汽车双横臂悬架转向系统建模与性能仿真分析.doc

河北工业大学本科毕业设计（论文）前期报告
河北工业大学本科毕业设计（论文）前期报告

毕业设计（论文）题目：汽车双横臂悬架的动态模拟与仿真
专业：车辆工程
学生信息：学号: 085266 姓名:丁国帅 班级:车辆C082
指导教师: 卞学良 职称:教授
报告提交日期：2012年 3月 16日

一、课题研究的背景
在汽车工程领域，汽车系统的的计算机仿真技术正在变得越来越重要。这种应用在于仿真软件能够使用计算机代码和程式去模拟现实中的汽车运动系统，从而尽可能的在虚拟的环境中虚拟的实现研究分析汽车系统的可能。并且由于数字模型可以在虚拟环境中多次重复使用而不受损害，通过修改某些技术或环境参数就又可以测试不同的技术方案，基于上述诸多优点，计算机仿真及建模技术可以大幅度的缩短研发周期，大幅度的提高工作效率，降低研发风险。在汽车行业中，ADAMS是一款非常优秀的运动学与动力学仿真软件，广泛的应用于各个汽车研发部门。
悬架是保证车轮或车桥与汽车承载系统(车架或承载式车身)之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称。
悬架最主要的功能[1]是传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩并缓和汽车驶过不平路面时所产生的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车的行驶平顺性。为此必须在车轮与车架或车身之间提供弹性联接，依靠弹性元件来传递车轮或车桥与车架或车身之间的垂向载荷，并依靠其变形来吸收能量，达到缓冲的目的。采用弹性联接后，汽车可以看作是由悬挂质量(即簧载质量)、非悬挂质量(即非簧载质量)和弹簧 (弹性元件)组成的振动系统，承受来自不平路面、空气动力及传动系、发动机的激励。为了迅速衰减不必要的振动，悬架中还必须包括阻尼元件，即减振器。此外，悬架中确保车轮与车架或车身之间所有力和力矩可靠传递并决定车轮相对于车架或车身的位移特性的连接装置统称为导向机构。导向机构决定了车轮跳动时的运动轨迹和车轮定位参数的变化，以及汽车前后侧倾中心及纵倾中心的位置，从而在很大程度上影响了整车的操纵稳定性和抗纵倾能力在有些悬架中还有缓冲块和横向稳定杆。典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。
二、项目的国内外发展状况及其发展历史
本次设计毕业设计中所涉及的悬架系统属于半主动式悬架，半主动悬架的概念首先由Crosby和Karnopp于1973年提出，Karnopp还提出天棚阻尼控制模型和实现方法[5]。直到20世纪80年代初期才有试验性的产品问世，但它投入应用的速度比主动悬架快得多。随着电子技术和计算机技术的发展，半主动悬架逐步从实验室走向工厂。1975年，Margolis等人提出了“开关”控制的半主动悬架，1983年日本丰田汽车公司开发了具有3种减振工况的“开关”式半主动悬架，并应用于Toyota Soarer 280GT型轿车上。1986年，Kim Brough在半主动悬架控制方法中引入了Lyapunov方法，改进了控制算法的稳定性。1988年日本日产公司首次将“声纳”式半主动悬架系统应用于Maximas轿车上，它可预测路面信息，悬架减振器有“柔和”、“适中”和“稳定”3种选择状态。20世纪90年代以后，研究的显著特点是新型智能材料在半主动悬架上的运用。1994年，Prinkos等人使用电流变和磁流变体作为工作介质，研究了新型半主动悬架系统。2002年，采用美国德尔福(Delphi)公司磁流变减振器的MagneRide半主动悬架系统应用在Cadillac Seville STS高档车上，此悬架系统能根据行驶情况自动改变减振阻尼。
现阶段对于半主动式悬架更加注重它的刚度可调半主动悬架的研究，阻尼可调减振器的研究，控制理论的研究。
刚度可调半主动悬架的研究
刚度可调半主动悬架在汽车的应用中有其不可替代的作用，特别是在重型载货车和大客车上，我国对其研究较少，与汽车发达国家差距较大。刚度和阻尼均连续可调的智能型半主动悬架具有很好的应用前景。
阻尼可调减振器的研究
　　传统可调减振器的研究开发仍有较大的潜力，特别是在原有汽车的改造上。新型可调减振器，特别是磁流变应是研究的重点，包括以下两个方面：一是磁流变材料相关技术研究，二是磁流变阻尼器相关技术研究。
控制理论的研究
研究复合控制策略
　　在半主动悬架系统30年的研究过程中，已经发表的控制研究方法几乎涉及现代控制理论的所有分支。各种方法均有利弊，综合应用各种方法开发系统控制器是当前的研究热点和发展方向。从目前的研究文献来看，单独利用某一种控制方法进行研究的很少。汽车工业发达国家大多基于天棚阻尼控制理论、最优控制理论、预见控制理论、模糊控制理论和自适应控制理论为主干的复合控制策略。
寻找实用、稳定的控制方法
　　当前理论上的研究方法虽然很多，其中包括应用现代控制理论中最新的研究成果，但真正投入实际应用的方法并不多。如何针对实际汽车寻找一种实用、可靠、可降低成本的控制策略是今后研究的重点。天棚阻尼控制及其改进方法是一个主要研究开发方向。
重视非线性控制问题的研究和解决
　　悬架系统是强非线性和强耦合系统，用线性系统模型对悬架系统的动力学行为的逼近在很多情况下并非总是可靠的，被忽略的非线性因素有时会在分析和计算中引起无法接受的误差[25]。另外，任何系统总存在不可避免的时滞[26]，它会导致反馈控制系统预料外的失稳，出现对安全极为不利的轮跳。近年来，很多文献开始重视半主动悬架控制的非线性和时滞问题。一种是采用模糊控制、神经网络控制、鲁棒控制和智能学习系统等智能控制来解决非线性的问题。另一种是采用线性模型，而用各种方法来对减振器、弹簧等的非线性进行弥补，如使用“线性反馈”原理。为了避免采用智能控制时的盲目性或各种弥补方法时的不确定性，需要建立符合实际汽车悬架的非线性动力学模型，采用非线性系统动态分析和数值模拟技术，比较全面地了解悬架系统的非线性动力学行为。
半主动悬架控制系统的研究和开发思路
　　首先，通过建立汽车悬架系统动力模型，集成设计传感控制及执行元件、控制电源和电路，设计控制算法，整合形成半主动悬架智能控制系统。为减少反复试验次数，采用刚体动力学仿真软件，对整合的系统进行仿真。然后，在试验室对系统进行随机振动测试、修改控制算法；最后，对汽车半主动悬架系统进行道路测试，综合评价悬架系统的减振性能，经反复完善而开发出成品。更进一步，对汽车上半主动悬架系，统和其他电控系统，如转向、驱动、防抱死等系统进行联合控制，对各控制元件和功能进行整合，形成一体化电控底盘。

三﹑课题研究的意义
随着经济的发展和技术的进步，人们对汽车悬架性能要求的进一步提高，以及近年来具有越野功能汽车的流行(如多功能运动车SUV，多功能商务车MPV)，半主动悬架系统的商业化进程必将进一步加快，必将在轿车、多功能车、重型汽车和军用汽车上得到普及。通过此次研究通过本次毕业设计， 可以掌握双横臂悬架和转向机构建模和动态仿真；运用UG虚拟装配技术进行装配建模，然后利用ADAMS提供的动态仿真环境，建立参数模型和实体数值模型，对双横臂悬架的一些主要性能进行预测、评估，并可快捷的了解双横臂悬架一些参数变化后主要性能变化，为双横臂悬架设计提供依据，从而大大地缩短产品的开发周期，提高产品的设计质量。
通过本次毕业设计可以掌握双横臂悬架和转向机构建模和动态仿真的一般过程和方法。
四、本次毕业论文的工作过程
1.查阅相关文献及开题报告。
2.运用UG软件建立零部件实体模型。
3.运用UG虚拟装配技术进行装配建模。
4.利用ADAMS进行动态仿真。
5.整理仿真结果。
6.撰写论文。
7.进行答辩

五、参考资料
R .J .Antoun P. B.Hackert M.C.O’Leary A. Sitchin、Vehicle Dynamic Handling Computer Simulation-ModelDevelopment, Correlation, and Application Using ADAMS SAEPaper 860574
Allan Y.Lee and Alan T.Marriott Variable Dynamic Testbed Vehicle，SAE Paper No.970560
刘岩，丁玉兰，林逸，汽车转向机构高速振动的研究，中国公路学报，20014
林逸等，独立悬架中的橡胶减振元件对汽车性能的影响，吉林工业大学学报，1993
詹文章，CA7220型轿车前悬架动力学研究，吉林工业大学硕士研究生毕业论文，1997
林逸，多刚体系统动力学在汽车独立悬架运动分析中的应用，汽车工程，1990. 1
张建文，庄德军，林逸等，汽车用空气弹簧悬架系统综述，公路交通科技，2002. 12
胡宁，郑冬黎，双横臂独立悬架运动学分析，汽车工程，1998
毛金明，麦弗逊悬架仿真分析，研究生硕士学位论文，2003.6
赵亦希，悬架侧倾参数及动力学仿真，传动技术，2001.1
吉林工业大学汽车教研室，汽车设计，机械工业出版社，1983
王其东，汽车钢板弹簧多体动力学建模激动特性仿真研究，合肥工业大学学报，1999.12
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