中文--麦弗逊悬架侧载螺旋弹簧优化设计

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1、PDF外文：http:/ 5586 字  麦弗逊悬架侧载螺旋弹簧优化设计  J. LIU, D. J. ZHUANG1, F. YU and L. M. LOU International Journal of Automotive Technology,  Vol. 9, No. 1, pp. 2935 (2008) Copyright 2008 KSAE 吴俊  译   摘要  : 采用某乘用车作为例，建立详细的麦弗逊悬架多体动力学模型，将减振器侧向力仿真结果作为侧载弹簧设计目标 , 并结合有限元分析中的多体动力学优化它的设计 ,

2、有限元分析结果传回的悬挂系统导入后，可以进行动力学仿真，进行 试验验证。  实验表明，采用经过化设计的侧载螺旋弹簧后可显著降低悬架侧载，该系统可增加阻尼杆的偏磨擦和促进阻尼器的内部摩擦，降低悬挂系统的行驶性能，代以一个新的与常规的螺旋弹簧弯曲中心线 侧载弹簧 已经被证明能够解决这些问题。  关键词 ： 多体系统动力学   优化设计   麦弗逊式悬挂   侧载螺旋 弹簧  一 .前言  由于 结构简单 和较低的制造 /服务成本，麦弗逊式悬 架 一直是最流行的悬架系统之一。 对于麦弗逊悬架而言 , 作用于减振器上座处的力 &nb

3、sp;F 与作用于控制臂处的力  FL 地面垂直反力  FA 平衡 , 如图  1 所示。  从图中可以看出 , 由于麦弗逊悬架系统本身结构的原因 , 力  F 与减振器轴线偏离一定角度  A, 不可避免地存在侧向分力  FQ, 使得减振器零件间的摩擦增大 , 造成减振器活塞杆球头及其它零件快速磨损 , 导致减振器早期失 效。而且麦弗逊悬架的侧向力会导致减振器摩擦功无法消除， 从而恶化了车辆的行驶平顺性 。 此外， 悬挂 麦弗逊 悬架 的汽车 行驶 在一个平坦的道路时，垂直振动可能 会 被转移到身体直接 部位 ，因为轻微的路

4、面激励，不能克服的内摩擦正确操作暂停。因此，它是非常重要的，以减少侧负载 FQ，使得优化的悬挂系统可以保护阻尼器部分，并提高行驶性能的悬架系统。  传统解决方案是将弹簧 倾斜，但悬 架中 安装空间的限制 ，制约了弹簧 倾斜角 度，以使侧负载不能完全消除。最近，一些汽车制造商采用了新型弹簧，由  Muhr，Schnaubelt 等人开发 ，以取代常规的螺旋弹簧，其允许在按下该弹簧的两个平行平面之间的角度，而弹簧的力线偏离的一个变种中心线。通过 设计适当的曲率，这种弹簧本身可以抵消侧负载，这样，它被命名为侧 载弹簧。  然而，它是非常困难的， 直接从该弹簧的结构参数中

5、定义 刚度，因为 侧载弹簧 的变形机制仍然是不清楚 的。 其 设计通常是 以 测试的数据为基础， 从而得到符合要求的更快 与 更经济的方法 。此外，传统的优化设计 不是强调 彼此之间 相互作用的部分，部件和系统之间和系统之间的 系统，同时能极大地影响一个产品的一般特性。因此，优化的麦弗逊悬架，首先应该从制度层面开始， 一些研究人员已经做了很多贡献。   图 1 麦弗逊悬架的减振器侧载  1994 年， Muhr 和 Schnaubelt 介绍的侧载弹簧，减少侧向力的麦弗逊 悬架（ Wnsche 和 Muhr， 1994）。他们的研究是基于物理模型和实验结果 。结果 表明了新

6、 侧载弹簧 的效果，在车身加速度和阻尼 行程 以及 乘坐的舒适性 都有着显著 提高。然而，他们的研究对象是一个已经存在的侧 载弹簧，他们的研究目的是确定的侧 载荷弹簧的性能特点，而如何设计一个侧 载 弹簧从未被提及。  在 1996 年，聪铃木， 神谷浩和敏之今泉介绍了有限元分析模型的侧载弹簧 的结构参数（铃木等人， 1996），包括免费线圈和长细比的影响进行分析，侧载 弹簧 的特性，然后讨论安排的 应力和倾斜角度的弹簧座 位置，以尽量减少阻尼器的侧向力。 这经过了 大量的有限元分析模型和实验验证，但在分析的性能特点和设计方法 上面，他们 并没有 深入 参与 ，因此 他们的研究仍然

7、比较 有限。  在 2000 年 ,敏之今泉和后藤隆结合机械动力学和有限元分析软件进行设计的过程和分析阻尼器的摩擦。在他们的文章中，第一个侧的负荷弹簧和弹簧座的有限元分析模型是建立在 弹簧端部线圈的角度和座椅 侧载弹簧 的反作用力线的角度的 研究 基础上 。一个新的设计程序， 是 机械动力学与有限元分析软件相结合的代表。最后 ,作者评价 侧载弹簧 的优点，通过比较新的设计与传统 弹簧的反作用力轴和悬架摩擦。然而，设计过程 并不充分，并且清楚地表示 一些改进仍然需要 讨论，本文是 设计过程的一部分，特别是设计一个 侧载弹簧 ，用于现有的麦弗逊式悬挂。   （ 1）寻找最佳连

8、接点上 标量弹簧的上部和下部 部 位预测了理想的力线装置重复模拟和比较，为每一个组的连接点，这 有 更 为 简单的方法， 所以可以被取代 。   （ 2）如何确定 弹簧 初始弯曲的 曲率 ，以及如何实现参数的研究，特别是对 弹簧的中心线 曲率都没有提及。   （ 3）这 与 中心线的 侧载弹簧 是 类似 还是 完全相同？该文件 并没有提供一个准确的描述，侧 载 弹簧 的曲率。   （ 4）在悬架优化的评价，比较标准 的 是悬 架摩擦，不支持 默认的麦弗逊模板的ADAMS / CAR 模块。作者可能需要建立一个全新的模型，使用 ADAMS/ CAR 模块，甚至 AD

9、AMS / VIEW 模 块，它可能会花费太多的时间。  在本文中，以现有的轿车为例，我们提出了一个更简单，更详细的 麦佛逊 侧载 弹簧，以减少横向荷载对阻尼器杆的滑柱悬挂系统的优化设计方法。设计流程图如图 2所示 : 为了检验所施加的力，在顶部安装阻尼器杆。 螺旋弹簧的麦弗逊前悬挂系统多体动力学模型是建立在采用多体动力学分析软件 ADAMS/ CAR 的基础上 。在随后的优化时， 侧载弹簧被选择的阻尼力 横向分量的设计目标 是使 横向力的不利影响最小化。然后 将 侧载弹簧 的曲率的初始值导出。接着，为 侧载弹簧 结构 的 优化进行分析也与实验数据相比较，使用有限元分析（ FEA）软件 ANSYS，比较 侧载弹簧 的纵向和横向的弹性特性。 二阶曲线得到的 侧载弹簧 作为优化的曲率。导入后悬挂系统 ADAMS/ CAR 的