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1、汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)載運(yùn)工具運(yùn)用工程基于ADAMS仿真的輪胎異常磨損研究現(xiàn)代汽車的車輪輪胎大多都是橡膠輪胎,輪胎與地面間產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力是造成輪胎 磨損的主要原因。汽車輪胎磨損過(guò)程是十分復(fù)雜的,它是由多種機(jī)理共同作用的結(jié)果。影 響輪胎磨損的因素主要有三種,即輪胎自身因素、整車匹配問(wèn)題和外界環(huán)境因素。常見(jiàn)的輪胎異常磨損 ( 非正常磨損 ) 情況及處理,主要有輪胎的胎冠過(guò)度磨損,輪胎的胎冠局部出現(xiàn)早期過(guò)度磨損主要原因是汽車輪胎胎壓過(guò)大;輪胎兩側(cè)胎肩過(guò)度磨損主要 是因?yàn)槠囕喬ヌ喝狈Γ蜷L(zhǎng)期超載荷行駛造成。輪胎單側(cè)異常磨損主要原因是該車輪 定位不正確,且多發(fā)生在后車輪上。輪胎個(gè)別部位異常磨損主要是因?yàn)檐?/p>
2、輛行駛在碎石路 面或急起動(dòng)和緊急制動(dòng)等導(dǎo)致外表橡膠被啃掉。輪胎胎冠局部過(guò)度磨損,該現(xiàn)象主要是因 為車輛緊急制動(dòng),造成車輪抱死而引起的局部過(guò)度磨損。車輛輪胎出現(xiàn)波浪形或鋸齒形異 常磨損現(xiàn)象主要是因?yàn)樵撥囕唲?dòng)平衡性差或與該車輪連接的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零件磨損。在實(shí)際 汽車運(yùn)行過(guò)程中,其它的諸多因素也會(huì)造成輪胎的異常磨損。如車輛的特殊使用工況、駕 駛員的駕駛習(xí)慣、汽車底盤情況及汽車懸架設(shè)計(jì)中的缺陷等,都會(huì)造成輪胎的異常磨損。汽車輪胎作為車輛的支撐、驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)以及為操縱提供所需的力和力矩,它與懸架系 統(tǒng)直接連接,故懸架的參數(shù)將直接影響輪胎的使用情況。而汽車懸架的性能又直接決定了 汽車的平順性、乘舒適性和操縱性
3、穩(wěn)定性,故對(duì)懸架設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化研究一直都是一個(gè)熱 點(diǎn)課題。針對(duì)汽車維修中某微型轎車因車輪定位初始標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)而引起輪胎的異常磨損現(xiàn)象,采用ADAMS軟件對(duì)該車前懸架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析,結(jié)合懸架仿真及維修實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),來(lái)分析研究該車型車輛初始定位參數(shù)狀 況,并提出更好的車輪定位角來(lái)消除該車型輪胎異常磨損現(xiàn)象。1 、懸架系統(tǒng)仿真模型的建立1.1 、麥弗遜前懸架子系統(tǒng)模型的建立在ADAMS虛擬環(huán)境中建立麥弗遜前懸架子系統(tǒng)模型,其幾何定位參數(shù),即麥弗遜懸架 各定位點(diǎn)的三維坐標(biāo)。因?yàn)閼壹茏笥覍?duì)稱,故在ADAMS /Car環(huán)境下只需輸入模型的單側(cè)定位參數(shù)就會(huì)自動(dòng)建立另一側(cè)模型。該車型前懸架麥弗遜式懸架的左
4、側(cè)關(guān)鍵點(diǎn)的位置坐標(biāo) 和減振器的阻尼參數(shù),如表 1、表 2 所示。前懸架彈簧參數(shù)如下 : 剛度為( 17 ± 0. 68) N/m ,自由長(zhǎng)度 406. 7 mm ,空載高度 232 mm,空載負(fù)荷(2 958± 118) N,中徑(131± 1.2) mm,線徑 12. 5mm,圈數(shù)位 7. 5 圈。ADAMS / Car 中模板是用來(lái)定義各部件之間的拓?fù)滏溄雨P(guān)系的,它的建立是整個(gè)建模 型過(guò)程中最重要的環(huán)節(jié)。建立模板后,接下來(lái)是生成子系統(tǒng)。在子系統(tǒng)里,用戶可以對(duì)子 系統(tǒng)內(nèi)的零部件進(jìn)行局部數(shù)據(jù)的修改,如調(diào)整硬點(diǎn)的坐標(biāo)位置、橡膠襯套、彈簧和阻尼器 的屬性文件等。子系統(tǒng)
5、建立后,根據(jù)總成需要進(jìn)行總成模型的組建。其中屬性文件是建立 仿真分析模型的最根本文件,它設(shè)置和記錄了系統(tǒng)模型的根本參數(shù)和相關(guān)屬性。通過(guò) ADAMS / Car 麥弗遜懸架的模板生成麥弗遜懸架子系統(tǒng),修改該懸架子系統(tǒng)各技術(shù)參數(shù)生 成懸架子系統(tǒng)模型如圖 2 所示。1. 2 、 輪胎模型的建立輪胎作為汽車總成重要模型元素之一,對(duì)仿真精度有極大的影響。ADAMS仿真軟件自帶了幾種輪胎模型,有 Pacejke '89、 Paeejke '94、 MF-Tyre 、 MF-Swift 、Fiala 輪 胎 模型、UA輪胎模 型、Delft-Tyre 、WIFT-Tyre及摩托車輪胎模型。在
6、懸架仿真 中采用的是較常用的 Fiala 輪胎。通過(guò)相關(guān)測(cè)量及試驗(yàn)得到的 Fiala 輪胎相關(guān)特性參數(shù) 如表 3所示。所建立的 Fiala 輪胎模型如圖 3 所示。圖 2 懸架子系統(tǒng)模型圖 3 Fiala 輪胎模型1. 3 、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型的建立汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是整車系統(tǒng)必不可少的局部,汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)汽車的操縱穩(wěn)定性以及 行駛平順性等起著重要而直接的作用。汽車轉(zhuǎn)向系通過(guò)對(duì)汽車左、右車輪不同轉(zhuǎn)角之間的 合理匹配來(lái)保證汽車沿著預(yù)期軌跡轉(zhuǎn)動(dòng)。建立的汽車轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)模型如圖4 所示。1. 4 、前懸架系統(tǒng)仿真模型將前懸架、轉(zhuǎn)向和輪胎等子系統(tǒng)裝配后便得到前懸架系統(tǒng)模型,如圖5 所示。通過(guò)對(duì)懸架總成系統(tǒng)模型做各
7、種試驗(yàn),分析相關(guān)特性曲線,就可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等 特性的研究,找出輪胎異常磨損的影響因素。圖 4 轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)模型圖 5 前懸架總成仿真模型2 、優(yōu)化后仿真分析在實(shí)際車輪定位角調(diào)整的過(guò)程中,主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角未調(diào)整,僅對(duì)車輪前束角 和車輪外傾角進(jìn)行了小角度的調(diào)整,這兩角度的輕微調(diào)整對(duì)懸架的關(guān)鍵點(diǎn)位置坐標(biāo)影響極 小,車輪定位參數(shù)優(yōu)化后懸架的各關(guān)鍵位置點(diǎn)坐標(biāo)不變。同時(shí),在維修調(diào)整操作行為中, 調(diào)整前輪前束角和外傾角時(shí)一般要求調(diào)整在中間值附近。根據(jù)上述情況,對(duì)車輛車輪定位 參數(shù)優(yōu)化后的懸架總成模型再次進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析時(shí),設(shè)定車輪前束角和車輪外傾角均 為優(yōu)化后標(biāo)準(zhǔn)范圍中間值,即前輪前束角
8、為 9' ,車輪外傾角為 15' 。經(jīng)懸架總成模型運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真后得到車輪各定位參數(shù)及輪距變化曲線圖,如圖6 圖10所示(圖中r 實(shí)曲線代表優(yōu)化后的變化曲線, w 虛曲線代表優(yōu)化前的變化曲線 ) 。圖 6 優(yōu)化前后前輪前束角隨車輪跳動(dòng)量變化曲線圖 7 優(yōu)化前后前輪外傾角隨車輪跳動(dòng)量變化曲線 圖 8 優(yōu)化前后主銷后傾角隨車輪跳 動(dòng)量變化曲線圖 9 優(yōu)化前后主銷內(nèi)傾角隨車輪跳動(dòng)量變化曲線 圖 10 優(yōu)化前后半輪距隨車輪跳動(dòng) 量變化曲線從圖 6 一圖 10 中可以看出,車輪定位角中主銷內(nèi)傾角及后傾角未有變化,符合維修 實(shí)際及原廠設(shè)計(jì) ; 調(diào)整前輪前束角和車輪外傾角后的兩個(gè)仿真曲線在靜平衡位置時(shí)的數(shù)值 均有減小,且變化方位較小,有利于降低輪胎內(nèi)側(cè)偏磨的異常磨損,符合實(shí)際情況; 輪距變化曲線在調(diào)整前后未有明顯變化,且輪距變化范圍較小 (僅 4. 4 mm) ,有力地降低輪胎 的磨損,符合原廠設(shè)計(jì)。整體上各參數(shù)變化符合了降低甚至消除輪胎內(nèi)側(cè)異常磨損的趨勢(shì), 具有廣泛的應(yīng)用前景。4 結(jié)束語(yǔ)本文系統(tǒng)分析了某車型麥弗遜懸架的結(jié)構(gòu)性能,運(yùn)用多剛體動(dòng)力學(xué)的根本理論和方法, 采用仿真軟件ADAMS
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