基于轮胎磨损的前悬架和转向系统联合优化设计

论文摘要

随着中国经济的发展和社会的进步，拥有零排放、低噪声等优势的电动导览车越来越多的出现在旅游景点、学校、社区等地。电动导览车的行驶有车速低、路况好、工况简单等特点。在此情况下，相比其他性能指标，轮胎磨损是显得尤为重要。为了减少轮胎磨损，需要对其悬架和转向系统的设计、研发做大量的工作。通过合理的悬架和转向的设计，能够提高前轮定位参数的匹配程度，减少阿克曼误差，从而降低轮胎磨损，提高产品的市场竞争能力。首先该文对轮胎磨损理论作了简单的介绍。利用刷子模型，分析了轮胎在稳态侧偏模型、稳态纵滑模型以及稳态侧偏纵滑模型下的磨损机理，建立轮胎磨损功的计算方法，以及轮胎磨损功与车轮侧偏角之间的函数关系。通过分析前轮定位参数、阿克曼误差与侧偏角之间的关系，量化计算了前轮定位参数和阿克曼误差对于轮胎磨损的影响。在分析轮胎侧向滑移量的基础上，建立了外倾角和前束角的配合关系。然后介绍了悬架和转向的初步设计方法，并利用该方法得出电动导览车的初步方案。根据该初步方案，在多体动力学建立前悬架转向模型，并对上下轮跳工况下的前轮定位参数，以及转向工况下的阿克曼误差进行计算和分析。接着，通过分析悬架和转向系统硬点在轮胎下跳极限工况、轮胎不跳动，和轮胎上跳极限三种工况下对于车轮外倾角、前束角的灵敏度，以及在转向工况下对于阿克曼误差的灵敏度。根据灵敏度分析选取合适的变量，利用响应面方法，拟合在三种工况下前束角和外倾角的响应面函数，以及转向工况下，阿克曼误差的响应面函数。最后，根据轮胎磨损理论分析，通过约束前轮定位参数的变化趋势以及初始定位角度，优化前轮定位参数和阿克曼误差的变化范围，使前轮定位参数变化范围小，同时变化趋势满足需要。得出优化后的方案，在多体动力学软件中进行验证分析，发现优化后方案较大幅度地改变前轮定位参数的变化范围，改变了前束的变化趋势，从而较大幅度地较少了轮胎磨损状况，同时一定程度上提高了整车的操纵稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及背景
• 1.2 轮胎磨损理论的发展与现状
• 1.3 悬架及转向系统简介
• 1.3.1 悬架及转向系统介绍
• 1.3.2 悬架及转向系统设计方法的现状
• 1.4 本文研究内容与意义
• 第2章 轮胎磨损理论分析及建模
• 2.1 轮胎磨损研究方法
• 2.2 基于轮胎刷子模型的轮胎磨损特性分析
• 2.2.1 稳态侧偏下的轮胎磨损
• 2.2.2 稳态纵滑状态下的轮胎磨损
• 2.2.3 稳态纵滑侧偏状态下的轮胎磨损
• 2.2.4 边界条件下的轮胎磨损
• 2.3 本章小结
• 第3章 前轮定位参数以及阿克曼误差同轮胎磨损的关系分析
• 3.1 侧偏角与摩擦功的关系
• 3.1.1 垂直载荷分布函数的选取
• 3.1.2 侧偏角与轮胎磨损功的关系计算
• 3.2 前轮定位角与轮胎磨损的关系
• 3.2.1 车轮外倾角与轮胎磨损的关系
• 3.2.2 车轮前束角对于轮胎磨损的影响
• 3.2.3 车轮前束角与外倾角的匹配及优化
• 3.3 主销后倾角和主销内倾角
• 3.3.1 主销内倾角及主销偏距
• 3.3.2 主销后倾角及主销拖距
• 3.4 阿克曼误差的对车轮的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 悬架及转向系统设计
• 4.1 悬架选型
• 4.2 悬架参数的计算
• 4.2.1 扭杆刚度的计算
• 4.2.2 悬架导向机构的布置及硬点的初步选取
• 4.3 转向杆系设计
• 4.4 转向梯形设计
• 4.4.1 阿克曼误差的影响因素
• 4.4.2 阿克曼误差与前束角之间的关系
• 4.5 悬架及转向系统初步方案
• 4.6 本章小结
• 第5章 悬架与转向系统的建模与优化
• 5.1 多体系统动力学及 ADAMS 软件介绍
• 5.1.1 多体系统动力学研究方法
• 5.1.2 多体系统动力学分析软件 ADAMS 简介
• 5.1.3 ADAMS/Car 模块简介
• 5.2 建模及分析
• 5.2.1 整车参数及整车硬点的初值
• 5.2.2 前轮定位参数及阿克曼误差的分析
• 5.3 优化方法介绍
• 5.4 优化分析与计算
• 5.4.1 变量选择
• 5.4.2 响应面函数的拟合
• 5.4.3 优化目标
• 5.4.4 约束条件
• 5.4.5 优化计算
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间发表的学术论文目录）