInterface模塊構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化體系，具體把前輪定位參數(shù)設(shè)置成關(guān)鍵設(shè)計目標(biāo)，并且將優(yōu)化準(zhǔn)則確定為仿真過程里各參數(shù)絕對值的最大值。REF_Ref31111\r\h圖5-6創(chuàng)建優(yōu)化目標(biāo)界面參照圖5-7，用戶需要在ADAMS/Car主菜單里面，依照順序選擇Simulate、DOEInterface、ADAMS/Insight這些選項，接著點擊Export功能按鈕，這樣就能進(jìn)入到Adams/Insight操作界面。圖5-7Adams/Insight進(jìn)入界面選擇OK，進(jìn)入ADAMS/Insight模塊的參數(shù)選取界面如圖5-8Factors和Responses選取界面所示。圖5-8Factors和Responses選取界面在設(shè)計幫助工具欄選擇Setdesignspecification，為減小計算量采用12次迭代，其參數(shù)如圖5-9創(chuàng)建設(shè)計參數(shù)界面所示。圖5-9創(chuàng)建設(shè)計參數(shù)界面WorkSpace改進(jìn)結(jié)束后，下一步點擊Runsimulation便能夠優(yōu)化相應(yīng)的設(shè)計目標(biāo)，迭代完成后，進(jìn)入ADAMS/Insight的工作界面，將這12個空間座標(biāo)值進(jìn)行折中組合，使楔形塊對齊于DesignVariables中的黑三角，通過微量調(diào)整DesignObjectives中的每個參數(shù)，最終得到所需的的的最優(yōu)值，圖5-10優(yōu)化界面所示。圖5-10Adams/Insight優(yōu)化界面優(yōu)化12個空間硬點坐標(biāo)之后，需要對優(yōu)化后的最優(yōu)參數(shù)值展開相應(yīng)的記錄工作，在此基礎(chǔ)上將上述數(shù)值與之前的數(shù)值展開比較分析，對比如表5-1優(yōu)化前、后硬點坐標(biāo)對比如下：表5-1優(yōu)化前、后硬點坐標(biāo)對比硬點狀態(tài)x/mmy/mmz/mm下擺臂外固定點優(yōu)化前-8.4-537.395-73.372下擺臂外固定點優(yōu)化后-28.4-517.39-80.972下擺臂內(nèi)固定點優(yōu)化前68.857-253.447-23.304下擺臂內(nèi)固定點優(yōu)化后48.857-233.45-43.304轉(zhuǎn)向橫拉桿外固定點優(yōu)化前110.944-500.77613.319轉(zhuǎn)向橫拉桿外固定點優(yōu)化后130.94-493.586.119轉(zhuǎn)向橫拉桿內(nèi)固定點優(yōu)化前110.944-240.77613.319轉(zhuǎn)向橫拉桿內(nèi)固定點優(yōu)化后90.944-220.7833.3195.2.2懸架優(yōu)化前后參數(shù)變化圖的比較把優(yōu)化后的懸掛系統(tǒng)硬點坐標(biāo)參數(shù)輸入ADAMS整車模型，此研究針對平行輪跳工況開展了仿真分析，在后處理階段，利用ADAMS/POSTProcessor模塊對優(yōu)化前后的懸掛性能參數(shù)做了對比研究，REF_Ref31170\r\h[33]如圖5-11和圖5-12所示，主銷內(nèi)傾角以及主銷后傾角的優(yōu)化效果借助特性曲線呈現(xiàn)出來，其中紅色實線表示優(yōu)化前的懸掛參數(shù)特性，藍(lán)色虛線體現(xiàn)的是優(yōu)化后的懸掛性能變化趨勢。（1）優(yōu)化前后主銷內(nèi)傾角參數(shù)特性曲線圖5-11主銷內(nèi)傾角經(jīng)過對上述圖表展開分析，可較為清晰地觀察到，在主銷內(nèi)傾角優(yōu)化工作結(jié)束之后，于-50mm至50mm的垂直位移范圍之內(nèi)，車輪內(nèi)傾角的變化幅度達(dá)到了12.55°，此數(shù)值變化對車輛在爬坡工況時的加速性能起到了提升作用。（2）優(yōu)化前、后前輪外傾角參數(shù)特性曲線。圖5-12主銷后傾角如圖5-12呈現(xiàn)的那樣，經(jīng)過優(yōu)化之后的主銷后傾角數(shù)值從原來的-2.04°到2.40°，增大到了0°至3°這個標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間內(nèi)，和優(yōu)化之前相比有了十分突出的提升，有研究顯示，適當(dāng)增大主銷后傾角可產(chǎn)生比較十分突出的穩(wěn)定平衡力矩，這種特性可提高車輪在受力發(fā)生偏移時的自動回正能力，提升電動車輛直線行駛時的方向穩(wěn)定性以及操控性能。（3）優(yōu)化前、后前輪前束角參數(shù)特性曲線。圖5-13前輪外傾角從圖5-13展示的前輪外傾角優(yōu)化曲線可看出，當(dāng)平行輪跳工況模擬范圍處于-50mm至0mm的時候，前輪外傾角從最初的2.52°減小到了1°，減少的幅度是1.52°，而在0mm至50mm的并聯(lián)輪跳工況模擬里，這個參數(shù)的變化幅度是1°，完全契合1°/50mm~2°/50mm的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。優(yōu)化之后的外傾角參數(shù)降低了電動汽車在滿載工況下車輪過度內(nèi)傾的風(fēng)險，還提升了車輛的行駛穩(wěn)定性，這一改進(jìn)效果從前輪外傾角的明顯降低得到了充分驗證。（4）優(yōu)化前、后前輪前束角參數(shù)特性曲線。圖5-14前輪前束角結(jié)合上述圖表不難發(fā)現(xiàn),就前輪束角而言，其優(yōu)化前后的變動范圍為-0.40°~0.009°，與此同時值得一提得是，0°mm~50°mm垂直運(yùn)動狀況下，車輪數(shù)值在0°mm~50°mm之間發(fā)生變動，其優(yōu)化后的曲線更加接近理想情況。

6結(jié)論本研究借助先進(jìn)的多體系統(tǒng)動力學(xué)模擬分析軟件平臺，以其為基石，融合相關(guān)理論支撐，深入開展了電動汽車懸架系統(tǒng)的仿真分析工作。在ADAMS環(huán)境中，精心構(gòu)建了電動汽車動力學(xué)的虛擬樣機(jī)模型，并重點優(yōu)化了前懸架系統(tǒng)的參數(shù)配置?，F(xiàn)將這一系列工作的核心內(nèi)容歸納如下：（1）全面剖析并總結(jié)了國內(nèi)外電動汽車研發(fā)的最新動態(tài)，同時對麥弗遜式懸架與連桿式懸架等關(guān)鍵部件進(jìn)行了簡要介紹。此外，還初步探索了實景技術(shù)在汽車制造領(lǐng)域的實際應(yīng)用，并參考了《專業(yè)模塊ADAMS建模與模板開發(fā)流程》的精華內(nèi)容。針對電動汽車改裝后涌現(xiàn)的一系列技術(shù)難題，本文明確指出亟待解決的關(guān)鍵問題，并規(guī)劃了相應(yīng)的技術(shù)解決路徑。（2）在參數(shù)核定環(huán)節(jié)，需明確一系列關(guān)鍵組件的詳細(xì)規(guī)格，涵蓋懸吊彈簧、導(dǎo)向裝置及橫向穩(wěn)定器等部件。（3）利用CATIA軟件，我們成功建模了前懸架系統(tǒng)，并以此模型為基石，進(jìn)一步開展了整車仿真分析。過程中，先通過CATIA構(gòu)建框架的三維立體模型，隨后轉(zhuǎn)移至ADAMS平臺，著手創(chuàng)建硬點。（4）依據(jù)專業(yè)知識，我們了解到前麥弗遜式獨立懸架先前已進(jìn)行過與車輪平行跳動相關(guān)的測試。模擬車輛轉(zhuǎn)彎時的情景，不難發(fā)現(xiàn)，該電動汽車在主銷內(nèi)傾角及前輪束角方面均展現(xiàn)出顯著波動。本文針對懸掛系統(tǒng)的優(yōu)化，核心在于調(diào)整十二個空間硬點的坐標(biāo)位置。此番優(yōu)化顯著提升了車輪定位參數(shù)的精準(zhǔn)度，進(jìn)而優(yōu)化了電動汽車的駕駛感受。本研究聚焦于懸架系統(tǒng)的建模與仿真分析領(lǐng)域，卻未深入探究懸架的其他關(guān)鍵參數(shù)，特別是減震器阻尼等力學(xué)特性的詳盡分析。展望未來的研究方向，我們將在既有成果的基礎(chǔ)上，深化以下幾個層面的探索：在模型構(gòu)建階段，我們將嘗試采用多樣化的建模策