论文总字数：27510字

摘 要

关键词：扭力梁式半独立悬架 、adams仿真、 soildworks建模、平顺性评价

Twist-liliang semi-independent suspension

modeling and simulation study

02011526 jianhao deng

Supervised by daojun zhu

Abstract：Twist-liliang semi-independent suspension because of their simple structure, light weight and still is widely used in small and medium sized family cars so far.The graduation design topic is twisted liliang type independent suspension-automotive modeling, simulation, so as to further research in the future.Main content of this article as from field measurements, soildworks modeling, Adams simulation tests, drawing in AutoCAD as the main line, view online information about the Adams operations for the time being less focused on Adams simulation steps and precautions.Simulation content mainly for double-wishbone front suspension model, twisted liliang rear suspension, tire models, mainly road model and small notes as a supplement such as bushing spring model.Finally ride comfort evaluation criterion testing whether the modeling on the theory exam.

Key words:Twist-liliang semi-independent suspension , Adams simulation,

Soildworks modeling，Ride comfort evaluation

：绪论

1.1悬架的基本概念

在讲述扭力梁式半独立悬架之前，很有必要简单地回顾一下悬架的概念：悬架是汽车的车架与车桥或者车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并减少由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。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。

1.1.1扭力梁式半独立悬架基本概念

在20世纪70年代才出现的扭力梁式半独立悬架，但直到今天这种经典结构仍然被广泛地使用，我们前驱的中小型普通轿车的后悬架系统中被广泛地使用。虽然在近40年的发展中，各大汽车厂商对扭力梁式半独立悬架进行着不断地升级和优化，但其主要构成仍旧由4部份组成:用于承受主要垂向和侧向力矩扭转横梁；焊接在扭转横梁左右两侧的纵向摆臂；布置于纵向摆臂前端用于连接车身的弹性元件及连接支架；弹簧减振器系统。

图1 扭力梁式后悬挂构造图

扭力梁式半独立后悬架系统具有以下优点:悬架结构简单，重量轻；在整车装配时，无须后轮定位，减少装配工时；占用空间小，容易获得较大的尾部空间；弹簧减振器系统便于匹配布置；有利于控制车轮相对于弹簧减振的运动比率；扭转横梁特性可以替代稳定杆的功用；悬架运动过程中，前束和轮距变化微小；侧向力工况下，外倾角变较小；直线稳定性好，后轮胎损耗小；通过的合理设定弹性衬套的特性，可降低制动点头。

但是半独立式结构的悬架系统也有以下不利因素:扭转横梁产生扭转应力和剪切应力，在焊接连接处有较高应力，允许后轴承受的载荷受到扭力梁强度的限制；为保证行驶稳定性，两侧纵向摆臂弹性衬套连点受力复杂；两侧车轮相互影响；舒适性差。

1.2扭力梁式半独立悬架应用情况

图2 几款家用普通汽车的型号及其使用悬架

根据图表我们不难看出，现在汽车使用扭力梁式半独立悬架的有科鲁兹、朗逸、新宝来、轩逸、卡罗拉、颐达等品牌。这些品牌都是平民品牌，由于扭力梁式半独立悬架的造价低廉，吸引到很多平民品牌使用。

1.3本文主要内容及其意义

1.3.1主要内容

本次毕业设计主要的研究内容为扭力梁式半独立悬架建模仿真的初步研究，整个过程包括毕业设计任务书的接受，在互联网上（论坛，数据库）还有有关文献（书籍）上关于扭力梁式半独立悬架的资料的收集，然后开始实地测量数据，然后根据数据，在cad（soildworks）软件上模拟还原出来，通过中间档导入adams中，并且在adams中仿真出前悬架（用的是双连杆独立悬架），由此而设计出简单的底盘结构。利用adams自带的轮胎档，模拟出轮胎。然后在adams/car 的roadbuilder 中，设计出想要的路面档，导入，使得实验环境具备测量的标准，最后根据需要，测量汽车平顺性需要的数据。最后得出实验结果，评价仿真的正确性，撰写论文。

1.3.2研究意义

有助于学生对汽车基础知识的理解。由于学校的设置课程有关于机械方面的多，与毕业设计所需要的汽车知识略有差距，尽管在大四的时候上了几个“新能源汽车”，“汽车综合实践”“汽车理论”一类的课，可是在做毕业设计的时候，对于汽车基础知识尤其是汽车底盘设计的认识可以加深与提高。

有助于学生对制图cad，仿真软件的熟练。由于在整个建模以及仿真阶段，涉及的软件有autocad , soildworks, adams, 这些软件是机械学子常用的软件，借助本次毕业设计，有助于我更好地掌握这几软件的使用。尤其是对于adams的操作，由于adams仿真软件目前完善程度不够，当用户出现误操作的时候很容易造成软件崩溃，并且在各大网站，论坛上对于adams的问题也是各有诉求，并不统一，并且可翻阅的资料并不多，这使得本次设计的最大难点在于adams的操作，本论文在对于adams的操作上会涉猎详细的步骤，以方便后人在遇到问题的时候能更加方便简单地寻找到答案。在摸索，探讨的过程中不断学习，成长。

有助于日后研究人员的开发，使用，测试。由于这是一个计算机模型，其数据，参数，模式，可以容易更改。在日后学生要是继续对研究悬架功能或者底盘功能的时候，可以及时取材，免去复杂的准备过程以及建模过程，直接添加的相关的参数或者相关的机构。

有助于在扭力梁半独立悬架的后悬架情况下汽车行驶平顺性的研究。由于本设计使用的是扭力梁式半独立悬架的建模，我们用汽车行驶的平顺性来评价汽车模型是否建得及格，所以对于平顺性的研究有所帮助。

第二章：实地测量

2.1测量原因

为了使得建模的真实性，测量扭力梁式半独立悬架的过程必不可少。为此我们选取以实验室的菲亚特“派朗”为测量模型，而派朗的后悬架也刚好是扭力梁式半独立悬架，所以，有了参照物就可以免去到4S店联系的麻烦。

2.2测量数据

测量的物体以及对应的数据如表一所示：

表一：测量物体以及其测量参数

图3 扭力梁式半独立悬架的实际图

第三章：利用soildworks建模

3.1,soildworks 软件简介

SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸塞州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内，当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。

SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。

Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。

3.2,建模成果

图4 纵臂（3）零件件sioldworks建模图

图5 接车架零件sioldworks建模图

图6 纵臂（1）零件sioldworks建模图图7 纵臂（2）零件sioldworks建模图

图8 纵臂（4）零件sioldworks建模图图9 纵臂（5）零件sioldworks建模图

图10 扭力梁的装配sioldworks建模图

图11 扭力梁侧翼 零件sioldworks建模图

图12 扭力梁侧翼 零件sioldworks建模图

图13 扭力梁装配 零件sioldworks建模图

图14 M10螺钉 零件sioldworks建模图图15 减震器下端 零件sioldworks建模图

图16 减震器上端 零件sioldworks建模图

图17 减震器装配 零件sioldworks建模图

图18弹簧托盘 零件sioldworks建模图

图19 弹簧 零件sioldworks建模图

图20 接刹车盘 零件sioldworks建模图图21 刹车盘 零件sioldworks建模图

图22 包片 零件sioldworks建模图

图23 M10螺母 零件sioldworks建模图

图24 扭力梁式半独立悬架总装配图sioldworks建模图

3.3总结：

Soildworks在本次毕业设计起到了建模作用，所有的基本模型都在soildworks中完成的，由于soildworks操作适合window用户，所以用起来并不感到十分麻烦，但设计者在本科阶段并没有系统地学习本软件，所以刚开始三月份准备的时候需要通过网络资源学习软件，例如http://www.rjzxw.com/jc-83.html，还有图书馆的书籍，去了解，学习，练习soildworks，虽然软件中途有很多难点，但通过摸索，向同学提问能不断地解决难点。从而使得在整个扭力梁式半独立后悬架在soildworks，中模拟出比较真实的模样。

第四章：adams模拟仿真

4.1adams简介

4.1.1 adams

ADAMS，即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国机械动力公司(Mechanical Dynamics Inc.)(现已并入美国MSC 公司)开发的虚拟样机分析软件。

创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。

4.1.2Adams/car

Adams/car模块是MDI公司与audi,bmw,renault和vilvo等公司合作开发的整车设计模块，它能够快速建造高精度的整车虚拟样机，期中包括车身，悬架，传动系统，发动机，转向机构，制动系统等，keyit9ongguo告诉动画直观地再现在各种试验工况下（例如：天气，道路状况，驾驶员经验）整车的动力学回应，并输出标志操纵稳定性，制动性，乘坐舒适性和安全性等特征参数）

4.2adams中悬架的建模过程

4.2.1前悬架的模型的建模尝试

4.2.1.1前悬架建模方案

本节将使用adams/view 创建汽车的双横臂式前独立悬架模型，悬架模型的主销内倾角为10度，主销后倾角为2.5度，上横臂长350mm，上横臂在汽车横向平面的倾角为11度，上横臂轴水平倾斜角为-5度，下横臂长500mm，下横臂在汽车横向平面的侧倾角为9.5度，下横臂轴水平倾置角为10度，车轮前束角为0.2度。

在本次的尝试的前悬架模型中，包括主销、上横臂、下横臂、拉臂、转向拉杆、转向节、车轮以及测试平台等物体。

4.2.1.2前悬架工作环境

在adams/view中的单位中，模型的长度单位、质量单位、力的单位、时间单位、角度单位、和频率单位分别设置为毫米、千克、牛顿、秒、度和赫兹。

图25 adams里的工作环境

4.2.1.3 创建设计点

如图，设计点的坐标位置如图所示

图26 前悬架设计点坐标

各零件半径为（mm）：

主销的半径为20

上横臂的半径为20

下横臂半径为20

拉臂半径为15

转向拉杆半径为15

转向节半径为20

车轮半径为375

4.2.1.4测试平台建立

如图所示，测试平台由一块长方体板与支撑柱组成。

用固定约束把支撑柱固定，在长方体板测试平台与支撑柱之间创建移动副，使得长方体测试平台与支撑柱之间可以相对运动，并使得支撑柱在震动间不会掉下。在轮胎与长方体测试平台之间，使用点面约束，使得轮胎与长方体测试平台相对运动的时候轮胎不会掉下去，但又使得轮胎随着长方体测试平台动起来。

图27 测试平台模型

4.2.1.5 弹簧模型

弹簧创建在地面以及上横臂之间，一点连着地面，另一点连着上横臂。

设置的弹簧刚度K，以及阻尼系数C分别是129.8，和6000.

图28 弹簧模型

4.2.1.6驱动力

在驱动副的直线驱动，选择在测试平台与移动副约束。

在直线驱动的函数中输入驱动的函数表达式，30*sin(360d*time),这表示上下行程是30mm.

至此，前悬架测试建模完毕。

4.2.2汽车整车模型

4.2.2.1整车模型方案

本节将用adams/view 创建汽车的整车模型，它包括：汽车底盘模型、双横臂式前独立悬架模型（引用的都是上一节优化的几何参数）、转向机构模型、斜置臂后悬架模型、轮胎模型和路面谱。

使用创建的整车模型，可以进行整车的动力学仿真分析，如：汽车稳态转向特性、角阶跃输入瞬态回应、直线制动、转向制动、移线和双移线等运动仿真分析，通过更改路面谱，还可以进行汽车行驶平顺性仿真分析。

4.2.2.2创建工作环境

与上一节的前悬架模型一样，这次整车模型的长度单位、质量单位、力的单位、时间单位、角度单位、和频率单位分别设置为毫米、千克、牛顿、秒、度和赫兹。

4.2.2.3创建底盘模型

如图所示，我们设计了一个底盘的简化模型

图29 底盘中心模型

这个模型的质量代替了整个底盘的各种零件的质量，为球的形状。

我们设定质量为1000千克，IXX为1.0E 005，iyy为1.0E 005，IZZ为1.0E 005。

3.2.2.4 创建整车设计点

图30 整车悬架设置点坐标

4.2.2.5前悬架各结构半径

左侧主销 20

左侧上横臂 20

左侧下横臂 20

左侧前悬架拉臂 15

左侧转向拉杆 15

左侧转向节 20

右侧主销 20

右侧上横臂 20

右侧下横臂 20

右侧拉臂 15

右侧转向拉杆 15

右侧转向节 20

4.2.2.5 整车弹簧设置

左侧弹簧的刚度系数为100 右侧弹簧的刚度系数是100

左侧弹簧的阻尼是100 右侧弹簧的阻尼是100

4.2.2.6创建转向机构

转向机构创建的点表格如图所示

图31 转向机构设置点坐标

4.2.2.7转向机构半径

转向横拉杆的左侧部分 15

转向横拉杆中间部分 15

转向横拉杆右侧部分 15

转向摇臂 15

空摇臂 15

那么，整车前悬架的模型机构设置完毕，如图所示

图32 整车前悬架模型

4.2.3创建后悬架模型

4.2.3.1创建设计点

图33整车后悬架设置点

4.2.3.2后悬架各零件半径

左斜置臂 25

右斜置臂 25

3.2.3.3创建后悬架弹簧

左侧弹簧的刚度系数为100 右侧弹簧的刚度系数是100

左侧弹簧的阻尼是100 右侧弹簧的阻尼是100

至此，后悬架建模模拟完毕

图34 后悬架模型

4.2.4soildworks文档转换成adams文档

4.2.4.1为什么要转换档

如第二章所示，我们在soildworks里建模，最后装配图保存的档格式为SolidWorks Part Document (.SLDPRT)，这是个只有在soildworks里才能打开的档，在adams是打不开的。由于实际建模的需要，我们不得不想一种办法来转换通用的格式，使得在soildworks里的建模能够导入到adams，并且与其他的模型合并，犹豫在adams建的一样。以方便我们接下来的建模还有测量。使得毕业设计能够顺利进行。

4.2.4.2怎么从soildworks转换到adams

在solidworks中把零件或组件另存为parasolid格式，版本最好选12.0以下，文件名和保存路径不能出现中文字符。

把.x_t改为.xmt_txt，这一步很重要。

在adams中的import选择档类型，指向档，如果是组件就选model name，如果为零件就选part name，在后面的空格里单击右键，选part或model，再选create，可以改名字。如果直接在空格里输入名字，导入后会看不见模型，要更改透明度才能看见。

在adams中编辑各个零件的属性，添加各种约束，分析。

4.2.4.3添加约束

由于从soildworks转换过来的adams中，模型中的配合关系，约束关系，属性特质都不能顺利地移植，只保留了相对的位置关系，模型的颜色，形状，大小等基本信息。所以，在导过来的adams模型中添加约束和配合关系显得尤其重要。

4.2.4.4导入时注意的小事

根据作者经验，导入的时候除了要添加约束，还要注意导入的空间方位，点的位置。由于自己建模的扭力梁式非独立悬架导入之后要与上一节中建模的整车悬架模型前悬架合并在一块（整车模型的后悬架只是用来阶段性地检验小车是否能够正常运动起来），所以，把导进去的扭力梁是后悬架与底盘与前悬架之间相对位置显得尤其重要。根据测量，前后车轮中心相距2600mm，左右两车轮中心相距1650mm，前车轮中心高度为375mm,后车轮中心高度为350mm。由于刚开始小编并没有注意这件小事，这使得小编多次导入都没能成功，费了很长的时间，所以在此特意给看此文章的后继者提个小醒。

图35 导进adams后的扭力梁后悬架模型

图36 与前悬架装配好的整车悬架系统

4.2.5添加轮胎模型

4.2.5.1为什么要建轮胎模型

由于建模出来的悬架，需要做一系列的测试（例如操纵稳定性，平顺性），测试想对应的数据，来评价这个模型是否合格。所以，需要在悬架的基础上建立轮胎模型，使得模型能够运行起来。

4.2.5.2怎么建轮胎模型

在adams中，想建立轮胎模型有三种，第一是自己编写轮胎程序，导入。这个过程非常复杂，很难，所以不选择。第二种是自己建模，再确定数据，这种过程不繁琐，但由于轮胎的属性很复杂多变，这样子建立起来的轮胎档并不精准，不建议使用这种方案。第三种方法是使用自带的轮胎档，只需要输入坐标轴三个方向的转动惯量，轮胎的重量，选择想要的轮胎模型，选择适合的创建点，就可以轻松建轮胎模型。所以小编建议使用者这种方法，因为简单直接还真实。

ADAMS/view提供了五种轮胎模型：DELFT轮胎模型、fiala轮胎模型、smithers轮胎模型、UA轮胎模型和user defined轮胎模型，其中filala轮胎模型、UA轮胎模型和user define轮胎模型为解释模型，delft轮胎模型、smithers轮胎模型为实验模型。

4.2.5.3建轮胎模型的过程

图37 在adams里建轮胎模型的界面

在本毕业设计中,设置轮胎重量为30Kg,，IXX,IYY,IZZ的参数分别都是1.0E 004，而车轮的位置就是在前后悬架相应的点上建模。并且分左右轮胎建模。

轮胎属性档路径为C:/MSC.Software/Adams_x64/2013/solver/atire/tires.tbl/uat.tir

4.2.6建立路面模型

4.2.6.1为什么要建立路面模型

由于建模出来的悬架，需要做一系列的测试（例如操纵稳定性，平顺性），测试想对应的数据，来评价这个模型是否合格，而光是建上一节中的轮胎模型是不够的。所以，需要在悬架的基础上建立路面模型，使得模型能够运行起来。

4.2.6.2怎么建立路面模型

在adams中，想建立路面模型有四种，第一是自己编写路面程序，导入。这个过程非常复杂，很难，所以不选择。第二种是自己建模，再确定数据，这种过程不繁琐，但由于轮路面的属性很复杂多变，这样子建立起来的路面档并不精准，不建议使用这种方案。第三种方法是使用自带的路面档，只需要选择在adams里面已经设置好的路面档，选择适合的创建点，就可以轻松建路面模型。所以小编建议使用者这种方法，因为简单直接还真实。

但是光是靠adams自带的路面档里的路面模型是满足不了设计所需的，还需要根据自我需要编制适合的路面，这时候第四种方法就显得很适合了。

4.2.6.3建立路面模型的过程

如图所示，这是置于adams/car里的roadbuilder界面。在里面的obstacle中，可以选择建立多种不同的障碍属性（roof,curb,ramp）等，然后可以指定这些障碍所在的位置（通过指定这些障碍位于空间中的三维立体坐标参数），从而确定这些障碍具体位于哪儿。每种障碍都有相关的参数（例如 长，宽，高，斜度等），使得在roadbuilder中能设计出称心如意的路面，还能几种不同的obstacle type不同组合，使得可以满足各位设置者需求。

图38 roadbuilder中界面

图38 roadbuilder中obstacle界面

图39 roadbuilder中road point界面

图40 roadbuilder中obstacle里调参界面

在本次设计中，由于需要设计出来的小汽车做一个S路的测试，转圈的测试，搓衣板路的测试，左右跷板路的测试，四个测试，由于前两个可以引用adams自带的平地路面模型，只需设置驱动力以及转动方向就好。而搓衣板路以及左右翘板路则不然，需要从路面那儿去塑造。

4.2.6.3平顺性测试搓衣板路的路面数据

障碍类型：roof

宽：5m

长：0.4m

摩擦系数0.9

障碍间隔：10m

高度：0.04m

障碍个数：8个

图41搓衣板路模型

4.2.6.4平顺性左右翘板路的路面数据

障碍类型：roof

宽：2m

长：0.4m

摩擦系数0.9

障碍间隔：10m 并且左右相间

高度：0.04m

障碍个数：8个

图42左右翘板路模型

4.2.7添加驱动力

当整车悬架模型、路面模型、轮胎模型建立完毕之后，如果想要小车动起来，我们还需要给小车添加驱动力。这样子才能继续测量悬架的平顺性，以完成毕业设计。

我们给小车添加旋转力矩，使得力矩作用在左（右）前斜置臂以及左（右）前轮胎之间，作用的大小为函数

S绕桩弯路：step(time,0,400000,5,100000)

转圈：step(time,0,400000,5,100000)

搓衣板路10km/h：step(time,0,20E 004,5,19000)

搓衣板路20km/h：step(time,0,38E 004,5,19000)

搓衣板路30km/h：step(time,0,56E 004,5,19000)

搓衣板路40km/h：step(time,0,56E 004,6.5,19000)

搓衣板路50km/h：step(time,0,56E 004,8.1,19000)

搓衣板路60km/h：step(time,0,56E 004,9.7,19000)

搓衣板路70km/h：step(time,0,56E 004,11.5,19000)

左右翘板路10km/h：step(time,0,400000,5,50000)

左右翘板路20km/h：step(time,0,38E 004,5,19000)

左右翘板路30km/h：step(time,0,56E 004,5,19000)

搓衣板路（5米距离）：step(time,0,38E 004,5,19000)

搓衣板路（软弹簧）：step(time,0,38E 004,5,19000)

至此，这些函数能保证模型能够平稳地直线行走。

4.2.8添加方向盘转向函数

当我们在上一节中添加了在轮胎的驱动力之后，仅有驱动力只能使得小车模型走直线，但不能够使得小车沿着想要的曲线行走（例如S路，转圈），因此我们要在方向盘模型上添加转向函数，使得小车顺利完成测试。

首先我们在模型的方向盘上添加恒速度副，使得方向盘具有转弯的的功能。然后再在恒速度副上添加驱动力，使得方向盘按需要的输入函数运转，从而实现转向功能。

几种实验路面测试的方向盘转向驱动力函数为：

S绕桩弯路：step(time,5,0,5.1,1d) step(time,5.1,0,7,0) step(time,7,0,7.1,-2d) step(time,7.1,0,11,0) step(time,11,0,11.1,2d) step(time,11.1,0,15,0) step(time,15,0,15.1,-2d)

step(time,15.1,0,18.5,0) step(time,18.5,0,18.6,2d) step(time,18.1,0,21,0)

转圈：step(time,0,0,5,0) step(time,5,0,5.1,1d)

搓衣板路10km/h：0

搓衣板路20km/h：0

搓衣板路30km/h：0

左右翘板路10km/h：0

左右翘板路20km/h：0

左右翘板路30km/h：0

搓衣板路（5米距离）：0

搓衣板路（软弹簧）：0

至此，在adams里的模型建立步骤完成，可以准备下一步，仿真。

4.2.9衬套的建模

4.2.9.1什么是衬套

悬架运动学描述车轮定位参数与车轮跳动量之间的关系； 悬架弹性运动学描述在轮胎和路面之间的力和力矩作用下， 由于衬套和底盘各部件等变形引起的车轮定位参数的变化， 二者统称为悬架运动学与弹性运动学。 车辆悬架设计中， 大量采用橡胶衬套等柔性连接可获得所需要的悬架弹性运动学特性。 橡胶材料的各向异性， 使橡胶衬套在不同方向上的力学特性各不相同， 从而实现汽车不同方向上特性的要求。 衬套的安装方向同样可以影响悬架的性能， 不同的衬套安装方向可以使悬架获得不同的特性。

4.2.9.2衬套的线性力学模型

在不同外载荷的作用下，衬套的力学特性是不同的，其力学特性可以分为动态力学模型和静力学模型。在外载荷缓慢加载的情况下，橡胶衬套的阻尼对悬架弹性运动的影响不大。 因此，悬架的橡胶衬套力学模型可以用静态力学模型来模拟，即外载荷在缓慢加载的情况下得到的载荷--挠度曲线通常表示为 在车辆悬架弹性运动学中，衬套只能有微小的变形，可吧橡胶衬套的应力-应变曲线假设为线性的关系。设衬套的径向方向分别为X轴、Y轴，轴向为Z轴，坐标系符合右手法则，由此在adams/car中建立的衬套力学模型如下图所示:

式中,,,,,分别表示衬套在X,Y,Z方向上受到的力和力矩；，，，，，分别表示衬套在X,Y,Z方向上的线性刚度和扭转刚度；x,y,z，分别表示衬套在X，Y，Z方向上的阻尼系数；,,,..分别表示衬套在X，Y，Z方向上的线速度和角速度；，,,，，分别表示衬套在六个方向上的初始载荷。

4.2.9.3衬套建模

不考虑汽车模型的不对称性，所有硬点坐标都是对标车辆两侧对应部件关键点坐标的平均值，依次测出悬架各关键点的坐标， 并可直接通过网上工程手册的查阅。由于adams中可设置里面的数据。包括平移特性中刚度，阻尼，预载荷；旋转特性中的刚度，阻尼，预载荷。

所以使得建模过程中能直接输入数据，显得很方便。

根据我们的的前悬架是双横臂悬架，后悬架是扭力梁式半独立悬架，所以我们在悬架中，与底盘相连接的地方设置衬套，前悬架一共有四处与底盘相接的地方，后悬架一共有两处相接的地方，都在转动副中设置burshing, 因此，前悬架一共设置了四个衬套，后悬架一共设置了两个衬套，共六个衬套。

由于计算简单，仿真简单，我们假设每个衬套的属性数据均为：

平移特性：（x,y,z分量）

刚度：4000.0,4000.0,4000.0

阻尼：10.0,10.0,10.0

预载荷：0.0,0.0,0.0

旋转特性：（x,y,z分量）

刚度：1.0E 004,1.0E 004,1.0E 004

阻尼：100.0,100.0,100.0

预载荷：0.0,0.0,0.0

第五章 整车模型在adams里仿真

当双横臂式前悬架模型、扭力梁式半独立后悬架模型、轮胎模型、路面模型建立完毕后，驱动力，约束都添加完毕后，就要开始仿真的工作了。

5.1实验的分类。

我们把模型分成14个实验，分别是：绕桩走S实验、平地绕圈实验、搓衣板路10km/h实验、搓衣板路20km/h实验、搓衣板路30km/h实验、搓衣板路40km/h实验、搓衣板路50km/h实验、搓衣板路60km/h实验、搓衣板路70km/h实验、左右翘板路10km/h实验、左右翘板路20km/h实验、左右翘板路30km/h实验、搓衣板路（5米距离）实验、搓衣板路（软弹簧）实验，并且以搓衣板路20km/h实验为参照标准组（因为成型时间早，根据导师的指引一步步开展其他的参照实验，所以定位参照组）。

以速度划分，搓衣板路20km/h实验分别以搓衣板路10km/h实验、搓衣板路30km/h实验、搓衣板路40km/h实验、搓衣板路50km/h实验、搓衣板路60km/h实验、搓衣板路70km/h实验为一组数据对比；

以路面类型划分，搓衣板路20km/h实验以绕桩走S实验、平地绕圈实验、左右翘板路20km/h实验作为一组数据做对比；以弹簧的弹性比为划分，搓衣板路20km/h实验与搓衣板路（软弹簧）实验做对比；

以路面的障碍间隔划分，搓衣板路20km/h实验与搓衣板路（5米距离）实验作为一个数据对比组。

另外，为了数据的完整程度，我们把左右翘板路10km/h实验、左右翘板路20km/h实验、左右翘板路30km/h实验也做了一次对比实验。

5.2模拟的过程

在adams里面建模的目的，在于能够模拟动画仿真，使得检验建模出来的汽车悬架结构是否及格。我们一般取仿真的时候取20秒，500步。这样子得出来的结果比较符合实际。

5.3模拟数据的结果

5.3.1绕桩走S实验：

图43 绕桩走S路面的横摆角速度测量图

横摆角速度：

最大值为：41度/sec

最小值：-45度/sec

图44 绕桩走S路面的方向盘测量图

方向盘转角：

最大值为：28度

最小值为：-28度

图45 绕桩走S路面的侧向加速度测量图

侧向加速度：

最大值为：6776（mm/sce^2）

最小值为：-6776（mm/sce^2）

图46 绕桩走S路面的车身侧倾角测量图

车身侧倾角峰值：

最大值为：0.78度

最小值为：-0.78度

图47 绕桩走S路面的底盘重心移动轨迹

5.3.2平地绕圈实验：

图48平地绕圈实验方向盘转角测量图

方向盘转过的角度为: 57度

图49平地绕圈实验侧向加速度测量图

侧向加速度稳定在：-7313 mm/sce^2

图50平地绕圈实验侧倾角测量图

侧倾角稳定在6.5度

图50平地绕圈实验横摆角速度测量图

横摆角速度稳定在：49（度/sec）

5.3.3搓衣板路10km/h实验：

图51搓衣板路10km/h实验沿Z轴加速度测量图

沿Z轴加速度峰值为：9805 mm/sce^2

图52搓衣板路10km/h实验前进速度测量图

前进速度平稳在：-2892 （mm/sec）

图53搓衣板路10km/h实验前进加速度测量图

平均前进加速度：-964mm/sce**2

图54搓衣板路10km/h实验沿Z轴位移测量图

沿Z轴位移峰值为：26 cm

5.3.4搓衣板路20km/h实验

图55搓衣板路20km/h实验沿Z轴加速度测量图

沿Z轴加速度平均为：1058mm/sce**2

图56搓衣板路20km/h实验前进速度测量图

前进速度平稳在：-5578mm/sec

图57搓衣板路20km/h实验加速度测量图

平均加速度为：-1391 mm/sce^2

图58搓衣板路20km/h实验沿Z轴位移测量图

沿Z轴最大位移为30mm

5.3.5搓衣板路30km/h实验

图59搓衣板路30km/h实验沿Z轴加速度测量图

最小值为：沿Z轴加速度平均为7909 mm/sce^2

图60搓衣板路30km/h实验前进速度测量图

前进速度稳定在：-8468 mm/sec

图61搓衣板路30km/h实验前加进速度测量图

平均前进加速度为：-1734 mm/sce^2

图62搓衣板路30km/h实验沿Z轴位移测量图

沿Z轴位移稳定在：38mm

5.3.6搓衣板路40km/h实验

图63搓衣板路40km/h实验沿Z轴位移测量图

最大Z轴位移为：72mm

图64搓衣板路40km/h实验前进速度测量图

前进速度稳定在：-11422 mm/sec

图65搓衣板路40km/h实验前进加速度测量图

平均前进加速度为-1483 mm/sec^2

图66搓衣板路40km/h实验沿Z轴加速度测量图

沿Z轴最大加速度为18267 mm/sec^2

5.3.7搓衣板路50km/h实验

图67搓衣板路50km/h实验沿Z轴位移测量图

沿Z轴最大位移为：60 mm

图68搓衣板路50km/h实验前进加速度测量图

前进加速度：-1640 mm/sec^2

图69搓衣板路50km/h实验前进速度测量图

前进速度：-14321 mm/sec

图70搓衣板路50km/h实验沿Z轴加速度测量图

Z轴最大加速度为：13250 mm/sec^2

5.3.8搓衣板路60km/h实验

图71搓衣板路60km/h实验沿Z轴加速度测量图

Z轴加速度峰值为：12975 mm/sec^2

图72搓衣板路60km/h实验前进加速度测量图

平均前进加速度为：-1720 mm/sec^2

图73搓衣板路60km/h实验前进速度测量图

平均前进速度为：-16941 mm/sec

图74搓衣板路60km/h实验沿Z轴方向的位移测量图

Z轴方向的位移峰值为：54 mm

5.3.9搓衣板路70km/h实验

图75搓衣板路70km/h实验沿z轴加速度测量图

Z轴加速度最大值为：12671 mm/sec^2

图75搓衣板路70km/h实验沿前进加速度测量图

前进加速度平均值为-1482 mm/sec^2

图76搓衣板路70km/h实验沿前进速度测量图

前进稳定速度为：-19932 mm/sec

图77搓衣板路70km/h实验沿Z轴位移测量图

沿Z轴位移峰值位移为：45 mm

5.3.10左右翘板路10km/h实验：

图78左右翘板路10km/h实验沿Z轴加速度测量图

沿Z轴加速度峰值为6693 mm/sce^2

图79左右翘板路10km/h实验前进速度测量图

前进速度稳定在：-2829 mm/sec

图80左右翘板路10km/h实验前进加速度测量图

前进加速度：-632 mm/sce^2

图81左右翘板路10km/h实验沿Z轴位移测量图

沿Z轴位移：12 mm

5.3.11左右翘板路20km/h实验：

图82左右翘板路20km/h实验沿Z轴位移测量图

沿Z轴加速度峰值为：6105 mm/sce^2

图83左右翘板路20km/h实验前进速度测量图

稳定前进速度为：-5610 mm/sec

图84左右翘板路20km/h实验前进加速度测量图

平均前进加速度：-1163 mm/sce^2

图85左右翘板路20km/h实验沿Z轴位移测量图

沿Z轴位移峰值为：10 mm

5.3.12左右翘板路30km/h实验：

图86左右翘板路30km/h实验沿Z轴加速度测量图

沿Z轴加速度峰值为：5049 mm/sce^2

图87左右翘板路30km/h实验前进速度测量图

前进速度稳定在：8652 mm/sec

图88左右翘板路30km/h实验前进加速度测量图

前进加速度平均值为：-1833 mm/sce^2

图89左右翘板路30km/h实验沿Z轴位移测量图

沿Z轴位移峰值为：10 mm

5.3.13搓衣板路（5米距离）实验：

*图90搓衣板路（5米距离）实验沿Z轴位移测量图

沿Z轴位移峰值为：34 mm

图91搓衣板路（5米距离）实验前进速度测量图

前进速度稳定在：-5858 mm/sce^2

图92搓衣板路（5米距离）实验前进加速度测量图

前进加速度平均值为：-1212 mm/sec^2

图93搓衣板路（5米距离）实验沿Z轴加速度测量图

沿Z轴加速度峰值为：9932 mm/sec^2

5.3.14搓衣板路（软弹簧）实验：

图94搓衣板路（软弹簧）实验沿Z轴加速度测量图

沿Z轴加速度峰值为：1104 mm/sec^2

图93搓衣板路（软弹簧）实验前进速度测量图

前进速度稳定在：-5842 mm/sec

图94搓衣板路（软弹簧）实验前进加速度测量图

前进加速度平均值为：-1303mm/sce^2

图95搓衣板路（软弹簧）实验沿Z轴位移测量图

沿Z轴位移峰值为：26mm

：数据分析

6.1评价标准

根据附录里的评价标准，GB/T 5902—86，《汽车平顺性脉冲输入行驶试验方法》。

试验公式为

6.2以搓衣板速度划分

以速度划分对比，搓衣板路10 km/h实验,衣板路20 km/h实验、搓衣板路30 km/h实验、搓衣板路40 km/h实验、搓衣板路50 km/h实验、搓衣板路60 km/h实验、搓衣板路70 km/h实验为一组数据对比。

我们通过对比沿Z轴加速度和沿Z轴位移不难看出规律：随着汽车悬架模型在搓衣板路上的速度增加（10~70km/h），车身重心测量点Z方向位移先增加(10~40km/h)后减少(40~60km/h)

（Z方向位移分别是26 mm，30 mm，38 mm，72 mm，60 mm, 54 mm, 45 mm）；

而车身Z方向加速度先增加后减少（9805 mm/sec^2、9831 mm/sec^2、9914 mm/sec^2、18267 mm/sec^2、13260 mm/sec^2、12975 mm/sec^2、12671 mm/sec^2）。

6.2.1结论猜想

我们猜测，汽车的结构的固定频率与汽车在车速40km/h左右时，所经过的减速带所发生振动的频率比较接近，因此产生共震，使得汽车沿Z轴的位移增大，与此同时，也使得汽车模型沿Z轴的加速度增大。

图96 搓衣板路实验沿Z轴位移折线图

图97 搓衣板路实验沿Z轴加速度折线图

6.2.2结论检验

经过翻阅《汽车工程手册》以及网上资料，一般的设计的汽车的悬架共振频率范围在1~1.6HZ之间。经模型测量，当整车模型在以40km/h速度行驶的时候，整车模型的振动频率为1.11HZ，刚好落在汽车设计的共振频率范围中，所以会发生共振，从而产生大的沿Z轴的位移与沿Z轴的加速度。并且，经测量可得，当整车模型在以50km/h速度行驶的时候，整车模型的振动频率为1.38HZ，也刚好落在汽车设计的共振频率范围中，所以也会发生共振，从而同样地产生大的沿Z轴的位移与沿Z轴的加速度。

6.2.3平顺性评价

峰值系数是加权加速度时间历程（t）的峰值与加权加速度均方根值的比值.

ISO 2631-1：1997(E)标准规定，当振动波形峰值系数小于9时，用加权加速度均方根值来评价振动对人体舒适性和健康的影响这个方法来评价。根据测量，各种汽车包括小轿车在正常行驶工况下对这一方法均适用。

表2 搓衣板路平顺性评价

由于搓衣板路测试从10km/h至70km/h中，所有的峰值系数都,小于9，由于《汽车理论》中平顺性的一章提到，峰值系数小于9的为舒适状态，所以，本实验符合实际。

6.3以左右翘板速度划分

以速度划分，左右翘板路10km/h实验、左右翘板路20km/h实验、左右翘板路30km/h实验作为一组数据做对比

我们通过对比沿Z轴加速度和沿Z轴位移不难看出规律：随着汽车悬架模型在搓衣板路上的速度增加，沿Z轴位移不断减少（12mm,11mm,10mm）；而沿Z轴加速度不断减少（6693mm/sec^2、6105mm/sec^2、5049mm/sec^2）。

表3 左右翘板路平顺性评价

由于左右翘板路测试从10km/h至30km/h变化中，所有的峰值系数都,小于9，由于《汽车理论》中平顺性的一章提到，峰值系数小于9的为舒适状态，所以，本实验符合实际。

6.4以弹簧的弹性比为划分

以弹簧的弹性比为划分，搓衣板路20km/h实验与搓衣板路（软弹簧）实验做对比。

《工程手册》中规定，以阻尼比C/=0.3~0.5，

=2

式子中C——减震器阻尼系数；

——悬架系统的临界阻尼系数；

K——悬架弹簧的弹簧刚度

W——所承受的簧上质量

g——重力加速度

我们通过对比沿Z轴加速度和沿Z轴位移不难看出规律：随着汽车悬架模型中弹簧阻尼比的减少，沿Z轴位移不断增大（26mm,30mm）；而沿Z轴加速度不断增加（9831mm/sec^2，12342mm/sec^2）。

表4 弹簧软硬对比实验平顺性评价

由于弹簧阻尼比测试从0.5~0.4变化中，所有的峰值系数都,小于9，由于《汽车理论》中平顺性的一章提到，峰值系数小于9的为舒适状态，所以，本实验符合实际。

6.5以障碍距离划分

以障碍距离划分，搓衣板路20km/h（10米）实验与搓衣板路20km/h（5米）实验做对比。

我们通过对比沿Z轴加速度和沿Z轴位移不难看出规律：随着路面障碍间隔的减少，沿Z轴位移不断增加（30,33）；而沿Z轴加速度不断增加（9831，12534）。

表5 以障碍距离划分对比实验平顺性评价

由于搓衣板路障碍距离测试从十米变五米的变化中，所有的峰值系数都,小于9，由于《汽车理论》中平顺性的一章提到，峰值系数小于9的为舒适状态，所以，本实验符合实际。

6.6以行走方法划分：

以行走方法划分，以绕桩走S实验、平地绕圈实验作为一组数据做对比。

我们通过对比沿Z轴加速度和沿Z轴位移不难看出规律：两组实验的横摆角速度都稳定在47度左右，绕圆的侧向峰值加速度为：7313 mm/sce**2 ；绕S桩的侧向峰值加速度为：6776 mm/sce**2

表6 以行走方式划分对比实验平顺性评价

由于不同行走方式测试从走S路面至绕圈变化中，所有的峰值系数都,小于9，由于《汽车理论》中平顺性的一章提到，峰值系数小于9的为舒适状态，所以，本实验符合实际。

至此，测量出来的所有数据峰值系数都在小于9，在标准范围之内，平顺性悬架测试完毕。

第七章：基于CAD建模

7.1 cad简介

AutoCAD（全称为Auto Computer Aided Design）是Autodesk（欧特克）公司开发的绘图软件，是一种自动计算机辅助设计软件。适用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。现已经成为受欢迎的的绘图工具。AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让新手也能很快地学会操作。在不断实践中课一地掌握它的各种应用技巧，从而不断提高工作效率。AutoCAD具有广泛的适应性，通过它无需懂得编程，即可自动制图，因此它在全球广泛使用，可以用于土木建筑，装饰装潢，工业制图，工程制图，电子工业，服装加工等多方面领域。

Autocad制图流程为：前期与客户沟通出平面布置图，后期出施工图，施工图有平面布置图，顶面布置图，地材图，水电图，立面图，剖面图，节点图，大样图等。

本文利用cad画出悬架的结构图，使得本毕业设计更有说服力，使得看此毕业设计的学生更加简单明白地懂得本文主角扭力梁式半独立悬架的结构。

7.2cad建模

图示祥见于附图纸，（扭力梁式半独立悬架装配图）。

第八章：全文总结及展望

8.1全文总结

在本次毕业设计中，学生在3月1号接到的题目，由于时间仓促，学生马上开始通过图书馆，通过网络，通过以前的专业的书，搜索对扭力梁式半独立悬架的书本，论文。由于专业知识的匮乏以及本科课程对于车辆汽车结构设计的不对接，所以首先要把汽车结构尤其是扭力梁式半独立悬架的结构相关的基本概念，汽车理论的基本概念，汽车平顺性评价的基本概念补上。然后开始翻阅对于扭力梁式半独立悬架系统的仿真，汽车平顺性评价相关论文，进行试读。在经过一个月的对于汽车扭力梁式半独立悬架的相关论文阅读后，逐渐地认识到自己设计的方向，目的，背景资料，目前研究状况。后来经过一次又一次对于本毕业设计与导师进行讨论之后，这三个月完成了如下的工作。

8.1.1搜查资料

汽车基本机械结构的认识，悬架结构的认识，扭力梁式半独立悬架结构的认识，扭力梁式半独立悬架在soildworks建模基础，adams软件的学习。外文文献的翻译，文献综述的编写，开题报告的编写以及答辩。

8.1.2实地测量

到实验室的汽车实地测量扭力梁式半独立悬架的实际结构的数据

8.1.3soildworks中建模

当了解了扭力梁式半独立悬架系统后，开始着手在soildworks的中三维的建模，建模分为三个小块，扭力梁、纵臂、减震器。分别各自装配再进行总装。

8.1.4adams中建模

当在soildworks中建模完毕后，对于毕业设计就有就有比较直观形象的了解，可以导入adams后与其他已经建好的前悬架模型进行装配，配合轮胎模型，路面模型，添加约束以及驱动，就完成在adams的建模了。

8.1.5adams中仿真与测量

完成adams建模后，就可以进行仿真，进行测量，我们分别以不同的速度，不同的路面情况，不同的行走方式，阻尼比不同的情况下进行了对比仿真，共做了14个仿真实验。分别对其模型的前进速度，前进加速度，侧倾角，横摆角速度，沿Z轴位移，沿Z轴加速度，进行测量。得出数据以及图表。

8.1.6数据图标处理

我们根据平顺性评价标准，对每次实验得出来得数据进行处理，对比，汇总，最后得出结论。

8.1.7论文的撰写

最后，我们对论文进行撰写，当中包括zai soildworksz中的建模成果，adams中的建模过程，仿真过程，仿真数据的陈列，对数据的总结。得出的结论。由于现在网上对于adams在汽车悬架这一块仿真的并没有完整的教程手册，所以在论文中穿插着对于adams仿真的一些小心得，以及详细的过程。

8.2设计创新点

平顺性的评价标准是用于系统对单个阶跃输入的评价，本次毕业设计的创新点在于，除了让模型走连续不断的搓衣板路以及左右翘板路，还有用平顺性的标准去评价一般用来评价操稳性的绕S路还有绕圈行驶。

8.3设计不足

1. 实地测量是数据准确性：由于实地测量是场地的限制以及没能够完全拆卸后悬架，所以测量出来的结构数据不完全符合实际情况。
2. 软件建模时候的数据误差：由于操作的限制建模并不能完全准确地表达出想要的效果，会子啊模型装配时与实际差生误差。
3. 弹簧以及阻尼比的一个估算产生的误差：由于没有相关的拆卸工作以及实验平台，所以对于弹簧弹性系数的估算以及减震器阻尼系数的估算只能参照相关的工程手册的标准。
4. 整车实际的质量误差：由于没能拆卸零件以及缺乏实验平台，所以对于整车质量的估算只能参照相关的工程手册的标准。

8.4设计展望

本次毕业设计仅仅对于扭力梁式半独立悬架进行的一次在adams中的建模与仿真的一次实践。而实际应用中，有很多种不一样的悬架结构，而且还有各种前后悬架的组合，各种的路面情况，不同的轮胎情况，而且评价标准除了平顺性还有通过性，操稳性等。所以本次实际只为日后有志于类似悬架真日后以后工作的学者作为一个基础，尤其对于adams使用上能尽量节省时间，少走弯路。

参考文献：

[1]陈家瑞．汽车构造（第三版）[M]. 北京:机械工业出版社，2003

[2]李军、邢俊文等编．ADAMS实例教程[M]. 北京:北京理工大学出版社，2002.7

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