基于虛擬樣機技術懸架系統(tǒng)性能分析和優(yōu)化設計.pdf

1、車輛懸架系統(tǒng)設計中，彈簧減振器等主要元件的力學特性及其匹配對車輛性能的影響至關重要，由于懸架系統(tǒng)結構、載荷和工況的多變性，使得基于物理樣機的設計方法難以適應日益嚴格的懸架系統(tǒng)設計要求。隨著CAD/CAM/CAE技術的逐步成熟，虛擬樣機、虛擬試驗技術被廣泛地應用于汽車產品開發(fā)之中。因此，本文結合上海汽車工業(yè)科技發(fā)展基金項目，針對轎車中廣泛采用的麥弗遜式懸架典型實例，進行了“基于虛擬樣機技術懸架系統(tǒng)性能分析和優(yōu)化設計”的研究。 以桑

2、塔納2000車型為例，充分考慮彈簧剛度特性、減振器阻尼特性、橡膠襯套和減振器緩沖塊等橡膠元件的非線性特性，在多體系統(tǒng)動力學軟件ADAMS建立麥弗遜式前懸架精細模型，并進行運動學仿真，分析了不同工況下前輪定位參數的變化。仿真結果與試驗數據進行了對比，驗證了所建懸架系統(tǒng)模型的有效性。在此基礎上分析了麥弗遜式懸架的側載問題，提出懸架彈簧的優(yōu)化設計目標。 在麥弗遜式前懸架系統(tǒng)精細建模的基礎上建立整車系統(tǒng)多體動力學模型，進行正弦掃描和隨機

3、路譜輸入的整車平順性仿真，并對隨機路譜輸入下的車身加速度功率譜密度進行試驗驗證，進而研究懸架系統(tǒng)中彈性/非線性元件特性(包括彈簧垂向剛度、減振器阻尼、襯套剛度等)對整車行駛平順性、懸架導向機構對前輪定位參數及操縱穩(wěn)定性的影響，以確定懸架系統(tǒng)各主要元件的設計要求。 針對麥弗遜式懸架系統(tǒng)中的螺旋彈簧元件，在不等曲率彎曲螺旋彈簧理論設計研究的基礎上，結合車輛系統(tǒng)動力學仿真和有限元分析，提出一種基于虛擬樣機技術的優(yōu)化設計方法，并進行了實

4、例優(yōu)化和試驗驗證。該方法采用自頂向下的設計思路，從提高整車平順性和操縱穩(wěn)定性、延長減振器使用壽命、降低彈簧元件生產成本等性能要求出發(fā)，提出懸架系統(tǒng)的性能要求；根據懸架系統(tǒng)性能要求，對懸架系統(tǒng)主要元件如彈簧、減振器等提出元件設計的性能要求；針對其中的彈簧元件，以中心線不等曲率彎曲螺旋彈簧代替原有的普通螺旋彈簧，在元件特性研究的基礎上將傳統(tǒng)的多目標優(yōu)化和有限元仿真結合起來進行彈簧結構的優(yōu)化設計，獲得了期望的彈簧中心線方程和主要結構參數；彈簧

5、試制后進行臺架試驗，獲得的彈簧剛度特性引入到整車系統(tǒng)動力學模型中，仿真結果表明：減振器的側載顯著降低；彈簧試件裝車后進行整車平順性試驗并與原系統(tǒng)試驗數據進行對比，檢驗了優(yōu)化設計結果對整車行駛平順性的改善效果。 不等曲率彎曲的螺旋彈簧可以有效解決麥弗遜懸架的側載問題，然而，由于這種螺旋彈簧壓縮過程十分復雜，其變形機理和剛度特性需要進行全面的研究。因此，本文在有限元分析軟件ANSYS基礎上二次開發(fā)了螺旋彈簧性能分析和結構設計軟件包，