寶馬5系懸架設計及仿真分析-含ppt【全套含CAD圖紙】

喜歡就充值下載吧，，資源目錄下展示的全都有，，下載后全都有，dwg格式的為CAD圖紙，有疑問咨詢QQ：414951605 或1304139763 哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)論文（設計）—開題報告 本科畢業(yè)論文（設計） 開 題 報 告 論文題目 寶馬5系 2.0L 懸架設計 班 級 1001202 姓 名 楊楠 院（系） 汽車工程學院 導 師 周遐余 開題時間 2014.1.8 - 1 - 1．課題研究的目的和意義 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活的日益提高，汽車成為工農(nóng)業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚慕煌üぞ摺ｋS著汽車的不斷普及，人們對汽車的性能（操縱穩(wěn)定性與平順性）要求日益提高，如何讓兼顧操縱穩(wěn)定性與平順性，如何實現(xiàn)最優(yōu)化成為汽車設計的一個重點。懸架是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的震動，以保證汽車能平順地行駛。 車輛在上下跳動過程中，車輪定位參數(shù)(輪距、前束、外傾角、主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角等)與輪距會產(chǎn)生運動學上的變化，懸架的運動學特性對汽車操縱穩(wěn)定性起著至關重要的作用。 通過對寶馬5系2.0L汽車進行分析。研究多連桿懸架和雙橫臂式獨立懸架的目的是保證高水平的操縱穩(wěn)定性的前提下，獲得比較好的平順性。 雙橫臂獨立懸架不僅具有獨立懸架的優(yōu)點，而且擺臂不等長的獨立懸架中的兩臂長度如果選擇適當，還可以改變獨立懸架中的車輪與主銷的角度和輪距克服造成輪胎磨損嚴重的缺陷。所以被廣泛應用于轎車、高級輕型客車及高級豪華大客車，以改善整車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。所謂行駛平順性是保持汽車在行駛過程中產(chǎn)生的振動和沖擊環(huán)境對駕乘人員的舒適性的影響限制在一定范圍之內(nèi)，而對載貨汽車還應當保持貨物的完好性。而汽車的操縱穩(wěn)定性是指在駕駛者不感到疲勞、緊張的條件下，汽車能遵循駕駛者通過轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向輪給定的方向行駛，且當遭遇外界干擾時，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定性的能力。 多連桿式獨立懸架，這種懸架系統(tǒng)由布置在空間的3-5根連桿將轉(zhuǎn)向節(jié)與車身連接起來，連桿的外端與轉(zhuǎn)向節(jié)通過球鉸連接，連桿的內(nèi)端與車身通過橡膠襯套連接。相比傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)，多連桿懸架系統(tǒng)提供了更大的設計自由度，如果各個連桿的位置以及橡膠襯套的剛度能夠巧妙的設計，那么就可以利用純機械的機構，被動且精確地控制主銷軸線和車輪定位角的變化，改善汽車舒適度及操控性能?？梢哉f多連桿懸架特別是五連桿式獨立懸架系統(tǒng)是被動式懸架系統(tǒng)中最先進的技術。因其獨特的優(yōu)點, 多連桿式獨立懸架現(xiàn)今已廣泛用于高檔轎上。 2．國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2.1多連桿懸架運動學研究概況 2.1.1國外研究水平： 懸架運動學的研究在國外起步較早,幾乎是從獨立懸架的誕生起開始的，其研究的主要內(nèi)容為車輪定位參數(shù)：車輪前束角、外傾角、輪距、主銷后傾角（后傾拖距）、主銷內(nèi)傾角（主銷偏移距）等對汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性、直線行駛性能、回正性及路感等汽車行駛性能[14]的影響。德國人阿達姆·措莫托所著的《汽車行駛性能》、德國學者Wolfgang Matschinsky 編寫的《車輛懸架》以及日本學者安部正人所著的《汽車的運動與操縱》等著作中都對汽車懸架運動學特性做了深入的討論分析。 近年來，研究多連桿懸架運動特性的方法不斷涌現(xiàn)，在國外：D.M.A. Lee 等人推導出轉(zhuǎn)向節(jié)的速度方程， 并應用逐步線性化方法來求解位置問題，Mohamed 和Attia 應用剛性連桿和轉(zhuǎn)向節(jié)之間的約束方程獲得懸架的運動特性，Knapzyk 和Dzierzec提出的拆桿法以及Lee Unkoo 等人的位移矩陣法等。 2.1.2國內(nèi)研究水平： 在國內(nèi)，隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，懸架研究方法不斷涌現(xiàn)，對于雙橫臂式懸架、麥弗遜式懸架等的運動學分析做過大量工作，而對于多連桿懸架系統(tǒng)，清華大學呂振華等利用機械原理中的拆桿法，對五連桿懸架進行了運動分析和受力分析，并應用一種迭代算法分析了考慮橡膠襯套彈性的懸架運動特性，討論了襯套彈性對車輛性能的影響，清華大學宋健等和同濟大學祁宏鐘等分別采用瞬時軸線法和近似數(shù)值方法確定多連桿懸架的主銷軸線，該方法簡單可靠，對多連桿運動學理論分析打下基礎。 近年來，由于計算機的迅速發(fā)展，虛擬樣機技術成為現(xiàn)代汽車設計的一項全新的技術，它基于多體動力學理論，能夠在虛擬環(huán)境下模擬汽車的運動學以及動力學仿真，這種技術不僅能提高產(chǎn)品的設計質(zhì)量，而且還大大地縮短了設計周期，為企業(yè)節(jié)省了大量成本。 上世紀80 年代起，多剛體系統(tǒng)動力學理論和方法已經(jīng)較廣泛應用于汽車技術領域，一些優(yōu)秀的多體動力學分析的商業(yè)化軟件（如MSC.ADAMS 等）使得汽車懸架系統(tǒng)運動學分析技術日臻成熟和完善。吉林大學楊樹凱在其發(fā)表的《多連桿懸架與雙橫臂懸架運動學和彈性運動學特性分析》中，利用ADAMS/CAR 軟件對兩種懸架系統(tǒng)進行了運動學特性仿真對比分析。孫海林在研究生導師的指導下，根據(jù)某車輛多連桿獨立懸架的設計參數(shù)，用ADAMS/CAR 軟件平臺建立了多連桿式獨立懸架的多體動力學模型，并針對多連桿懸架運動學對整車性能的影響進行了的闡述，總結出多連桿懸架的優(yōu)缺點。同濟大學的梁駿等從剛體系統(tǒng)出發(fā)，在ADAMS平臺下對四連桿懸架進行了運動學分析。 2.2雙橫臂式獨立懸架： 雙橫臂式獨立懸架系統(tǒng)設計的早期研究可追溯到20世紀30年代。傳統(tǒng)的設計方法采用平面作圖法或平面解析法等經(jīng)驗方法。其缺陷是忽略了主銷后傾角及上、下擺臂軸線的空間角度的影響, 所以很難獲得精確的設計結果。同時,設計過程也是相當?shù)姆睆汀? 2.2.1國外研究水平： 20世紀90年代，國外對其數(shù)學建模與分析進行了較多的研究，并取得了一定的成果。1990年Wallaschek提出了非線性數(shù)學模型諧波及統(tǒng)計線性化的方法。1997 年Duym用一種代數(shù)形式的經(jīng)驗公式來描述雙橫臂式獨立懸架系統(tǒng)的非線性特性, 仿真結果與實驗結果基本吻合。1998年Kuti以有限元為工具, 建立了一種客車懸架系統(tǒng)的非線性數(shù)學模型。這些研究表明，建立雙橫臂式獨立懸架系統(tǒng)的簡單而又比較準確的非線性數(shù)學模型，并將其用于乘坐動力學的非線性研究具有重要意義。特別是近幾年來，摒棄了傳統(tǒng)設計方法，比較流行的優(yōu)化設計方法多是基于空間機構運動學原理及多剛體動力學理論，采用計算機輔助設計，獲得了理想的設計結果，并有效地提高了工作效率。雙橫臂式獨立懸架的設計、制造已比較成熟，而且成本低，工作可靠，是當今世界汽車工業(yè)中懸架的主導產(chǎn)品。 2.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀： 雙橫臂式獨立懸架系統(tǒng)的研究在國內(nèi)也有較長的歷史。吉林工業(yè)大學的郭孔輝院士的文章國是較早的論文，隨后的一些學者也對該問題做了研究。近幾年來， 北京理工大學，浙江大學等高校正在開展此方面的研究，并發(fā)表了一些論文。對于雙橫臂式獨立懸架系統(tǒng)的研究，主要是應用線性理論研究汽車乘坐動力學。目前，雙橫臂式獨立懸架產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化。但從總體上來看，國內(nèi)對于雙橫臂式獨立懸架系統(tǒng)的研究相對較少，產(chǎn)品主要是仿造國外，自主開發(fā)能力差，并且缺少具有自主版權的專用軟件。在雙橫臂式獨立懸架系統(tǒng)的研究中，國內(nèi)基于線性理論的建模與仿真仍處于主導地位，而基于非線性理論的非數(shù)學建模與分析也已經(jīng)引起重視，并有了一定的研究成果。 2.3 設計水平： 自20世紀90年代起，各主要發(fā)達國家在汽車產(chǎn)品設計開發(fā)領域中廣泛采用信息技術、計算機技術、CAD/CAE/CAM/PDM技術、KBE (Knowledge Based Engineering)技術等先進手段，使設計水平大為提高，新車型的開發(fā)周期大大降低。以美國為例，在90年代初，轎車新車型的開發(fā)周期大約為5-6年，到90年代末已降為12-18個月，具體到懸架設計方面，仿真分析、虛擬設計、反求工程、AI技術等已經(jīng)獲得推廣應用。根據(jù)國際聯(lián)機檢索可以看出，國外己建立了懸架結構型式和懸架設計參數(shù)的知識庫和專家系統(tǒng)，不同類型懸架的設計計算方法在國外已較為成熟，并有多項專利。值得一提的是，國外在懸架設計領域中的一些研究成果已經(jīng)被某些大型的商品化的機械系統(tǒng)動力學仿真軟件所吸收。例如，由美國著名軟件公司MDI與Audi.BMW. Renault和Volvo等汽車公司合作開發(fā)的轎車設計軟件包ADAMS/Car，其中就包括了懸架模塊，可以預測懸架系統(tǒng)特性、計算懸架載荷時間歷程、進行裝配性能研究等，從而有效地協(xié)助工程師完成設計任務。 長期以來，國內(nèi)汽車行業(yè)，特別是轎車、微型車行業(yè)基本上依靠國外技術生存。雖有眾多專家、學者、業(yè)內(nèi)人士不斷強調(diào)培育本土設計開發(fā)能力的重要性，但在缺乏競爭力的環(huán)境下，相關企業(yè)往往出于短期利益考慮，不愿在此方面進行大規(guī)模投入，致使這項工作難以真正落實到位。當前，國內(nèi)轎車及微型車幾乎都是引進國外技術生產(chǎn)的。需要注意的是，這種“引進技術”實際上只是引進國外現(xiàn)成的產(chǎn)品設計結果，而不是產(chǎn)品設計開發(fā)技術本身。因此，迄今為出，國內(nèi)汽車行業(yè)對包括懸架系統(tǒng)在內(nèi)的汽車底盤系統(tǒng)關鍵產(chǎn)品的設計機理，仍然知之甚少，重復引進到處可見與浪費驚人，而且也往往受制于人。 3. 本課題的研究內(nèi)容及技術方案 結合寶馬5系多連桿獨立懸架和雙橫臂式獨立懸架總體設計參數(shù)，通過設計，CATIA軟件建立三維模型。然后通過Matlab 建立多連桿懸架的數(shù)學模型和雙橫臂式獨立懸架，同時用ADAMS/CAR 軟件平臺建立了多連桿式獨立懸架和雙橫臂式獨立懸架的多體動力學模型，互相驗證模型的正確性，利用迭代法對彈性元件進行分析。并利用多目標遺傳算法該懸架進行了多目標優(yōu)化。 (1)根據(jù)寶馬5系的參數(shù)確定結構參數(shù)。 (2)對懸架結構進行設計。 (3)運用CATIA軟件建立三維實體模型。 (4) 運用MATLAB優(yōu)化工具箱, 對已建立起的數(shù)學模型進行編程優(yōu)化, 分析優(yōu)化得到結果來說明數(shù)學模型建立的可行性和精確性。 (5) 在ADMAS中對懸架進行建模仿真, 模擬出前輪定位等性能特性參數(shù)隨車輪轉(zhuǎn)向或是輪胎上下跳動而變化的關系曲線, 對比優(yōu)化前后的特性曲線，研究分析主銷及和前輪定位角隨車輪上下跳動時的變化規(guī)律，通過與數(shù)學模型的對比分析，其一致性相互驗證了各模型的正確性。 4. 本設計的特色 在內(nèi)容上通過對實體車型的參數(shù)數(shù)據(jù)進行結構設計，并且通過CATIA建立三維模型和MATLAB建立數(shù)學模型，進行運動學分析以及優(yōu)化分析。 在研究方法上采用迭代法對多連桿式獨立懸架進行分析。對于雙橫臂式獨立懸架，結合多目標遺傳算法，以懸架擺臂長度和初始位置作為優(yōu)化變量，對最大滑移量、外傾角、定位參數(shù)等進行優(yōu)化。 5. 進度安排 第1~2周：搜集資料，寫開題報告； 第3~10周：對前后懸架進行結構設計； 第11~13周：建立前后懸架的三維實體模型 第13~14周：建立MATLAB模型并結合ADAMS進行動力學分析和優(yōu)化。 第16~17周：撰寫說明書； 第18周：準備答辯。 6. 參考文獻 [1] 王其東，趙韓，李巖，祝少春《汽車雙橫臂式獨立懸架機構運動特性分析》合肥工業(yè)大學學報(自然科學版)，第24卷第6期，2001年12月 [2] 耶爾森?賴姆帕爾、王瑄譯 《懸架元件及底盤力學》 吉林：吉林科學技術出版社。1992,218-414 [3] 黃志平 《基于ADAMS的五連桿懸架性能研究》，西南交通大學碩士論文，2009,5 [4] 楊樹凱《多連桿懸架與雙橫臂懸架運動學和彈性運動學特性分析》1.吉林大學; 2.第一汽車集團公司技術中心; 3.河北工程大學 [5] 林逸等《滑柱擺臂式懸架空間運動分析汽車技術》，1990(5). [6] 呂振華,徐建國《五連桿懸架的剛體運動學和彈性運動學分析》[J].設計計算研究，2002(11) [7] 宋健，石磊.?！抖噙B桿式前懸架主銷軸線的確定》[J]. 公路交通科技，2001,18(6):99-102. [8] 祁宏鐘等。《確定五連桿懸架虛擬主銷軸線的近似數(shù)值方法》[J].機械設計與制造，2002,(1): 57-60 [10] 阿達姆.措莫托[著]，黃錫朋，解春陽[譯]《汽車行駛性能》[M].北京：科學普及出版社，1992.9. [11] Matschinsky,Wolfgang.Die Radführungen der Strassfahrzeug[J].Verlag TuevReihland,1987 [12] 安部正人著，陳幸波譯.《汽車的運動與操縱》[M].北京:機械工業(yè)出版社，1998. [13]陳俊，《基于雙橫臂獨立懸架對轎車轉(zhuǎn)向機構優(yōu)化設計》，合肥工業(yè)大學碩士論文，2007.12 [14] 郭孔輝.《汽車振動與載荷的統(tǒng)計分析及懸架系統(tǒng)參數(shù)的選擇》，汽車技術。1975 (12):78-81 開題報告檢查組意見： 組長（簽字）： 年 月 日 - 7 -