摘 要

双横臂独立悬架是现代汽车产品中常用的悬架形式之一，具有稳定、可靠的性能。双横臂独立悬架突出的优点在于设计灵活，可通过合理的结构布置，精确的控制车轮运动，并且其双横臂结构形式可以大大提升悬架侧向刚度。而且有效的避免轮胎过度磨损，在汽车等领域有着广泛应用。

本文主要研究了悬架系统的设计计算，运动学建模，仿真优化以及测试调试等内容，通过理论分析，进行悬架系统设计，完成悬架参数选择与弹性特性设计；并通过Adams软件完成双横臂独立悬架系统建模，以及多体动力学系统仿真,通过变量参数化实验优化现有悬架模型。

首先，本文结合某日系中级轿车，设计一款中级轿车的前双叉臂独立悬架系统。确定其车轮定位参数、整车质量参数、悬架硬点参数。并在Adams/Car模块中对前悬架进行多体动力学模型的建立，只考虑其运动学特性，所有杆件均为刚体。

接着，在Adams/Car模块中，对所设计的前双横臂悬架多体动力学模型进行车轮平跳实验，发现所设计的悬架系统动力学分析下，主销后倾与前轮前束两个定位参数较合理范围变化较大，需要进一步优化。主销内倾和车轮外倾变化范围在合理范围之间。因此采用Adams/Insight对前悬架硬点参数进行敏感度研究，并设计变量参数化实验对硬点参数进行优化。

最后，本人利用Adams/Insight模块进行三次优化实验，第一次优化目标为主销后倾角、前轮前束角两个优化目标，优化结果表现为前束角曲线仍斜率过大，主销后倾角曲线变缓且有所好转；第二次优化实验为主销后倾角单目标独立优化，在第一次优化硬点基础上进行实验，通过对敏感坐标的正负两次改动，得到优化后的主销后倾角随车轮跳动曲线；第三次优化实验为前轮前束角单目标独立优化，在第二次优化硬点基础上进行实验，得到优化后的前轮前束角随车轮跳动曲线。通过比较设计完成后的悬架动力学参数与优化后的参数，证明了优化方法的可行性与有效性。

关键词：双横臂独立悬架；运动学仿真分析；悬架优化设计；变量参数化实验

Abstract

The independent suspension is one of the most commonly used suspension forms in modern automobile products, with stable and reliable performance. Double wishbone independent suspension design flexibility, prominent advantage through reasonable arrangement, precise control of wheel movement, and the double wishbone suspension lateral stiffness, structure can greatly improve. Moreover, it is effective to avoid excessive tire wear, and it is widely used in automobile and other fields.

This paper mainly studies the design and calculation of the suspension system, kinematics modeling, simulation and testing and debugging, through theoretical analysis, carries on the suspension system design, complete suspension parameters choice, strength calculation of the system, and through the Adams software to complete the double wishbone independent suspension system modeling, and multibody dynamics simulation, and through the variable parametric experiment to optimize the existing model of the suspension.

First of all, this paper combined a Japanese intermediate car to design an independent suspension system for the front and double arm of a mid-level sedan based on the model. Determine its wheel positioning parameters, vehicle quality parameters and suspension hard point parameters. In the Adams/Car module, a multi-body dynamic model was established for the front suspension, and only its kinematic characteristics were considered. All the bars were rigid bodies.

Then, in the module of Adams/Car, on the design of the double wishbone suspension before multi-body dynamic model of the wheel flat jump experiment, found that the design of the suspension system dynamic analysis, the front wheel hub two the caster tilting and positioning parameters more reasonable scope change is bigger, need to be further optimized.

The range of the internal inclination and the shift of the wheel is within the reasonable range.

Therefore, Adams/Insight was used to study the sensitivity of the front suspension hard point parameters, and the parameter optimization was designed to optimize the hard point parameters.

Finally, I using Adams/Insight module three optimization experiments, for the first time after the optimization goal is given priority to pin Angle, front wheel toe-in Angle two optimization objectives, optimization results show the toe Angle curve slope is too large, still slow kingpin caster Angle curve and improved; Second optimization experiment is given priority to pin Angle independent single target optimization, optimization of hard point for the first time based on the experiment, through the sensitive coordinates of plus or minus two changes, optimized with the wheel of the kingpin caster Angle after beating curve; The third optimization experiment is an independent optimization of the beam-angle single goal of the front wheel, and the experiment is carried out on the basis of the second optimization of the hard point. The feasibility and effectiveness of the optimization method are proved by comparing the dynamic parameters and the optimized parameters.

Keywords：double Double wishbone；independent suspension；kinematics simulation analysis；suspension optimization design；parameterization of variables

目 录

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2本课题的目的及意义 1

1.3国内外研究现状 1

1.3.1国内研究现状 1

1.3.2国外研究现状 2

1.4本课题的主要研究内容 3

1.4.1研究的基本内容 3

1.4.2研究目标 3

1.4.3拟采用的技术方案及措施 3

第2章 多体系统动力学理论 1

2.1多体动力学概述 1

2.2多体动力学理论基础 1

2.3机械系统的多体动力学模型 2

2.4 Adams软件概述 3

第3章 前双横臂悬架设计 5

3.1悬架概述 5

3.1.1 双横臂独立悬架简介 5

3.1.2 悬架设计要求 6

3.2独立悬架及弹性元件的结构形式与分析比较 7

3.2.1独立悬架的结构形式与分析比较 7

3.3前双横臂独立悬架设计 9

3.3.1悬架弹性特性设计 9

3.3.2车轮定位参数设计 10

3.3.3上下横臂长度的确定 11

3.3.4侧倾中心与悬架几何 12

3.4本章小结 16

第4章 前双横臂悬架建模与仿真 17

4.1前双横臂独立悬架建模 17

4.1.1悬架的多体动力学模型建模步骤 17

4.1.2建模基本参数的准备 18

4.1.3悬架系统模型建立 20

4.2前双横臂悬架仿真分析 22

4.2.1平行轮跳工况分析 23

4.3本章小结 24

第5章 前双横臂悬架优化 25

5.1 DOE实验设计法与实验拟合结果评价 25

5.1.1 DOE实验设计法概述 25

5.1.2 试验拟合结果的评价 25

5.2悬架定位参数优化实验设计 27

5.3 Adams/Insight试验优化仿真分析 28

5.3.1 Adams/Insight硬点优化第一次实验 28

5.3.2 Adams/Insight硬点优化第二次实验 31

5.3.3 Adams/Insight硬点优化第三次实验 36

5.4硬点优化结果分析 38

5.5本章小结 41

第6章 结论与展望 42

6.1总结 42

6.2展望 42

参考文献 44

致 谢 45

第1章 绪论

1.1引言

汽车工业发展转眼间已经过了一百多年。这一百多年，最初的汽车已经有了天翻地覆的变化，汽车已经由传统交通工具变得越来越多功能化，多集成化。由蒸汽机、到燃油机、再到电动机，科技的发展给现代人类创造了无限的便利。汽车是人们生活中、出行中使用的、接触的最多的交通工具之一。而汽车的乘坐舒适性也越来越受到普通百姓的关注，甚至这也已经成为百姓为一款汽车买单与否的标准。

悬架传递路面反馈的力至车架、驾驶员。悬架性能与汽车操控稳定性、平顺性、安全性能都有直接的关系。同时，悬架运动学主要研究的内容是车轮定位参数与车轮跳动量之间的关系。本文将着重研究悬架、车轮定位参数、车轮跳动之间的关系。同时本文依据某日系中级轿车设计了一款双横臂独立悬架，将以此作为载体进行分析，优化悬架硬点。

1.2本课题的目的及意义

本文希望通过对参考车型的对比分析，设计一款前双横臂独立悬架系统。通过多体动力学软件Adams/Car创建悬架系统模型，并进行双轮平跳实验，得到车轮定位参数的仿真分析结果。最后通过DOE实验，在Adams/Insight中进行悬架硬点的优化过程。

本课题希望达到的目的是，一、自主设计一款中级轿车前双横臂悬架系统；二、系统的完成在Adams多体动力学软件中对悬架系统的模型建立；三、通过完善的仿真优化过程，使设计的悬架系统达到理想的要求，评判准则即车轮定位参数随车轮跳动的曲线为正常值。在最后的优化过程中应用了曲面响应法研究与全因子设计算法。