麦弗逊悬架减震器侧向力优化_景立新
12页1、麦弗逊悬架减震器侧向力优化_景立新 第11卷第1期2021年1月1671181520211-0071-05 科学技术与工程 ScienceTechnologyandEngineering2021Sci.Tech.Engng. 交通运输 麦弗逊悬架减震器侧向力优化 景立新 郭孔辉 卢 荡 吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室,长春130022 摘要由于麦弗逊悬架减振器不可防止地承受侧向力作用,其性能的好坏往往取决于侧向力大小。建立了能够综合考虑 螺旋弹簧几何形状、弹簧轴线偏置角度、弹簧座安装角度及不同载荷状态的ADAMS刚柔耦合动力学优化模型,通过建立弹簧柔性体文件,可在多体动力学软件中模拟弹簧座与弹簧之间的支撑力及支撑力矩,为优化减振器侧向力提供仿真手段,大大提高了优化效率。关键词 车辆工程 麦弗逊悬架 减振器文献标志码 柔性体 U46333; 中图法分类号 A 偏置普通圆柱螺旋弹簧的缩小圈;“S采用形侧载弹簧。 “S由于形侧载弹簧及偏置普通圆柱螺旋弹簧制造本钱高,一般企业普的缩小圈加工工艺复杂,遍采用前两种方式解决实际问题。 麦弗逊悬架减振器侧向受力原理如图1所示 。 麦弗逊悬架是一种
2、由减震器总成、转向节总成由于结构简单、布置紧及下横臂组成的悬架形式, 凑、前轮定位变化小,具有良好的行驶稳定性,是轿车最常采用的前悬架形式之一。但作为导向机构,减振器上安装点受力方向与减振器轴线不重合,在实际工作中不可防止地产生侧向力作用 1 。悬架 性能的好坏很大程度取决于减振器侧向力及其引起的摩擦力的方向和幅值变化。减振器导向器处侧向力过大将造成减震器漏油甚至活塞杆早期磨损;导向器及活塞处侧向力产生的摩擦力那么降低车辆的平顺性:当车辆在良好路面上行驶时,冲击载荷缺乏以克服减振器摩擦力,减振器和弹簧无法正常工作而将路面鼓励直接传递到车身;当遇到较大的路面鼓励时又造成弹簧的弹跳,即所谓减振器发涩 2 。 3,4 解决麦弗逊悬架减振器侧向载荷目前主要有四种途径 : 将螺旋弹簧轴线倾斜一定角度;弹簧座支撑面倾斜一定角度; 2021年10月18日收到 “863国家高技术研究开展方案 2006AA1103103资助 男,博士研究生。研究方向:汽车第一作者简介:景立新1981, 动态仿真与控制。Email:jinglixin163163com。 图1麦弗逊悬架减振器侧向力 FL为下摆臂约束力,图
3、1中FN为轮胎接地力, FA为减振器上安装点约束力,根据平面力平衡理3个力定交于一点,FL可得到FA的大小论,由FN、和方向;FA可分解为沿弹簧轴线力FAA及垂直减振器轴向作用力FAB;FC为减振器上下套筒导向器处侧向力,是减振器漏油及活塞杆磨损的主要原因;FC和FD分别乘以各自的摩擦系数就是减振器侧向 72科学 5,6技术与工程11卷力产生的摩擦力,对车辆的平顺性影响较大。程中方便地模拟弹簧轴线与减振器轴线的夹角;建 通过在AD-立处于自由长度状态下的弹簧柔性体, AMS模型中设置弹簧下点相对上点沿弹簧轴线的 压缩量来模拟弹簧预压。 建立的弹簧柔性体文件如下 。由FC和FD的关系可知,只要把FC降低,那么减振器的摩擦力也将减低,因此以下分析只对侧优化结果对应的摩擦力也是合向力FC进行优化, 理的。 1麦弗逊悬架建模 在以往分析中,均采用在某个载荷状态下对减 振器侧向力进行优化,而实际上减振器侧向力大小 为综合考虑不同和方向在不同载荷下是不一样的, 载荷状态,可应用ADAMS/VIEW建立能够考虑以 上四种解决方案及不同轮跳位置的麦弗逊悬架 模型。 这里说明一下,之所以不采用ADAMS
4、/CAR中 是因为在ADAMS/CAR中的麦弗逊悬架进行优化, 弹簧座支撑面倾斜角度、弹簧采用1维单元模拟, “S形侧载弹簧、弹簧预压缩及弯曲变形等都无法 考虑。 考虑到实际生产本钱问题,优化没有采用“S 形侧载弹簧及偏置普通圆柱螺旋弹簧缩小圈方案, 但所建模型同样适用于这两种方案。为模拟弹簧 弹簧做成了柔性体文轴线偏置及弹簧座倾斜角度, 件,原因如下:麦弗逊悬架中一般采用的弹簧刚度 近于线形,用柔性体代替不会出现刚度变化不大, 的差异;在弹簧两端建立耦合约束,把弹簧端部约 3/4圈一般弹簧与弹簧座接触3/4圈左右,作为支 撑圈的单元节点耦合到位于弹簧轴线上的外部节 点上,这样在ADAMS模型中给外部节点一个转角 就可模拟弹簧轴线与弹簧座平面法线的相对倾斜 角度变化;柔性体可以模拟弹簧的侧向力刚度及弯 曲刚度。 建立弹簧柔性体时,以弹簧上点为坐标系原点 麦弗逊悬架弹簧上安装点一般不会偏置,同时, ADAMS中定义柔性体方向的欧拉角是以其生成柔 性体时所在坐标系原点定义,以弹簧上点为坐标系 弹簧轴线原点便于设置弹簧的位置及空间角度, 与坐标系Z轴重合,以便于在ADAMS模型优化过图4弹簧
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