汽車前輪定位參數(shù)研究及優(yōu)化設(shè)計【優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計論文含開題報告+文獻(xiàn)綜述+外文翻譯】

汽車前輪定位參數(shù)研究及優(yōu)化設(shè)計【優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計論文含開題報告+文獻(xiàn)綜述+外文翻譯】,汽車,前輪,定位,參數(shù),研究,鉆研,優(yōu)化,設(shè)計,優(yōu)秀,優(yōu)良,畢業(yè),課程設(shè)計,論文,開題,報告,講演,呈文,文獻(xiàn),綜述,外文,翻譯 I 摘 要 轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)主要有：主銷后傾角，主銷內(nèi)傾角，前輪外傾角和前輪前束。這四 個參數(shù)的設(shè)定是否合適 ， 直接決定著汽車直線行駛時操縱穩(wěn)定性 、 轉(zhuǎn)向操縱輕便性和轉(zhuǎn) 向輪回正性能的好壞。 本文為提高該車的操縱穩(wěn)定性，利用動力學(xué)仿真軟件 件建立了簡 化的虛擬樣機(jī)模型 ， 進(jìn)行雙向輪跳仿真實驗 ， 分析評價該車的前輪定位參數(shù) 。 最后利用 塊優(yōu)化其前輪定位參數(shù)，從而改善其因為定位參數(shù)不合理而導(dǎo)致 的輪胎磨損。 論文首先講述了汽車前輪定位參數(shù)的重要意義 ， 并按照標(biāo)準(zhǔn)評價了各參數(shù)的 合理與 否，接著列出了前束和外傾角的數(shù)學(xué)關(guān)系。 因整車分析建模工作量巨大 ， 合理的簡化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架模型尤為重要 ， 前懸架單 側(cè)車輪跳動仿真能夠代表整車的操縱穩(wěn)定性。 關(guān)鍵詞 前輪定位參數(shù) 虛擬樣機(jī) 向車輪跳動仿真 he of of it a so To up a is a a is to of is to we to of of on It is to of of of on of he he 目 錄 摘 要 I I 第 1 章 緒論 1 課題背景 1 操縱穩(wěn)定性的概念 1 前輪定位參數(shù) 1 前輪外傾角與前輪前束值 1 主銷后傾角 2 主銷內(nèi)傾 角 2 前輪定位參數(shù)的研究 2 本課題研究的主要內(nèi)容 2 前輪定位參數(shù)與操縱執(zhí)行駕駛員指令的準(zhǔn)確性的關(guān)系 2 前輪定位參數(shù)的影響因素 2 弗遜懸架模型的建立與仿真 ··························· 錯誤！未定義書簽。 本課題研究意義 2 第 2 章 前輪定位參數(shù)與汽車操縱穩(wěn)定性 4 主銷后傾角的影響 4 主銷內(nèi)傾角的影響 4 前輪外傾角的影響 4 前輪前束值的影響 5 第 3 章 影響前輪定位參數(shù)的因素 6 架與前輪定位參數(shù) 6 懸架概述 6 種常見懸架與前輪定位 6 驅(qū)動類 型與前輪定位 7 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與前輪定位 7 轉(zhuǎn)向器的性能與前輪定位 7 第 4 章 汽車前輪定位角的設(shè)計要求 9 引言 9 前輪定位角的變化 9 輪外傾角 9 前輪前束 9 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 主銷后傾角 9 基于車輪最小側(cè)滑量的前輪定位參數(shù)優(yōu)化理論 10 于輪胎磨損的前輪前束與前輪外傾角的優(yōu)化理論 10 第 5 章 懸架模型的建立與仿真 11 模 11 前輪定位參數(shù)的運(yùn)動學(xué)仿真 12 仿真結(jié)果 13 結(jié)果分析 15 輪定位參數(shù)的優(yōu)化 15 合結(jié)果 15 頁格式查看靈敏度 16 大因子選擇 17 化結(jié)果分析 17 第六章 結(jié)論 18 論文的主要工作 19 前輪定位參數(shù)的研究與展望 19 2. 1 外傾角與前束值 19 2. 2 主銷后傾角 19 致 謝 20 參考文獻(xiàn) 21 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 第 1 章 緒論 題背景 人們對汽車的追求不再滿足于單純的速度和性價比 ， 而開始關(guān)注更好的汽車的操縱 穩(wěn)定性和行駛時的安全性 。 合理的的前輪定位參數(shù)可以使車輛更平穩(wěn)的直線行駛和不費(fèi) 力的轉(zhuǎn)向 ， 并降低車輛在行駛過程中各部分零件的磨損 。 轉(zhuǎn)向輪的定位參數(shù)的改進(jìn)可以 直接滿足人們新的需求 想要準(zhǔn)確細(xì)致的分析車輛的運(yùn)動學(xué)參數(shù) ， 就不得不綜合各部分機(jī)件的運(yùn)動 ， 創(chuàng)建符 合實際的模型 。 將汽車各種子系統(tǒng)加以簡化 ， 抽取本質(zhì)因素 ， 輔以計算機(jī) ， 建立合適的 虛擬樣機(jī)，汽車動態(tài)特性的研究得以發(fā)展。 美國的 司的 件是目前應(yīng)用最廣泛的機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)仿真分 析軟件，可以實現(xiàn)對前輪定位參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計和操縱執(zhí)行駕駛員指令的準(zhǔn)確性的研究。 縱穩(wěn)定性的概念 車輛駕駛的執(zhí)行駕駛員指令的準(zhǔn)確性能 ， 即汽車能夠按照駕駛員在清醒狀態(tài)時給予 轉(zhuǎn)向車輪的指令行駛 ； 即使車輛受到外界不穩(wěn)定因素影響 ， 依然能不過分受干擾并穩(wěn)定 行駛的性能。 輪定位參數(shù) 汽車轉(zhuǎn)向輪的定位主要參數(shù)主要保證前輪在底盤上位置的精確確定 、 車輛行駛的執(zhí) 行駕駛員指令的準(zhǔn)確性 、 執(zhí)行駕駛員指令的靈敏程度及轉(zhuǎn)向后的自動回正 ， 且前束和外 傾角應(yīng) 符合列出的數(shù)學(xué)公式。 輪外傾角與前輪前束值 關(guān)于前輪定位參數(shù)的研究起源于原始的馬車 。 為了提升馬車的承載能力和減少車輪 橫向滑脫的趨勢 ， 外傾角取值較大 ， 這樣做能夠增大車廂底部面積 ， 使馬車行駛時不至 于將泥水飛濺到乘客身上。 19 世紀(jì)末 ， 在英國人鄧祿普發(fā)明了充氣輪胎以后 ， 因早期的車輪外傾角過大導(dǎo)致的 輪胎磨損嚴(yán)重 ， 使減小車輪外傾角提上了日程 。 為了消除因左右車輪制動力不平衡造成 的制動轉(zhuǎn)向，并減小輪胎側(cè)移量，將前輪外傾角減少了 3°左右。伴隨著前輪外傾，輪 胎與地面接觸出現(xiàn)了相對滑動 。 這不光使輪胎 磨損境況更嚴(yán)峻 ， 隨之附帶的地面摩擦力 更是使輪胎向一側(cè)扭轉(zhuǎn) 。 前輪前束應(yīng)運(yùn)而生 。 前輪前束可以在輪胎扭轉(zhuǎn)之前使輪胎預(yù)備， 進(jìn)一步減少輪胎的磨損。前輪前束與前輪外傾角必須有呈下式中的比例： T ?? 2r 其中 ， T 為前輪前束值 ； d D 是前輪輪緣的直徑 ； l 為前輪接地印記長 度 ； 伽馬是前 1 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 2 輪的彎度； r 為輪胎的滾動半徑。 銷后傾角 德國查特林從優(yōu)先考慮前輪轉(zhuǎn)向后自動回正角度 ， 得出主銷后傾角最好為 15° ， 這 個角度的主銷后傾角 可以盡可能的保證前輪回正速度 。 此外 ， 較大的后傾角也帶來了比 較差的駕駛體驗，轉(zhuǎn)向輪甚至出現(xiàn)左右搖擺。終于到 1950 年，低壓輪胎的廣泛使用大 大改善了車輪的回正能力 ， 主銷后傾角的值普遍減小 。 研究發(fā)現(xiàn)前輪前束的改變可以減 少前輪擺振及異常磨損。 銷內(nèi)傾角 為了保證車輛低速時轉(zhuǎn)向回正性 、 執(zhí)行駕駛員指令的靈敏程度及行駛執(zhí)行駕駛員指 令的準(zhǔn)確性，車輛的主銷內(nèi)傾角取值較大。 輪定位參數(shù)的研究 前文提到 ， 因為主銷內(nèi)傾角會導(dǎo)致較大的擺振峰值 ， 所以現(xiàn)代汽車在設(shè)計時普遍趨 向于減小主銷內(nèi)傾角，這 還會消除部分回正力矩，使轉(zhuǎn)向更輕便。 前輪外傾角減小。為保證車輛高速轉(zhuǎn)向時的車身的穩(wěn)定能力和延長輪胎使用壽命， 現(xiàn)代汽車設(shè)計時采用的前輪外傾角趨于負(fù)值，即前輪內(nèi)傾。 主銷內(nèi)傾角增大，增大了穩(wěn)定力矩，提高了轎車行駛的安全性，可以改善汽車在面 對突發(fā)狀況的適應(yīng)能力。 前束通過上述公式計算得出 ， 負(fù)的前束和內(nèi)傾才能與公式相符合 ， 減小車輪的側(cè)滑， 降低輪胎磨損。 課題研究的主要內(nèi)容 本文利用 件建立麥弗遜懸架系統(tǒng)的模型，研究該懸架的前輪定位 參數(shù)，并優(yōu)化懸架的硬點坐標(biāo)；研究包括以下的內(nèi) 容： 輪定位參數(shù)與操縱穩(wěn)定性的關(guān)系 研究各前輪定位參數(shù)分別是如何影響車輛行駛時的抗干擾能力 、 轉(zhuǎn)向施加指令后的 靈敏度及前輪的自動回正。 輪定位參數(shù)的影響因素 研究前懸架子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的上主銷內(nèi)傾角的影響 ,主銷后傾角 、 前輪前束和車輪 外傾角和四輪之間的關(guān)系進(jìn)行了分析。 課題研究意義 前輪定位的主要參數(shù)主要保證前輪在底盤上空間位置的精確確定 、 車輛行駛的執(zhí)行 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 3 駕駛員指令的準(zhǔn)確性 、 執(zhí)行駕駛員指令的靈敏程度及轉(zhuǎn)向后的自 動回正 。 為防止輪胎磨 損，前輪前束和外傾角應(yīng)按相應(yīng)公式計算得出。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 4 第 2 章 前輪定位參數(shù)與汽車操縱穩(wěn)定性 前輪定位能夠確保車輛能夠按照駕駛員的指令直線行駛 ， 這就需要前輪和主銷能夠 具有確定的空間結(jié)構(gòu)。主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、前輪外傾角、前輪前束。這四個參數(shù) 設(shè)計是否合理將很大程度的決定了汽車能正確執(zhí)行駕駛員指令的能力和輪胎的磨損。 銷后傾角的影響 圖 2銷后傾角 銷內(nèi)傾角的影響 圖 2示了主銷后傾 角 ,與路面的接觸點主銷軸和 前輪中心線與道路表面相交 ,如圖中的位置。車輛直線行 駛，車輪因外界因素影響轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生與偏轉(zhuǎn)方向相反 的離心力的反作用力，使轉(zhuǎn)向輪回正，保證了車輛能都 抵抗外界干擾而正確執(zhí)行駕駛員指令的能力。主銷后傾 角變化的影響 ： 1） 后傾角較大時 ， 轉(zhuǎn)向需要駕駛員施加 更大的操縱力后傾角較小時，不能保證操縱執(zhí)行駕駛員 指令的準(zhǔn)確性 ， 甚至發(fā)生擺 振 ； 3） 車輪向后傾角較小的 一側(cè)跑偏。 主銷內(nèi)傾角與主銷后傾角協(xié)同作用輔助車 輪回正。因為存在主銷內(nèi)傾角，車輪繞主銷旋 轉(zhuǎn)時，地面對車輪產(chǎn)生向上的力。 內(nèi)傾角使γ 和β路面交線距離 小，使轉(zhuǎn)向靈敏度變 高。當(dāng)主銷內(nèi)傾角變化時，有： 1）內(nèi)傾角過 大，轉(zhuǎn)向所需駕駛員操縱力變大，輪胎磨損嚴(yán) 重 ;2)傾角太小 ,轉(zhuǎn)向力過大 ,行駛抗干擾能力變 差 異 (3) 車 輪 朝 著 測 試 的 較 小 方 向 運(yùn) 行 。 圖 2銷內(nèi)傾角 輪外傾角的影響 前輪外傾角可以避免因為前軸受力變形而使車輪內(nèi)傾導(dǎo)致的輪胎磨損 。 外傾角也可 以在一定程度上使轉(zhuǎn)向更輕便 。 外傾角還降低了零件的負(fù) 荷 ， 保證了行駛安全性 。 外傾 角變化時有以下影響 ： 1） 外傾角過大 ， 車輪外側(cè)受 力較大 ， 磨損嚴(yán)重 ； 2） 外傾角過小， 車輪內(nèi)側(cè)受力變大，磨損嚴(yán)重，轉(zhuǎn)向費(fèi)力。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 5 輪前束值的影響 因為前輪外傾角的值不為零 ， 且轉(zhuǎn)向橫拉桿限制了輪胎外側(cè)滑動趨勢 ， 導(dǎo)致了輪胎 磨損嚴(yán)重，行駛阻力增加。如果： 1）前輪前束過大，加劇磨損輪胎，喪失執(zhí)行駕駛員 指令的準(zhǔn)確性； 2）前輪前束過小，邊滾邊滑，同樣失去執(zhí)行駕駛員指令的準(zhǔn)確性。前 輪前束變動 ， 將喪失一定程度的操縱執(zhí)行駕駛員指令的準(zhǔn)確性 能 ； 反之 ， 使車輛轉(zhuǎn)向接 近于不足轉(zhuǎn)向，將提高車輛執(zhí)行駕駛員指令的準(zhǔn)確性。 綜上所述 ， 前輪定位的四個參數(shù)設(shè)計是否合理 ， 將很大 程度上影響車輛直線行駛時 對駕駛員指令執(zhí)行準(zhǔn)確程度的能力 、 轉(zhuǎn)向時駕駛員指令執(zhí)行的靈敏度 、 車輪快速回正的 能力、輪胎的正常磨損，合理設(shè)計四個參數(shù)將對整車的動力性、安全性等有重要意義。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 6 第 3 章 影響前輪定位參數(shù)的因素 想要研究及優(yōu)化車輛的前輪定位參數(shù) ， 勢必要仔細(xì)斟酌輪胎 、 懸架等其他因素的影 響。輪胎跳動時的運(yùn)動軌跡和車輪定位參數(shù)的確定由懸架本身的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)決定。此外， 行駛過程中的車輪角還會受到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和輪胎側(cè)向特性的影響。 架與前輪定位參數(shù) 架概述 懸架是現(xiàn)代車輛上的關(guān)鍵部件 ， 還是車架和車軸的橋梁 。 它能夠轉(zhuǎn)移車輪和車架上 承載的負(fù)載 ； 保證汽車的操縱執(zhí)行駕駛員指令的準(zhǔn)確性 ， 允許汽車獲得更高的運(yùn)行速度。 懸架的布置方案和結(jié)構(gòu)參數(shù)必須合理 ， 當(dāng)車輪在輪跳試驗臺上時 ， 使主銷定位角在 很小范圍內(nèi)變動 、 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性要與實際輪跳匹 配 ， 消除轉(zhuǎn)向輪的擺振現(xiàn)象 ； 車 輛應(yīng)呈現(xiàn)略微的不足轉(zhuǎn)向特性。 種常見懸架與前輪定位 麥弗遜式懸掛 。其主要結(jié)構(gòu)是懸架彈簧與減震器的結(jié)合 ,采用減震器消除螺旋彈簧 超時時的載荷位置發(fā)生的左右晃動現(xiàn)象 ， 約束彈簧使其只能上下收縮或拉伸 ， 減震器的 性能參數(shù)的動態(tài) 變化泳衣調(diào)控懸架的舒 適度。 麥弗遜式懸掛因為其構(gòu)造簡單 ， 重量 得以大大降低 ， 反饋靈敏度很高 。它的特 殊的下?lián)u臂和支柱的空間布置使得車輛 可以自適應(yīng)改變車輪外傾角， 讓其能在過 彎時對路面的變化相互適應(yīng) ， 讓輪胎更大 程度上接觸地面 ， 但是因為構(gòu)造原因 ， 對 兩側(cè)變化因素抵抗能力差 ， 有比較明顯的 急剎車現(xiàn)象 ，懸掛剛度較弱 ， 執(zhí)行駕駛員 指令的準(zhǔn)確性差，轉(zhuǎn)彎時車輛晃動較大。 圖 3弗遜懸架 雙 叉 臂 式 懸掛 。 它通常由兩個 叉 臂構(gòu)成 ， 這樣的構(gòu)造讓 車 輪在運(yùn)行時能本實用新型 可自動適應(yīng)外傾角 ,也可減少因車輪打滑而造成的輪胎 磨損 ,使輪胎更好地貼合路面 ,具 有良好的地面附著力 。 此外 ,還有一對雙橫臂懸架 ,這是類似的雙橫臂懸架 ,但結(jié)構(gòu)簡單的 雙叉臂 ,也可以稱為前者的刪節(jié)版。雙橫臂式懸掛正常也是縱向不等長搖臂的構(gòu)造，加 強(qiáng)了橫向的剛度。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 7 多 連 桿 懸 掛 。 它能獲得最優(yōu)的主 銷 后傾角參數(shù) ， 很大程度上消除路 面 賦予車輪的無 用功 ， 提高了非勻速行駛時的乘客感官 ， 也可以確保在直線行駛的執(zhí)行駕駛員指令的準(zhǔn) 確性 ， 因為由彈簧變形引起的車輪左右偏 移量很小，更容易獲得直線行駛的趨勢。 在車輛運(yùn)行工況 改變時，懸掛的結(jié)構(gòu) 會使后側(cè)車輪出現(xiàn)較大的前束值 ， 提高了 車輛性能 ， 降低出現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向的概率。 多 連桿懸掛的外傾角和前束值能適應(yīng)路面 起伏而自動改變 。 只要對連接處動點的限 制優(yōu)化就能使得懸掛在螺旋彈簧壓縮時 圖 3連桿懸架 能自動適應(yīng)車輪定位參數(shù)，可以多方面 針對特定車型做出優(yōu)化以最大程度的提高輪胎抓地力進(jìn)一步提高整車的駕駛適應(yīng)度。 動類型與前輪定位 前輪外傾角 ： 麥弗遜懸架和基于它改進(jìn)的燭式懸架等前驅(qū)懸架與后驅(qū)懸架的工作特 性不同 。 前者的懸架系統(tǒng)在上升行程中 ， 車輪上部有向外側(cè)傾的趨勢 。 因此 ， 多數(shù)麥弗 遜懸架的前輪外傾角為負(fù)值，最大為 0°。 主銷內(nèi)傾角：傳統(tǒng)的后驅(qū)汽車都采用正偏距，內(nèi)傾角的范圍是 6~8°，正向偏距 40~60 現(xiàn)代汽車趨向于將主銷偏移距設(shè)計成負(fù)值 ， 這樣不僅可以使車輛正常停泊 ， 也一定 程度上平衡了兩側(cè)制動力，提高了操縱執(zhí)行駕駛員指令的準(zhǔn)確性與行駛安全性。 向機(jī)構(gòu)與前輪定位 前輪定位參數(shù)還影響著汽車的執(zhí)行駕駛員指令的靈敏程度和自動回正能力 ， 而車輛 的執(zhí)行駕駛員指令的靈敏程度和自動回正能力還與車輛的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向器的性能參 數(shù)有很大關(guān)系。 向器的性能 與前輪定位 1、轉(zhuǎn)向器的正效率是轉(zhuǎn)向搖臂輸出功率與轉(zhuǎn)向軸輸入功率之比 : η ????? P 1 ??P 2 P 1 在模型中 ,轉(zhuǎn)向軸輸入功率 ,轉(zhuǎn)向齒輪的摩擦損失功率。 轉(zhuǎn)向器的逆效率是轉(zhuǎn)向軸的輸出功率與輸入功率與轉(zhuǎn)向搖臂軸比 : η - ?? P 3 ??P 2 P 3 因此，正效率的值越大與其相適應(yīng)的所設(shè)計的主銷內(nèi)傾角就應(yīng)越大。轉(zhuǎn)向器性能、 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 8 結(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝水平綜合決定了轉(zhuǎn)向器的正效率值。 表征轉(zhuǎn)向器能夠可逆能力的參數(shù)是轉(zhuǎn) 向器的逆效率 ， 逆效率值變大 ， 則車輪回正時 從轉(zhuǎn)向器傳遞的有用功率就愈大，轉(zhuǎn)向回正阻力矩越小。所以轉(zhuǎn)向器的逆效率值變大， 所設(shè)計的主銷內(nèi)傾角應(yīng)適度減小。 2、轉(zhuǎn)向輪角增量與側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)角相應(yīng)增量的比值稱為轉(zhuǎn)向角傳動比。角驅(qū)動器可以說 , 以確定各種車輛轉(zhuǎn)向參數(shù) 。 增大角傳動比 ， 意味著增大轉(zhuǎn)向盤的力傳動比 ， 減小轉(zhuǎn)向時 轉(zhuǎn)向輪上的力 ， 所以轉(zhuǎn)向器的角傳動比不僅直接影響轉(zhuǎn)向靈敏性和執(zhí)行駕駛員指令的準(zhǔn) 確性 ， 對車輛的執(zhí)行駕駛員指令的靈敏程度也有影響 。 轉(zhuǎn)向器的角傳動比增大意味著轉(zhuǎn) 向盤轉(zhuǎn)動同一角度，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)向輪卻轉(zhuǎn)過更小的角度 ，轉(zhuǎn)動同一角度所需時間延長， 轉(zhuǎn)向輪角增量與側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)角相應(yīng)增量的比值稱為轉(zhuǎn)向角傳動比。角驅(qū)動器可以說 ,以確 定各種車輛轉(zhuǎn)向指令的時間和轉(zhuǎn)向靈敏度。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 9 4 章 汽車前輪定位角的設(shè)計要求 言 麥弗遜前懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)負(fù)荷著大部分的力和力矩 ， 它也決定了車輪的側(cè)滑和車輪 空間位置的變化所造成的懸架跳轉(zhuǎn)時 ,車輛正在運(yùn)行的變化。所以 ,對懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè) 計有重要的意義。 輪定位角的變化 靜態(tài)時 ， 汽車前輪定位角的值對保證操縱執(zhí)行駕駛員指令 的準(zhǔn)確性有突出貢獻(xiàn) 。 因 此 ， 在設(shè)計前輪定位參數(shù)時 ， 必須使前輪定位角的變化趨于改善車輛執(zhí)行駕駛員指令的 準(zhǔn)確性方向，才能確保車輛設(shè)計需要的負(fù)載能力和高速行駛時駕駛員和乘客的安全性 能。 輪外傾角 外傾角 : 輪胎運(yùn)行時車輪外傾角的變化對車輛的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性有很大的影 響 。 因此 , 在運(yùn)行時 ,要盡量減少車輪相對于車體的外傾角的變化。為了防止過多的轉(zhuǎn)向不足 ,或過 度的輪胎轉(zhuǎn)動 ,車輪滿負(fù)荷下。 40圍內(nèi)跳動時 ,前輪的外傾角在正負(fù) 1 度的變化。 輪前束 前束角 : 優(yōu)化時希望進(jìn)行平行輪跳實 驗時前束角變化很小甚至是不變。理想的前束 值變化規(guī)律為 : 前輪向上跳動時 , 前束值為負(fù)前束 值 ( 50 在同一個車輪上 ,如果 能選擇適當(dāng)?shù)膹澏群徒嵌?,可以使外傾角和外傾角引起的外傾角或部分偏移 ,減少輪胎側(cè) 偏 ,減少磨損的目的。關(guān)系應(yīng)該得到滿足 : δ ??4D * r （2 ） 2r 式中 : D 輪胎測量直徑 ;R 輪胎滾動半徑 ;L 輪胎接地印跡長度 ;γ 此 ,可以 利用上文中提到的公式計算出前輪前束 ,使之匹配合理。 銷后傾角 主銷后傾角 : 轉(zhuǎn)向時前輪外傾角的變化規(guī)律受到主銷后傾角的很大影響。若主銷后 傾角大于應(yīng)有的設(shè)計范圍 , 外側(cè)轉(zhuǎn)向輪呈現(xiàn)內(nèi)傾角趨勢 。 若轉(zhuǎn)向輪主銷后傾角超出合理 范圍 , 需要額外增加用以轉(zhuǎn)動前輪所需要的橫向力 , 達(dá)到補(bǔ)償外傾推力的目的 , 這不僅 會減弱 ,而且會增加水平方向上的最大加速度。通常主銷后傾角在 2~3°之間選取。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 10 于車輪最小側(cè)滑量的前輪定位參數(shù)優(yōu)化理論 我們總是希望輪距的側(cè)滑量越小越好 ， 由于左右輪胎間距不穩(wěn)定 ,會加劇輪胎的磨損 程度 ,車輪側(cè)滑量越大，其產(chǎn)生的側(cè)向力就越大，這會降低汽車執(zhí)行駕駛員指令的 準(zhǔn)確 性。通常必須在規(guī)定的軌道之間變化 10正、負(fù) ,相應(yīng)的車輪上下移動 50 主銷后傾角越大 , 行駛時越趨于保證車輛行駛時執(zhí)行駕駛員指令的準(zhǔn)確性 ,但主銷 后傾角過大可能會降低車內(nèi)人員的主觀感受，甚至在低速時 ,會導(dǎo)致前輪發(fā)生擺振 ,因此 主銷后傾角應(yīng)該在 3° ~6°之間變動。在進(jìn)行平行跳動實驗時 ,如果外傾角過大 ,則會使 車輪出現(xiàn)偏一側(cè)磨損的現(xiàn)象 , 故車輪外傾角應(yīng)限制在 ~2°的范圍內(nèi) 。 對于前束角 , 用上述公式約束前束角的取值范圍。 于輪胎磨損的前輪前束與前輪外傾角的優(yōu)化理論 汽車的現(xiàn)代化帶來了前輪外傾與前輪前束 ， 伴隨著的是汽車輪胎的附加磨損 ， 這兩 個參數(shù)對輪胎的磨損具有重要意義。 1、車輪外傾與輪胎的磨損 當(dāng)車輪向外傾斜時 ， 車輪隨著車輛繼續(xù)行駛想要向外運(yùn)動 ， 但是因為受到車橋的控 制 ， 車輪只能按著既定軌跡運(yùn)動 。 車輪想要向外運(yùn)動的內(nèi)能產(chǎn)生的側(cè)向力 ， 即外傾側(cè)向 力 。 在外傾側(cè)向力作用下 ， 輪胎受到側(cè)向的應(yīng)力而變 形 ， 導(dǎo)致輪胎在與地面切合的平面 內(nèi)側(cè)向偏移和滑動，輪胎使用壽命降低。 2、前束與輪胎的磨損 具有前束角的車輪在路面直線行駛時 ， 車輪有向內(nèi)滾動的趨勢 ， 車橋從而給其一向 外的力 ， 那么在 車輪接地處輪胎將會受到一向內(nèi)的路面?zhèn)认蚍醋饔昧?， 我們稱之為前束 側(cè)向力 。 在前束側(cè)向力作用下 ， 輪胎也將產(chǎn)生側(cè)向變形 ， 其變形方向與外傾側(cè)向變形方 向相反 。 同車輪在外傾側(cè)向力作用下產(chǎn)生側(cè)偏 ， 導(dǎo)致輪胎在接地處滑移一樣 ， 前束側(cè)向 力也將使輪胎在接地處產(chǎn)生側(cè)偏并導(dǎo)致側(cè)向滑移，從而加劇輪胎磨損。 3、車輪外傾角與前束角的合理匹配理論 作用在輪胎上的外傾側(cè)向力與前束側(cè)向力是輪胎產(chǎn)生偏磨損的主要因素 ， 而這兩個 力方向相反 ， 因此 ， 我們可以認(rèn)為當(dāng)外傾產(chǎn)生的側(cè)向力和前束產(chǎn)生的側(cè)向力相互抵消時， 外傾與前束的匹配即達(dá)到最佳。前束角的 角度值可以通過兩側(cè)向力相互抵銷的原則： α ??*β . 式中：β為前輪前束角，α為車輪外傾角。 因為存在前束附加的滾動阻力的側(cè)向分力，β應(yīng)適當(dāng)取較大值。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 11 第 5 章 懸架模型的建立與仿真 懸架在現(xiàn)代車輛上扮演著重要角色 ， 它是車架與車軸的彈性連接件 。 它可以傳遞車 身上承載的力 、 是調(diào)節(jié)車輛運(yùn)行過程中的車身位置等有關(guān)裝置的總稱 。 當(dāng)輪胎與車體存 在相對運(yùn)動時 ,懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)牽引和決定了車輪的動態(tài)特性及車輪定位參數(shù)的變化 , 所以以分析導(dǎo)向機(jī)構(gòu)為首要目標(biāo)對優(yōu)化轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)并非無的放 矢 。 本文 選擇的懸架 為麥弗遜式懸架 。 為減少工作量且能保證試驗的準(zhǔn)確性 ,必須將懸架取其精華 ， 可以將 轉(zhuǎn)向節(jié)和轉(zhuǎn)向拉臂融合為一個部件等。 模 在 創(chuàng)建模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的三步曲是： 1）創(chuàng)建硬點（ 創(chuàng) 建硬點的步驟是 入硬點坐標(biāo)的 x、 y、 z 的值。硬點坐標(biāo)值 來源于實車的測量，或者二維圖的數(shù)據(jù) 2）創(chuàng)建部件。在創(chuàng)建好硬點后就可以基于硬 點創(chuàng) 建 部件 。 部 件添加完 成 并不可見 ， 需要添 加 幾何體才 能 讓其具 體 可 見 。 在 類型有四種： 剛體（ 柔性體（ 假體 （ 3）創(chuàng)建部件間的連接（運(yùn)動副）。 圖 5化前懸架硬點坐標(biāo) 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 12 圖 5建立的懸架和轉(zhuǎn)向系模型 圖 5真參數(shù)的設(shè)定 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 13 輪定位參數(shù)的運(yùn)動學(xué)仿真 懸架系統(tǒng)是決定汽車動態(tài)特性的關(guān)鍵子系統(tǒng) ， 懸架在跳動實驗中前輪定位參數(shù)將呈 現(xiàn)動態(tài)變化 。 本實驗采用在激振臺上對麥弗遜懸架進(jìn)行單側(cè)車 輪 垂直跳動 50運(yùn)動 學(xué)仿真，分析前輪定位參數(shù)、車輪側(cè)滑量等隨車輪上下跳動的變化曲線。 真結(jié)果 得出了前輪定位參數(shù)與輪胎跳躍 50車輪側(cè)偏曲線： 圖 5銷后傾角與車輪跳動變化曲線 圖 5銷內(nèi)傾角于車輪跳動變化曲線 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 14 圖 5輪外傾角與車輪跳動變化曲線 圖 5輪前束與車輪跳動變化曲線 圖 5側(cè)滑量與車輪跳動變化曲線 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 15 果分析 上文已經(jīng)提到在汽車正常運(yùn)行時 ， 定位參數(shù)符合的范圍 ， 這里對比標(biāo)準(zhǔn)對虛擬樣機(jī) 的仿真得出的曲線進(jìn)行評 價。 1、主銷后傾角 從圖 5知，進(jìn)行平行輪跳仿真試驗的實驗范圍為 50，懸架的主銷后傾角 從 化到 增長不大，滿足設(shè)計要求。 2、主銷內(nèi)傾角 從圖 5知，進(jìn)行平行輪跳仿真試驗的實驗范圍為 50，懸架的主銷內(nèi)傾角 從 8°變化到 增長不大，滿足設(shè)計要求。 3、車輪外傾角 前輪外傾角在車輪上跳過程中慢慢減小 ,這種變化趨勢能有效增大由于車身側(cè)傾導(dǎo) 致的不利影響。 此外 ,車輪在跳動過程中前輪外傾角變化的趨 勢 （斜率 ） 減小 ,說明輪胎 與地面形成的角度變化 趨于穩(wěn)定 ,這利于減少轉(zhuǎn)向輪擺振 ,降低輪胎磨損。 可以知道 ,隨 著車輪跳動 ,主銷內(nèi)傾角對前輪外傾角的變化影響最大 ,其值應(yīng)選擇較大些，主銷后傾角 也應(yīng)取較大的值。 4、前輪前束 前束值應(yīng)符合前文提到的公式。 輪定位參數(shù)的優(yōu)化 選取麥弗遜懸架下擺臂外點、前點、后點，減震器上點，轉(zhuǎn)向橫拉桿內(nèi)點、外點， 每個點三個方向共 18 個設(shè)計變量進(jìn)行試驗，得出各個設(shè)計變量對目標(biāo)前束、外傾的影 響程度，確定其中較大的設(shè)計變量。 點的三個 方向硬點值作為變量。 選取相關(guān)硬點添加到 錄下， 變動范圍為 （ +10 將 選 擇前束 、 外 傾 ， 將 其 添加到 錄下，進(jìn)行設(shè)置。 合結(jié)果 實驗共需 16324 步運(yùn)算 ， 我們?nèi)? 1000 步作為實驗擬合 ， 擬合程度的各項評價指標(biāo)。 重相關(guān)系數(shù)的平方）以及 重樣本相關(guān)修正系數(shù)）可以用來評價 擬 合的狀況， 變化范圍為 0~1，在這個范圍內(nèi)，其值越大表明擬合情況越好， 般來說，其值的大小一般不會超過 越接近 1 意味著擬合結(jié)果越理想， P 的大小代表著擬合多項式中有沒有有用項，其值越小證明其擬合式中有用項就越多， R/V 代表著優(yōu)化結(jié)算結(jié)果和原始數(shù)值間的關(guān)聯(lián)，其值仍然是越大越好，當(dāng)其值超過 10 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 16 時意味著擬合函數(shù)預(yù)測結(jié)果相對比較理想，比較小的時候意味著計算結(jié)果不是那么可 靠。 頁格式查看靈敏度 圖 5輪外傾的擬合結(jié)果 得到格式為 文件，瀏覽器打開，分析各硬點坐標(biāo)對研究參數(shù)的靈敏度 圖 5輪外傾的靈敏度分析 圖 5束的靈敏度分析 “ “ 的正負(fù)取值，正值表示其響應(yīng)與因子成正比，負(fù)值為成反 比，其絕對值越大，對響應(yīng)影響越大。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 17 大因子選擇 最終 選 取下控制臂 外 支 點 向 ， 轉(zhuǎn)向 橫 拉桿外 支 點 向， 內(nèi)支點 向。將目標(biāo)函數(shù)調(diào)整為理想值，將其他影響因子固定，只對靈 敏度分析得出的影響因子進(jìn)行優(yōu)化分析，得到新的硬點。 化結(jié)果分析 圖 5化后的懸架硬點坐標(biāo)值 圖 5化前后前輪外傾對比圖 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 18 圖 5化前后前輪前束對比圖 圖 5輪側(cè)滑量優(yōu)化前后對比圖 由上方三張圖得知，通過改變 個坐標(biāo) 點的值，前輪外傾變化很小，但前輪前束的值由 為 應(yīng)的車輪 側(cè)滑量的最大值由 為 小值由負(fù)值變?yōu)? 0，可以得到本次優(yōu)化成功的改善 了之前惡劣的前輪磨損狀況的結(jié)論。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 19 第六章 結(jié)論 本文通過仿真軟件建立需要的虛擬樣機(jī) ， 對該虛擬樣機(jī)進(jìn)行實驗 ， 對比標(biāo)準(zhǔn)評價仿 真得出的曲線，并運(yùn)用 行優(yōu)化，確定了該懸架的最優(yōu)前輪定位參 數(shù)。 文的主要工作 1、研究了以車輪側(cè)滑量為指標(biāo)的前束和前輪外傾的設(shè)計理論，并以 最小側(cè)滑量為 前提修改懸架硬點參數(shù)，解決了因為前輪外傾和前輪前束的不合理導(dǎo)致的車輪磨損。 2、本文簡化建立了需要的虛擬樣機(jī)，并進(jìn)行了平行輪跳試驗，通過對比試驗得出 的前輪定位參數(shù)變化曲線和標(biāo)準(zhǔn)變化范圍，找出了原模型的前輪定位參數(shù)的不合理之 處，然后利用 究各硬點坐標(biāo)對前輪定位參數(shù)的靈敏度，對前懸架 模型的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的硬點坐標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，使其前輪定位參數(shù)變化趨于合理。 輪定位參數(shù)的研究與展望 1 外傾角與前束值 先確定外傾角才能確定前束值 ， 在汽車的運(yùn)行過程中 ,由于 車輛的受力 、 速度 、 轉(zhuǎn)向、 車輪跳動等情況 ,前輪的彎度會發(fā)生變化 。 前輪外傾角與前輪前束必須合理匹配 , 才會確 保車輛直線行駛時的執(zhí)行駕駛員指令的準(zhǔn)確性 , 降低輪胎打滑和磨 損 。 因此 ,提出了前向 梁值跟蹤車輛行駛過程中前輪的彎度變化 ,以及相應(yīng)的變化的自適應(yīng)變化的想法 ,具體實 施措施還有待進(jìn)一步的討論與發(fā)展。 2 主銷后傾角 低扁平率子午線輪胎的廣泛使用 , 轎車的主銷后傾角趨向于減小 , 有的主銷后傾角 甚至出現(xiàn)了負(fù)值。但任然存在某些高級橋車 , 因為其液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)勢 , 轉(zhuǎn)向助 力效果出群 , 可以 補(bǔ)償因為轉(zhuǎn)向輪主銷后傾變大帶來的轉(zhuǎn)向阻力矩隨之增大的缺陷， 所以其主銷后傾角還存在增大的趨勢 ， 以確保汽車高速時回正性能和高速時直線行駛的 執(zhí)行駕駛員指令的準(zhǔn)確性 , 這表明增大主銷后傾角對某些特定車輛的特殊工況很有必 要 。 所以 , 某些車輛的特殊條件是必要的 。 因此 ,對汽車能否根據(jù)不同工況的要求進(jìn)行自 動調(diào)節(jié) ,提高高速行駛的穩(wěn)定性 ,仍需進(jìn)一步研究。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 20 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計歷時三個月，經(jīng)歷了諸多艱難，首先是 件的使用問題， 使用大相迥異，雖然上學(xué)期學(xué) 了一學(xué)期的 是 對本課題幫助不大 。 本次畢業(yè)設(shè)計的順利完成 ， 離不開趙老師的悉心指導(dǎo) ， 老師提供了 教程讓我不至于無所適從。也感謝北華航天工業(yè)學(xué)院的豐富藏書量，學(xué) 校還與百度學(xué)術(shù)達(dá)成合作 ， 免費(fèi)為應(yīng)屆生提供了大量的參考資 料 。 在論文完成后 ， 還要 感謝牛同學(xué)幫我 更 改論文格式 ， 編輯頁碼和頁眉 。 牛同學(xué) 件的熟練使 用 ， 使本 文原本樸實無華且枯燥的論文瞬間看起來顯得很有學(xué)術(shù) 感 。 大學(xué)四年 ， 這算是最后的答 卷了，對父母，對自己。也要對父母 20 來年的辛勤養(yǎng)育說聲謝謝，你們辛苦了。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 21 參考文獻(xiàn) ［ 1］ 李軍，邢俊文，等． 例教程 [M]．北京理工大學(xué)出版社， 2002. ［ 2］ 趙棣華 汽車運(yùn)輸， 1990， 4： 11［ 3］ 董國恩 ， 張蕾 車輪定位參數(shù)優(yōu)化設(shè)計 2006， 5： 106［ 4］ 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