摘 要

随着目前高速公路的不断延伸和道路条件的不断提高，汽车越来越多地在平整路面上高速行驶所带来的是对行驶平顺性的要求的不断增加。平顺性的好坏很大程度上会受到悬架定位参数、运动学特性等因素的影响。麦弗逊式前悬架是一种目前广泛装备于前置前驱汽车的独立悬架。

在本文中，以麦弗逊式前悬架为研究内容，研究其运动特性并分析悬架定位参数对悬架性能的影响，以ADAMS/CAR软件为工具进行建模和仿真，利用ADAMS/Insight模块和Isight软件对悬架定位参数进行优化，实现提升平顺性的目的。具体内容如下：

首先，介绍了汽车底盘的结构组成和前悬架结构，陈述两种不同前悬架的优缺点和前悬架优化问题上的研究现状。探讨了ADAMS软件建模仿真的相关理论基础，包括虚拟样机技术、多体系统动力学理论。概括性地阐述了用ADAMS/CAR模块进行建模和仿真的操作方法。

其次，依据多目标优化方法构建由悬架定位参数组合成的目标函数。最后，在Isight软件的优化设计平台上对目标函数求取最优解，进而对初始模型的硬点坐标进行修改，获得最优化设计。

关键词：麦弗逊、前悬架、多目标优化、ADAMS

Abstract

With the continuous extension of the highway and road conditions continue to improve, passenger cars travel on the flat road more often, so the requirements for riding comfort are also increasing. Good riding comfort greatly influented by several positioning parameters of the suspension and its kinematics characteristics. The Mcpherson suspension is a kind of independent suspension, which is widely equipped in Front Engine Front Drive cars.

In this paper, we focus on the Mcpherson suspension, research on its motion characteristics and analysis about how suspension positioning parameters make effects on suspension performance. To improve riding comfort, we use the ADAMS/CAR software for modeling and simulation, and then adjust the parameter by using ADAMS/Insight module and Isight software. The specific contents are as follows:

First of all, we introduce the automobile chassis structure and the structure of suspension, and the tell about the advantages and disadvantages of two different suspension and the research status of the suspension optimization problem. Discusses the relevant theoretical basis of ADAMS software modeling and simulation, including virtual prototype technology, multi-body system dynamics theory. This paper describes briefly about the operation methods of modeling and simulation with ADAMS/CAR module.

Secondly, based on the multi-objective optimization method, we construct the objective function for the optimization of suspension positioning parameters. Finally , we can get the optimal solution of the objective function baced on the Isight software platform , and then the initial model is modified to obtain the optimal design.

Keywords:Mcpherson; Suspension; Multiobjective optimization; ADAMS

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 国内外悬架优化方法研究现状 3

1.2.2 建模仿真技术与国内外仿真软件 5

1.3 本文研究的主要内容 6

第2章 ADAMS软件建模仿真的相关理论基础 7

2.1 虚拟样机技术 7

2.2 多体系统动力学概述 7

2.3 多体系统动力学问题建模与求解过程 8

2.4 多刚体系统动力学方程的建立与求解 9

2.5 ADAMS/CAR模块 12

2.6 本章小结 12

第3章 麦弗逊前悬架虚拟样机建模 13

3.1 麦弗逊前悬架结构分析 13

3.2 建立麦弗逊悬架模板部件 14

3.2.1 创建下摆臂 14

3.2.2 创建转向节和转向横拉杆 16

3.2.3 创建轮毂 17

3.2.4 创建滑柱、减振器和螺旋弹簧 18

3.2.5 创建副车架 18

3.3 建立部件间连接 18

3.4 创建悬架参数 19

3.5 定义麦弗逊悬架通讯器 20

3.6 创建悬架子系统 20

3.7 本章小结 22

第4章 麦弗逊前悬架仿真及性能参数分析 23

4.1 主销后倾角 23

4.1.1 主销后倾角对整车特性的影响 23

4.1.2 主销后倾角的理想取值及仿真分析 24

4.2 前轮外倾角 25

4.2.1 前轮外倾角对整车特性的影响 25

4.2.2 前轮外倾角的理想取值趋势及仿真分析 25

4.3 主销内倾角 26

4.3.1 主销内倾角对整车特性的影响 26

4.3.2 主销内倾角的理想取值趋势及仿真分析 26

4.4 车轮前束角 27

4.4.1 车轮前束角对整车特性的影响 27

4.4.2 车轮前束角的理想取值及仿真分析 28

4.5 本章小结 28

第5章 悬架性能参数优化 30

5.1 模型的参数化分析 30

5.1.1 优化目标的设定 30

5.2 试验设计方案 31

5.2.1 中心复合试验设计 31

5.2.2 设计变量的选取及试验方案的运行 31

5.3 数学模型的建立 33

5.3.1 近似模型的建立 33

5.3.2 拟合度检验 35

5.4 悬架性能参数的多目标优化 36

5.4.1 目标函数的构建 36

5.4.2 多目标优化算法 37

5.4.3 基于Isight软件的优化 38

5.4.4 优化前后仿真结果的比较 38

5.5 本章小结 40

第6章 结论 42

6.1 全文总结 42

6.2 展望 42

参考文献 43

致 谢 44

第1章 绪论

1.1 研究背景

目前，随着经济的发展和道路网络的全覆盖，人们在出行上越来越依赖于机动车辆，这也使得汽车无论是在节能还是舒适性上都需要不断改进。

汽车在路面行驶过程中，要具有减少乘员或所装载的货物受因路面起伏或冲击而导致的振动影响，保证所乘人员的舒适性或装载的货物不受损伤的性能，这一性能既是汽车的平顺性。平顺性是表现车辆整体性能好坏的一项重要指标^[1]。好的平顺性不仅可以给予乘员更高的舒适性，提升驾驶乐趣，同时还可以减轻汽车内部零件受到的振动损伤，使零件受到的磨损更轻，使用寿命能够更加久，提升安全性。特别是对乘用车而言，人们在乘坐汽车的过程中总是希望有更高的舒适性，相应的，处在汽车行驶平顺性领域研究的研究员、工程师们也在不断地钻研。通过分析振动在汽车振动系统中的传递途径可知，在行驶过程中由于路面不平或行驶速度改变而引起的振动需要经过弹性、阻尼元件和簧载、非簧载质量的传递，最终形成乘员对振动的主观感受。由此可知，通过提升在该传播路径中一些重要组成部件的性能即可以达到提升汽车行驶平顺性的目的。

底盘是汽车的一个重要结构，它由传动系统、转向系统、制动系统和行驶系统这四个部分组成^[2]。而行驶系统中又包括有车桥、悬架、车架和车轮。行驶系统在车辆行驶过程中起到的一个重要作用是减缓车身所受到的的冲击，同时使振动得到衰减。因此，汽车的平顺性与车辆的行驶系统关联十分密切。