基于R-W方法的独立悬架和转向系统性能仿真及优化研究

论文摘要

汽车独立悬架和转向系统是汽车中的一个重要系统，其性能直接影响汽车的行驶平顺性、操纵稳定性和行驶安全性。独立悬架和转向系统又是复杂的空间机构，利用传统的设计方法，很难获得好的性能。本课题基于多刚体系统动力学中R-W方法，以汽车双横臂悬架和转向系统及麦弗逊悬架和转向系统为研究对象，开展了如下研究。 提出了基于多刚体系统动力学中R-W理论，建立汽车独立悬架和转向系统优化模型的方法，提高了优化模型的通用性。提出了把独立悬架和转向机构作为一个整体进行优化建模的方法，减少了独立悬架系统运动对转向机构的影响，从而可以获得最佳的转向性能。 基于R-W方法，通过对汽车双横臂悬架和转向系统以及麦弗逊悬架和转向系统结构特征分析，构建出了系统有向图和减缩系统有向图，导出了系统关联矩阵、通路矩阵和体铰矢量矩阵，建立了系统运动方程和约束方程。在此基础之上，建立了这两种悬架和转向系统优化模型以及转向梯形断开点位置优化模型。 在上述优化模型中，为了获得合理的转向误差分布和最佳的优化效果，根据实际要求，考虑了车轮跳动对转向误差的影响，以及不同转向角时对转向误差要求不同，创建出了阶越型权重函数以及以概率曲线构成的三维连续型权重函数。 作为实例，采用本文编制的程序，对TJ6481A客车双横臂悬架和转向系统及TJ7136U轿车麦弗逊悬架和转向系统，进行了计算分析及优化，结果验证两种悬架转向系统的优化模型正确性和优化效果显著性。 以ADAMS软件为平台建立了双横臂悬架和转向系统虚拟样机参数化模型，以及麦弗逊悬架和转向系统虚拟样机参数化模型。绘制出了两种悬架系统前轮定位参数变化规律图和转向误差分布规律图，为分析悬架机构参数对前轮定位参数及其变化规律的影响提供了依据。通过ADAMS软件对TJ648l和TJ7136U独立悬架和转向系统运动仿真分析，进一步验证了基于R-W方法优化模型的正确性。 上述研究表明，基于R-W方法建立的汽车独立悬架和转向系统优化模型，通用性强，

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 概述
• 1-2 汽车设计技术的发展
• 1.2.1 传统的汽车悬架设计模式
• 1.2.2 基于 CAE的现代设计模式的应用
• 1-3 多体系统动力学概述
• 1.3.1 多体系统动力学的诞生
• 1.3.2 多体系统动力学建模特点
• 1.3.3 多体系统动力学国内外发展概况
• 1-4 多体动力学在汽车仿真技术中的应用
• 1-5 本课题的研究内容和意义
• 1-6 本章小结
• 第二章 多刚体系统动力学及图论方法
• 2-1 概述
• 2-2 多体动力学方法简介
• 2-3 多刚体系统动力学的基础知识
• 2-4 图论方法基础知识
• 2.4.1 结构的图论概念
• 2.4.2 结构的数学描述
• 2.4.3 系统的通路矩阵
• 2.4.4 树形系统的规则编号方法
• 2.4.5 非树系统的树形化
• 2.4.6 体铰矢量与通路矩阵
• 2-5 多刚体系统动力学关系式
• 2-6 坐标系的选取与坐标之间的转换
• 2.6.1 柱铰的转换矩阵
• 2.6.2 球铰的转换矩阵
• 2-7 本章小结
• 第三章 双横臂悬架和转向系统的运动分析及优化
• 3-1 概述
• 3-2 系统运动方程的建立
• 3.2.1 机构有向图
• 3.2.2 系统的关联矩阵
• 3.2.3 系统的通路矩阵
• 3.2.4 系统体铰矢量距阵和通路矢量矩阵
• 3.2.5 系统运动学关系式
• 3-3 系统自由度分析与约束方程的建立
• 3.3.1 系统自由度
• 3.3.2 约束方程
• 3-4 坐标系的选取与坐标系之间的转换
• 3.4.1 坐标系的选取
• 3.4.2 各坐标系之间的转换矩阵
• 0的定义'>3.4.3 第一、二子系统中A₀的定义
• 3-5 双横臂悬架和转向系统优化设计
• 3.5.1 建立优化模型
• 3.5.2 权重函数的构成
• 3.5.3 优化方法的选择
• 3-6 优化设计计算实例
• 3.6.1 TJ6481A双横臂悬架和转向系统原设计参数
• 3.6.2 双横臂悬架和转向系统优化设计
• 3-7 双横臂悬架系统运动分析
• 3.7.1 车轮转向角及前轮定位角
• 3.7.2 车轮转向外倾角的变化趋势分析
• 3.7.3 车轮内倾角的变化趋势分析
• 3.7.4 主销后倾角的变化趋势分析
• 3.7.5 前束的变化趋势分析
• 3.7.6 轮距的变化趋势分析
• 3-8 转向梯形断开点位置优化
• 3.8.1 转向轮摆动角
• 3.8.2 优化设计模型
• 3.8.3 权重函数的构成
• 3.8.4 优化方法的选择
• 3.8.5 计算实例与分析
• 3-9 本章小结
• 第四章 麦弗逊悬架和转向系统运动分析及优化
• 4-1 概述
• 4-2 系统运动学方程的建立
• 4.2.1 机构有向图
• 4.2.2 系统的关联矩阵
• 4.2.3 系统的通路矩阵
• 4.2.4 系统体铰矢量距阵和通路矢量矩阵
• 4.2.4 模型的简化及运动学关系式
• 4-3 系统自由度分析与约束方程的建立
• 4.3.1 系统自由度
• 4.3.2 约束方程
• 4-4 坐标系的选取与坐标系之间的转换
• 4.4.1 坐标系的选取
• 4.4.2 各坐标系之间的转换矩阵
• 4.4.3 子系统中AO的定义
• 4-5 麦弗逊悬架转向机构优化设计
• 4.5.1 建立优化模型
• 4.5.2 权重函数的构成
• 4.5.3 优化方法的选择
• 4-6 麦弗逊悬架和转向系统优化算例
• 4.6.1 TJ7136U轿车麦弗逊悬架转向机构原设计参数
• 4.6.2 优化结果分析
• 4-7 麦弗逊悬架和转向系统的运动分析
• 4.7.1 车轮转向角及前轮定位角
• 4.7.2 车轮转向外倾角的变化趋势分析
• 4.7.3 车轮内倾角的变化趋势分析
• 4.7.4 主销后倾角的变化趋势分析
• 4.7.5 前束的变化趋势分析
• 4.7.6 轮距的变化趋势分析
• 4-8 转向梯形断开点位置优化
• 4.8.1 转向轮摆动角
• 4.8.2 优化设计模型
• 4.8.3 权重函数的构成
• 4.8.4 优化方法的选择
• 4.8.5 计算实例与分析
• 4-9 本章小结
• 第五章 基于ADAMS的独立悬架及转向系统的仿真
• 5-1 概述
• 5-2 多刚体力学软件概述
• 5-3 ADAMS软件简介
• 5.3.1 概述
• 5.3.2 ADAMS软件特点
• 5-4 UG软件简介
• 5.4.1 UG软件的特点
• 5.4.2 UG复合建模综述
• 5-5 双横臂悬架运动学模型及仿真分析
• 5.5.1 建立分析模型
• 5.5.2 约束与自由度
• 5.5.3 仿真结果处理
• 5.5.4 系统运动仿真分析
• 5-6 麦弗逊悬架运动学模型及仿真分析
• 5.6.1 建立分析模型
• 5.6.2 约束与自由度
• 5.6.3 仿真结果处理
• 5.6.4 系统运动仿真分析
• 5-7 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 主要的研究内容和成果
• 6.2 存在的问题及发展方向
• 参考文献
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果
• 致谢