摘 要

汽车是当今世界不可或缺的交通工具，随着人们消费观念的变化，人们越来越重视汽车的性能，悬架作为汽车中重要的部件之一，对汽车的行驶平顺性、操纵稳定性、乘坐舒适性等有非常大的影响，因此对汽车悬架的研究具有十分重要的意义。

本文首先针对爱丽舍7163型轿车设计了其麦弗逊前悬架的各部分参数，并运用CATIA建立了悬架的三维模型，之后在Adams/car模块中建立了麦弗逊悬架的运动仿真分析平台，对其进行了双侧车轮平行跳动仿真实验，分析了前轮定位参数随车轮跳动的变化规律，对麦弗逊悬架的设计进行了评价，进而找到优化的方向。

本文研究的目的和意义就在于采用CAD/CAE的方式进行产品试制前的虚拟建模和仿真分析，从而在制造成品之前发现设计问题之后便进行相应的优化改进，从而不断提高产品的性能，进而获得符合设计要求的产品。

关键词：麦弗逊悬架；CATIA；Adams；运动仿真

Abstract

The vehicle is indispensable in today's world of transport, with changes of consumer’s attitudes, people pay more and more attention on vehicle’s performance, the suspension is one of the important parts of the vehicle, and it has big effects on driving performance, handling stability, riding comfort, so it has great significance to the study of vehicle suspension.

Firstly, this paper designs parameters of the each part of its McPherson front suspension of the Elysee 7163 automobile, and it establishes a three-dimensional suspension model using CATIA, then establishes a kinetic simulation McPherson suspension platform in Adams / car module, does a parallel wheel travel experiment, analyses the change of the front wheel alignment parameters with the bounce of wheel, and then McPherson suspension design is evaluated, so as to find the direction of optimization.

The purpose and significance of this study lies in the use of CAD / CAE to do virtual modeling and simulation analysis of the product before the trial, some design problems would be found then some optimization design can be done, so as to improve product performance continuously, and then we can obtain products which meet the design requirements.

Key Words：Macpherson Suspension；CATIA；Adams；Motion Simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 选题的目的及意义 1

1.2 悬架的国内外研究现状 1

1.3 选题的研究内容及方法 2

第2章 悬架结构形式的分析选择 4

2.1 非独立悬架和独立悬架的选择 4

2.2 独立悬架结构形式的选择 4

第3章 悬架主要参数的确定 6

3.1 爱丽舍7163型轿车的主要参数 6

3.2 悬架静挠度 6

3.3 悬架动挠度 7

3.4 悬架刚度的计算 7

第4章 弹性元件的设计计算 8

4.1 弹簧形式、材料的选择 8

4.2 螺旋弹簧刚度的设计计算 8

4.3 螺旋弹簧的受力及变形分析 10

4.4 螺旋弹簧几何参数的设计计算 10

4.5 弹簧的校核 12

第5章 减振器的设计计算 13

5.1 减振器结构的选择 13

5.2 减振器基本参数的设计计算 14

5.2.1 相对阻尼系数 14

5.2.2 减振器阻尼系数 14

5.2.3 最大卸荷力 15

5.2.4 减振器参数的计算 16

第6章 导向机构的设计计算 18

6.1 导向机构的功用 18

6.2 导向机构的布置参数 18

第7章 横向稳定杆的设计计算 20

7.1 横向稳定杆的功用 20

7.2 横向稳定杆参数的计算 20

7.3 横向稳定杆的校核 22

第8章 麦弗逊悬架的CATIA三维建模 24

8.1 CATIA软件简介 24

8.2 麦弗逊悬架的主要零件设计图 24

8.3 麦弗逊悬架的总装配图 25

第9章 基于Adams/car的悬架仿真分析 26

9.1 Adams软件简介 26

9.2 悬架的运动仿真 26

9.3 车轮定位参数的仿真分析 28

第10章 结论 30

参考文献 31

附 录 33

致 谢 34

第1章 绪论

选题的目的及意义

随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，汽车已经成为人们的日常生活中必不可少的交通工具，人们对汽车的使用性能也越来越重视。汽车悬架作为现代轿车十分关键的部件之一，将直接影响汽车使用性能特别是操纵稳定性、舒适性、安全性和轮胎的使用寿命等方面的性能。因此，对汽车悬架的研究具有十分重要的意义。在众多种类的独立悬架中，麦弗逊悬架结构非常紧凑，占用空间不大，并且制造成本也不高，因而被广泛地应用在中小型轿车的前悬架上，因此，充分研究和了解麦弗逊悬架就非常的重要。

在实际的设计生产过程中，如果悬架的设计不当，就会对汽车的性能造成很大的影响，因此，悬架参数的合理设计便非常重要。性能优良的悬架设计不仅可以使汽车自身的行驶平顺性、操纵稳定性、乘车舒适性等得到提高，还可以减轻轮胎的磨损及对路面的破坏作用。传统的设计手段和方法已经不能满足当下的企业生产需求，因此为了提高产品质量、缩短研发周期、减少设计成本等就必须采用CAD/CAE、虚拟样机以及其他计算机技术。本文研究的目的和意义就在于通过相应的计算，获得初期的设计参数，并采用CAD/CAE的方式进行产品试制前的虚拟建模和仿真分析，从而在制造成品之前发现设计问题之后便进行相应的优化改进，从而不断提高产品的性能，进而获得符合设计要求的产品。在整个设计过程中，不仅可以加深对本科期间汽车基础知识的理解，更重要的是还能够在设计过程中体会CAD/CAE及虚拟样机技术在汽车设计方面强大的应用，以及熟练相应专业软件的操作，这对以后的学习和工作将会有很大的帮助。

悬架的国内外研究现状

自汽车发明以来，悬架的结构形式就一直在不断地更新和完善，传统的被动悬架的性能不断的提高。目前对于传统的被动悬架的研究比较成熟，同时采用虚拟样机技术以及有限元分析技术对悬架进行仿真优化分析的研究非常之多，国内外在这一方面的研究如下：上汽集团汽车工程研究院的艾维全等人对麦弗逊悬架进行了改进，设计出了纵向“0 偏移” L 形下控制臂，使汽车在侧向和纵向的受力分别通过前、后衬套进行控制，使需要的侧向刚度独立于纵向柔性，使侧向力和纵向力同时作用时相互间不发生相合， 避免了悬架臂共振的发生，从而提高了汽车行驶的平顺性^[1]；武汉理工大学汽车工程学院的张俊、何天明在Adams仿真分析软件View模块中对麦弗逊前悬架进行虚拟设计及优化,研究分析了前轮定位参数随车轮上下跳动时的变化规律，并评价了悬架数据的合理性，采用优化分析方法对悬架进行优化处理，获得了良好的优化结果^[2]；上海交通大学的柳江等应用有限元方法对麦弗逊悬架侧载螺旋弹簧进行了结构优化设计^[3]；长安大学的周晶、刘浩学、杨若晨运用Adams仿真优化软件，通过对麦弗逊悬架和双横臂悬架两种悬架系统进行双轮同向跳动仿真试验，在车轮定位、侧倾特性、行驶稳定性等不同特征参数方面进行对比分析，获得了在相同条件下两种悬架系统的优缺点，并对其中所存在的问题进行优化，探索了提高悬架性能的方法^[4]；浙江工业大学的陈永耀、谢伟东针对某桑塔纳轿车的麦弗逊前悬架，应用Adams仿真优化软件中Car模块建立了麦弗逊式前悬架多体动力学仿真模型，同样进行了双轮同向跳动仿真试验，验证了模型的准确性。在这个基础上，利用Adams仿真分析软件中的Insight模块对此悬架进行了优化设计，获得了优化后的相关参数，之后再通过相应的仿真证明，优化后的悬架布置方案很好地解决了悬架模型的不合理性^[5]；伊朗的M.Mahmoodi-Kaleibar等使用Adams软件，利用遗传算法对悬架系统的几何参数进行了优化，使其在乘坐舒适性、操纵稳定性和稳定性的同时，提高了系统的稳定性^[6]。澳大利亚的Hai-Ping Du，Nong Zhang考虑车辆惯性特性的变化，提出了一种装有鲁棒控制器的车辆悬架，使乘坐的舒适性能得到优化^[7]。

选题的研究内容及方法

通过查阅《汽车构造》《汽车设计》《汽车理论》等相关书籍，理解并掌握汽车悬架的组成和结构，以及各部分的功用；查阅相关中文外文资料，了解近期国内外研究人员的优化方法；通过查阅爱丽舍7163型轿车的相关参数，完成对其前悬架的结构方案设计与总体计算、主要零部件结构设计与计算，确定悬架设计所需的各部分参数；运用CATIA建立悬架的三维模型；并调用Adams/car模块中的麦弗逊前悬架模型，建立试验台，对麦弗逊前悬架进行仿真运动，分析前轮定位参数的变化规律，以此来对麦弗逊悬架的设计进行评价，进而找到优化的方向。具体路线如下框图1.1所示

图1.1 设计路线图