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重型汽车空气悬架设计与优化

作　者: 李海林
导　师: 王铁
学　校: 太原理工大学
专　业: 车辆工程
关键词: 重型牵引车空气悬架运动学 ADAMS 导向机构试验设计
分类号: U463.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

空气悬架的导向机构的空间布置对整车制动点头、加速抬头以及横向稳定性有很大影响。导向机构要承受整车的横向与纵向力,其设计的好坏直接影响这两方面的性能。本文以重型牵引汽车空气悬架为研究对象,借助多体动力学软件ADAMS/Car对前后空气悬架进行分析与研究,并且利用ADAMS/Insight对整车进行了优化,使前后空气悬架导向杆系的布置更加的合理,设计出了空气悬架的基础参数。首选,根据研究车辆设计了空气悬架的主要的基础参数,对于我国在空气悬架设计中比较落后的导向机构的设计进行了理论分析。得出了空气悬架导向机构对于制动点头角和加速抬头角以及横向侧倾角的影响,提出了对于改善整车制动点头角和加速抬头角以及侧倾角的改善提出方案。然后,根据设计的空气悬架,建立悬架的虚拟仿真模型,在ADAMS/Car中对悬架做悬架的平行跳动仿真。得到车轮定位角,悬架垂直刚度,悬架侧倾角刚度,制动点头量,轮距变化曲线,并且对悬架的这些参数对于整车性能的影响进行了阐述,对不理想的前悬架的纵向点头性能进行了优化。得到了较好的结果。最后,建立整车的虚拟样机模型。对整车进行了方向盘角阶跃仿真,对影响整车操纵稳定性的参数进行了定性的分析；对整车进行了直线制动仿真,对后悬架的纵向导向杆布置对于整车制动点头量的影响应用曲面相应法(RSM),拟合出公式,进行定量的优化。本文从空气悬架的设计开始,对悬架的设计与优化流程进行了探索,并得出了适合于研究车辆的空气悬架的参数。理论的推导与软件的分析结果相一致,验证了方法的正确性。本文中对于应用多体动力学理论及软件研究空气悬架设计问题,对我国空气悬架的研发提供了一个具有可行性的方法。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题研究目的和意义  10
  1.2 国内外研究动态  10-13
  1.3 本文研究的主要内容  13-16
第二章空气悬架系统的初步设计  16-32
  2.1 空气悬架的设计基本要求  16
  2.2 空气悬架形式的选择  16-17
  2.3 悬架的主要参数确定  17
    2.3.1 车轮定位角  17
  2.4 空气悬架系统各组成部分的设计  17-23
    2.4.1 空气弹簧的选择  17-19
    2.4.2 减震器的参数选择  19-20
    2.4.3 导向机构设计  20-23
  2.5 纵向导向机构布置对汽车平顺性和操纵稳定性的影响  23-29
    2.5.1 制动悬架抗点头能力的影响因素  24-26
    2.5.2 纵向推力杆的几何条件  26-27
    2.5.3 抗点头率和抗仰头率的计算  27-28
    2.5.4 点头角和抗仰头角的定量计算  28-29
  2.6 横向导向机构对汽车横向稳定性的影响  29-31
    2.6.1 整车横向稳定性的计算  29
    2.6.2 悬架的侧倾中心和整车的侧倾轴线  29-31
  2.7 本章小结  31-32
第三章空气悬架性能仿真与优化  32-54
  3.1 悬架的评价指标和试验方法  32-33
  3.2 前悬架仿真试验  33-40
    3.2.1 前悬架模型的建立  33-35
    3.2.2 车轮平行跳动引起的前悬架运动学特性分析  35-40
  3.3 前悬架的总体性能评价  40
  3.4 悬架纵向推力杆的布置的优化  40-44
    3.4.1 基于ADAMS/Insight的试验设计(DOE)介绍  41-43
    3.4.2 悬架纵向推力杆的硬点Z坐标对抗点头量的优化  43-44
  3.5 纵向推力杆布置优化以后的性能对比  44-48
    3.5.1 车轮外倾角的变化  44
    3.5.2 前束角的变化  44-45
    3.5.3 悬架垂直刚度的变化  45
    3.5.4 侧倾角刚度的变化  45-46
    3.5.5 制动点头量的变化  46-47
    3.5.6 车轮跳动产生轮距变化量  47-48
  3.6 后悬架仿真试验  48-52
    3.6.1 后悬架模型的建立  48-49
    3.6.2 车轮平行跳动引起的后悬架运动学特性分析  49-52
  3.7 本章小结  52-54
第四章整车仿真模型的建立  54-70
  4.1 ADAMS/Car建模的一般流程  54-57
  4.2 ADAMS/Car建模的方法  57
  4.3 建模参数的获取  57-60
  4.4 各系统模型的建立  60-68
    4.4.1 前悬架模型的建立  60
    4.4.2 橡胶衬套模型的建立  60-61
    4.4.3 横向稳定杆模型的建立  61-62
    4.4.4 后悬架模型的建立  62-63
    4.4.5 转向系模型的建立  63-64
    4.4.6 减震器模型的建立  64
    4.4.7 动力系统模型的建立  64-65
    4.4.8 驾驶室模型的建立  65
    4.4.9 车架模型的建立  65-66
    4.4.10 轮胎仿真模型的建立  66-67
    4.4.11 挂车模型的建立  67-68
  4.5 整车模型的建立  68
  4.6 本章小结  68-70
第五章整车操纵稳定性仿真  70-84
  5.1 汽车操纵稳定性影响因素  70
  5.2 操纵稳定性虚拟试验  70-83
    5.2.1 转向盘转角阶跃输入仿真  70-73
    5.2.2 悬架参数对操纵稳定性的影响  73-77
    5.2.3 直线制动仿真试验  77-78
    5.2.4 后悬架纵向推力杆纵向布置的优化  78-83
  5.3 小结  83-84
第六章总结与展望  84-86
  6.1 论文的主要工作和结论  84-85
  6.2 需要进一步完成的工作  85-86
参考文献  86-90
致谢  90-92
攻读学位期间发表的学术论文及参与项目  92

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