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安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书
不影响，故称为独立悬架。随着汽车速度的不断提高，非独立悬架已不能满足行驶平顺性和操纵稳定性等方面提出的要求。因此，独立悬架获得了很大的发展。
独立悬架具有以下优点：
1.在悬架弹性元件一定的变形范围内，两侧车轮可以单独运动而互不影响，这样在不平道路上可减少车架和车身的振动，而且有助于消除转向不断偏摆的不良现象。
2.减少了汽车的非簧载质量(即不由弹簧支承的质量)。在非独立悬架情况下，整个车桥和车轮都属于非簧载质量部分。在采用独立悬架时，对驱动桥而言，由于主减速器、差速器及其外壳固定在车架上，成了簧载质量；对转向轴而言，它仅具有转向主销和转向节，面中部的整体梁不再存在，所以在采用独立悬架时，非簧载质量只包括车轮质量和悬架系统中的一部分零件的全部或部分质量，显然比用非独立悬架时的非簧载质量要小得多。在道路条件和车速相同时，非簧载质量越小，则悬架受到的冲击载荷也越小，故采用独立悬架可以提高汽车的平均行驶速度。
3.采用断开式车桥，发动机总成的位置可以降低和前移，使汽车重心下降，提高了汽车行驶稳定性；同时给予车轮较大的上下运动空间，因而可以将悬架刚度设计得较小，使车身振动频率降低，以改善行驶平顺性。基于以上优点使独立悬架广泛地被采用在现代汽车上，特别是轿车转向轮普遍采用了独立悬架。随着汽车行驶速度的不断提高，传统的钢板弹簧式悬架已难以满足汽车行驶舒适性和操纵稳定性等方面提出的要求，因而在轻型载货车及轻型客车上推广使用独立悬架，尤其是双横臂独立悬架得到较大的发展。独立悬架的应用不仅降低了汽车在不平路面上行驶时车架与车身的振动，减小了汽车的非簧载质量，而且可以使动力总成的位置降低与前移，使整车质心位置下降，从而提高了行驶稳定性和乘坐舒适性。双横臂独立悬架通过合理选择结构参数，可减小车轮跳动时引起前轮定位参数和轮距的过大变化，避免轮胎的过渡磨损，广泛使用在高档轿车和轻型货车的前悬架[4]。
下面，看看双横臂独立悬架的特点、优点及主要应用[5]
1.弹簧刚度和减振器阻尼可以根据需要，较容易调整；非簧载质量小，有利于行驶平顺性。
2.由于设计的自由度大，可通过合理布置，使悬架与转向杆系的运动干涉减小，不易发生跳摆。
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3.可以通过调整其导向机构较容易地得到所需要的前轮定位参数，得到较好的整车性能。
4.能够降低发动机和驾驶室高度，从而降低质心。
5.有效弹簧距等于轮距，有利于提高横向角刚度，但一般来讲，侧倾中心高度低，不利于其侧倾稳定性，一般需加横向稳定杆。双横臂式独立悬架多用于轿车和轻型客、货汽车的前悬架上，在麦弗逊式悬架出现后，逐渐被麦弗逊式悬架所替代，但是进入九十年代以来，随着轿车豪华化和高性能化，采用该结构的车种不断增加，在一些对平顺性和操纵稳定性要求较高的汽车上，不仅前悬架，而且后悬架也采用了双横臂式悬架。比如：一汽红旗CA7460的前悬架、通用的凯迪拉克（Cadillac）的前悬架、梅赛德斯—奔驰轿车）的前悬架、保时捷的前悬架、法拉利的前后独立悬架、劳斯—莱斯的险路（Corniche）的前悬架、本田的雅阁的前后悬架、三菱帕杰罗的前悬架，均采用了双横臂独立悬架[6]。可见，双横臂独立悬架得到了广泛的应用，所以研究双横臂独立悬架是非常必要的。为了能够准确的建立仿真模型，必须首先对仿真对象的物理结构有清晰的了解。下面介绍与建模相关的双横臂前悬架的结构和运动方式。
1—扭杆弹簧固定支架 2—调整螺栓 3—扭杆弹簧 4—减振器 5—减振器上支架
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6—上横臂 7—上支撑杆 8—下支撑杆 9—下横臂 10—转向节
图示1-2所示的是不等长双横臂式扭杆弹簧独立前悬架的构造图。扭杆弹簧3纵向布置在车架纵梁的外侧，其前端借花键与上横臂6相连，后端通过花键固定在扭杆弹簧固定支架1的花键套中。简式减振器的上端与焊接在车架上的减振器上支架5相连。当车轮上下跳功时，作用在车轮上的垂直载荷经转向节10和上横臂6传给扭杆弹簧，使扭杆产生扭转变形，因而缓和了由不平路面产生的冲击载荷。
1.4悬架几何参数及其对车辆性能的影响
1.4.1汽车操纵稳定性的重要性
车辆安全性能总体上可以分为两大部分：主动安全性和被动安全性。主动安全性指汽车能够帮助驾驶员在所有交通状况下尽可能安全地避免事故的性能，包括环境视见性、操纵稳定性、加速性和制动性等。被动安全性指汽车在发生不可避免事故时（特别是涉及人员伤亡时），尽可能减小其后果的性能，如安全气囊等设备。有文献[7]统计，按照汽车事故的诱发因素比例由大到小地排列，操纵稳定性名列第一。因此，汽车操纵稳定性能是车辆主动安全性中最重要的指标。汽车的操纵稳定性[9]包括相互联系的两个部分，一是操纵性，是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶的能力；二是稳定性，是指汽车遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。如何评价和设计汽车的操纵稳定性，以获得良好的汽车主动安全性。
1.4.2悬架系统几何参数对汽车操纵稳定性的影响
有研究[8]表明，影响汽车操纵稳定性的因素主要有前后悬架的刚度、前悬架导向机构的几何参数、前悬架主销的定位参数、后悬架结构参数以及汽车前后轮胎的侧偏刚度、后轮胎外倾角和横向稳定杆刚度因素。可见，研究悬架系统特性对于获得良好的操纵稳定性意义重大。
在悬架系统的诸多几何参数中，车轮定位参数是最为重要的一组参数。汽车车轮定位参数是指车轮外倾角、车轮前束、轮距、主销后倾角及主销内倾角，另外还包括主销偏移距与主销后倾拖距等。车轮定位参数直接影响悬架系统特性，与汽车操纵稳定性的多种评价指标[10]都密切相关。合适的车轮定位参数可以保证所期望的行驶特性和直线行驶能力以及避免轮胎的过度磨损。下面对各种车轮定位参数分别加以说明：
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1.车轮外倾角的实际作用在于减小主销偏移距，以提高制动稳定性。负的车轮外倾角会提高所能承受的侧偏力，或者在给定的侧偏力也就是给定向心力加速度时，降低车轮侧偏角；前轮上的负外倾使转向盘力矩比无外倾时减小；后轮有负外倾时，质心处侧偏角β随v2/ρg的变化要比无外倾时缓和些。
2.前束与车轮外倾角之间的匹配是非常必要的，适当匹配前轮前束与车轮外倾角，可以使单胎上的侧向力相互抵消，从而减轻轮胎的磨损与滚动阻力。前轮前束的另一个重要作用是补偿和防止车轮后束。
3.主销后倾角对汽车操纵稳定性的影响主要是通过“后倾拖距”使地面侧向力对轮胎产生一个回正力矩，该力矩产生一个与轮胎侧偏角相似的附加转向角，它与侧向力成正比,使汽车趋于增加不足转向，有利于改善汽车的稳态转向特性。“后倾拖距”主要在高速时起回正作用。
4.主销内倾角对操纵稳定性的影响，主要也是回正力矩，它是在前轮转动时将车身抬高，由于系统位能的提高而产生的前轮回正力矩，它与侧向力无关。主销内倾主要在低速时起回正作用。主销偏移距设计得比较小或为负值，可以减小前悬架的纵向力敏感性。
5.轮距对汽车的曲线行驶性能和侧倾具有决定性的影响。轮距变化还对转向系有影响。
1.4.3车轮定位参数的主要研究内容
对车轮定位参数变化的研究分为悬架运动学和悬架弹性运动学，悬架运动学的主要研究内容是车轮定位参数与悬架弹性变形（或车轮跳动量）的关系，悬架弹性运动学是描述轮胎与路面之间的力和其力矩作用下，车轮定位参数的变化规律
[11]
。随着现
代轿车性能的不断提高，对悬架系统的缓冲、减振及导向性能的要求愈加严格，悬架导向机构的联接处愈来愈多地使用橡胶衬套，并且导向机构本身也采用柔性较大的弹性体。悬架系统中橡胶支承弹性元件和柔性体的大量采用，导致车轮定位参数在行驶过程中会产生悬架运动学和悬架弹性运动学变化，这些变化对汽车的操纵稳定性会有很大的影响。
总之，悬架运动学和弹性运动学是悬架系统设计的重要依据和评价指标，由弹性构件形成的悬架系统综合力学特性对汽车的操纵稳定性、行驶平顺性、以及轮胎的磨
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损等均有显著影响。
为了保证汽车直线行驶，汽车的转向轮均设计成具有自动回正作用。也就是说当转向轮在偶遇外力发生偏转时，一旦作用的外力消失后，应能立即自动回到原来直线行驶的位置。这种自动回正作用是由转向轮和定位参数来保证的，也就是转向轮、主销和轴之间的安装应具有一定的相对位置。这些转向轮的定位参数有主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束。此外，合理的车轮定位值是避免轮胎过度磨损的重要保证。
第二章建立双横臂悬架模型的理论基础
2．1 汽车多体系统分析软件介绍
从整个汽车CAE的角度来说，汽车多体系统分析软件可完成三项任务： 1.对直接设计的系统进行性能预测； 2.对已有的系统进行性能测试评估；
3.对原有的设计进行改进。分析的范围包括：运动分析、静态分析、准静态分析、动态分析、灵敏度分析等。应用多体系统动力学理论解决实际的汽车动力学问题时，一般要经以下几个步骤：
1.实际系统的多体模型简化； 2.自动生成动力学方程； 3.准确求解动力学方程。
ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）全称是机械系统自动动力学分析软件，它是目前世界范围内最广泛使用的多体系统仿真分析软件。通过预测和分析多体系统经受大位移运动时的性能，ADAMS可以帮助改进各种多体系统
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