双横臂独立悬架动载荷解析分析方法研究

发布时间：2020-04-25 06:49

【摘要】：双横臂独立悬架簧下质量较小,其独特的双交叉臂设计能够有效承受各种交变载荷,通过合理的参数布置可得到最佳的操稳性与平顺性。它广泛应用于乘用车当中,在多轴重型特种车上也有很多应用。双横臂悬架系统的动载荷是进行悬架和车身(或车架)设计的主要依据,在整车设计和性能分析时必不可少。本文提出了一种基于速度、加速度解析分析的双横臂独立悬架动载荷计算方法,与商用多体动力学软件ADAMS进行对比,验证了算法的有效性。主要研究内容如下:(1)建立了刚性铰连接和柔性衬套连接两种双横臂独立悬架动力学模型。对悬架各部件进行了速度、加速度及位移分析,建立了悬架的动力学平衡方程。对于柔性衬套连接的悬架模型,建立了衬套的非线性力学模型。悬架动力学模型以试验测得的轮心加速度与六分力作为输入,求解即可得到悬架动载荷。(2)研究了动力学模型的求解算法。计算模型中包含多组连续的大型非线性方程组,在初值不确定的情况下,一般数值算法往往较难求解。对于刚性铰连接的悬架动力学模型,提出了一种BFGS与PSO相结合的数值算法,能有效对模型求解。对于柔性衬套连接的动力学模型,其求解难度有所提高,提出了一种基于迭代的分块求解方法。该方法将一组未知数较多、求解困难的非线性方程组拆分成两组未知数较少、能够求解的方程组,通过两个方程组间的迭代过程实现对模型的求解。(3)模型验证。在MATLAB中建立了双横臂悬架解析模型,在ADAMS中建立了相应的多体模型。在多种典型工况下进行了仿真计算,将两种模型的载荷提取结果进行对比,验证了模型和求解算法的有效性。(4)开发出一套适用于独立悬架动载荷提取的原型系统,该系统能够有效提高工作效率。将该系统运用于某型车双横臂前悬的疲劳分析中,结合整车试验对悬架上控制臂进行了疲劳计算,得到了上控制臂的疲劳寿命。本文提出的双横臂独立悬架动载荷解析分析方法,对于提高悬架系统动载荷的提取效率与精度,加快悬架系统与车身的开发进度具有一定的理论研究价值和实际工程意义。
【图文】：

系统模型图,双横臂悬架,刚性连接,系统模型

点；C、D 为下控制臂与车身铰接点；E、S 为上、下控中心点；I、H 为转向横拉杆内、外接点；J、P 为减振器为轮心。上、下控制臂的一端通过球铰 B、N、C、D 与球铰 E、S 与转向节相连。转向节与轮心 L 刚性相连。弹铰 J、P 与车身和下控制臂相连。转向横拉杆一端由球铰端由球铰 H 与转向器相连。JNzg

示意图,示意图,球铰,控制臂

PSDCL图 2-1 刚性连接的双横臂悬架系统模型在不考虑橡胶衬套的前提下，上控制臂的运动为绕轴NB的旋转运动。当N、B 分别通过球铰与车身约束时，此时控制臂的运动仍为绕 NB 的转动。在进行自由度计算时，上控制臂初始有 6 个自由度，两个球铰分别移除了三个平动自由度，此时自由度为 0。这就是说，，两个球铰给刚体引入了一个多余约束。为解决这个问题，在进行悬架的运动学分析时，一个常见的做法就是将控制臂与车身通过一个转动副连接起来，如图 2-2（a）所示。但在悬架的动力学分析中，此种约束无法同时求得上控制臂两个车身连接点的载荷，只能解得一个转动铰处的载荷。因此，在计算时，将 N 点的球铰约束改为一个点线约束[17]230，如图 2-（b）所示，此时刚体的自由度计算结果为 1，即绕 NB 的转动自由度。同理，在下控制臂中，将 C 点的球铰约束也替换为点线约束。N转动约束点线约束N
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.33

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