麦弗逊悬架的运动学分析与试验方案

燕山大学专业综合训练说明书题目：乘用车前悬架运动学分析及实验方案设计学院（系）：车辆与能源学院年级专业：08级车辆二班学号：080113030060学生姓名：于海龙指导教师：韩宗奇王立强王文峰燕山大学专业综合训练任务书院（系）：车辆与能源学院基层教学单位：车辆与交通运输工程系学号080113030060学生姓名于海龙专业（班级）08级车辆二班题目乘用车前悬架运动性能分析与试验方案设计训练内容和目的学习汽车理论中关于车轮跳动引起轴距、轮距的变化，以及引起轴转向和轮转向的基本原理，计算麦克弗逊式前悬架在车轮同向跳动和反向跳动时引起的轴距变化量、轮距变化量、车轴转向角等参数。用MATLAB软件进行仿真，将仿真结果与计算结果对比。同时研究K&C试验台的结构与原理，设计在K&C实验台上测试悬架运动特性的试验方案。完成任务量1、测绘一种乘用车的麦克弗逊前悬架，画出结构简图，特别是硬点坐标；2、建立该悬架运动学力学模型，推算车轮跳动引起的轴距、轮距变化量的计算公式，并进行计算；3、用MATLAB或其它软件对上述悬架进行运动学仿真；4、设计在K&C实验台上测试悬架运动特性的试验方案。进度安排第一周：测绘一种乘用车的麦克弗逊前悬架，画出结构简图，特别是硬点坐标；第二周：进行运动学分析，进行计算与仿真；第三周：设计在K&C实验台上的试验方案；第四周：撰写说明书，准备答辩。参考资料1.《汽车理论》第1~5版，Fundamentalofgroundvehicles（美）2.《汽车工程手册》3.K&C试验台说明书4.MATLAB软件使用说明书指导教师签字基层教学单位主任签字2011年11月29日目录前言...........................................................................................................................................1第一章麦弗逊悬架简介.......................................................................................................31·1麦弗逊悬架...........................................................................................................31·2麦弗逊悬架与车轮定位参数的关系...................................................................31·3麦弗逊悬架的优缺点...........................................................................................3第二章麦弗逊悬架的运动分析与计算...............................................................................42·1麦弗逊悬架后视简图...........................................................................................42·2麦弗逊悬架的运动分析.......................................................................................42·2·1单侧车轮上跳.........................................................................................42·2·2单侧车轮下跳.........................................................................................82·2·3双侧车轮同时跳动...............................................................................11第三章K&C试验台组成及测试项目..................................................................................133·1K&C试验台的含义..............................................................................................133·2K&C试验台的组成..............................................................................................133·2·1平台模块...............................................................................................133·2·2框架和车身夹持系统...........................................................................133·2·3传感器...................................................................................................133·2·4控制系统...............................................................................................143·3K&C试验台的基本功能......................................................................................143·4K&C试验台测试项目..........................................................................................143·4·1车轮跳动（8项）................................................................................143·4·2侧倾运动（7项）..............................................................................143·4·3纵向柔度试验（5项）......................................................................153·4·4侧向柔度试验（5项）......................................................................153·4·5回正力矩试验（5项）......................................................................153·4·6转向运动（5项）..............................................................................15结束语.......................................................................................................................................16燕山大学专业综合训练说明书1前言悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传动力连接装置的总称。它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩传递到车架（或承载式车身）上，以保证汽车的正常行驶。现代汽车的悬架尽管有各种不同的结构形式，但是一般都由弹性元件、减震器和导向机构等三部分组成。此外，还辅助设有缓冲块和横向稳定器。汽车悬架可分为两大类：非独立悬架和独立悬架。非独立悬架的结构特点是两侧的车轮由一根整体式车桥相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬架与车架（或车身）连接，当一侧车轮因道路不平而发生跳动时，必然引起另一侧车轮在汽车横向平面内发生摆动；独立悬架的结构特点是车桥做成断开的，每一侧车轮可以单独的通过弹性悬架与车架（或车身）连接，两侧车轮可以单独跳动，互不影响。乘用车的前悬架广泛采用独立悬架，起优点如下：1、在悬架弹性元件一定的变化范围内，两侧车轮可以单独运动而互不影响，这样在不平道路上行驶时可减少车架和车身的跳动，而且有助于消除转向轮不断偏摆的不良现象。2、减少了汽车的非簧载质量。3、采用断开式车桥，发动机总成的位置可以降低和前移，使汽车质心下降，提高了汽车行驶稳定性，同时能给予车轮较大的上、下跳动的空间，因而可以将悬架刚度设计的很小，使车身振动频率降低，改善行驶平顺性独立悬架的结构类型很多，按车轮运动形式分可分为四类：1、车轮在汽车横向平面内摆动的悬架（横臂式独立悬架），分为单横臂式和双横臂式两种。2、车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架（纵臂式独立悬架），分为单纵臂式和燕山大学专业综合训练说明书2双纵臂式两种。3、车轮沿主销移动的悬架（滑柱连杆式悬架），之中包括烛式悬架和麦弗逊式悬架。4、车轮在汽车的斜向平面内摆动的悬架（单斜臂式烛式悬架）。下面主要就麦弗逊悬架进行运动分析与计算。燕山大学专业综合训练说明书3第一章麦弗逊悬架简介1·1麦弗逊悬架当今世界用的最广泛的轿车前悬架之一便是麦弗逊悬架，麦弗逊悬架由通用公司的厄尔·S·麦弗逊在1947年研发的。麦弗逊悬架结构简单，所以它轻量、响应速度快，并且在一个摇臂和支柱的几何结构下能自动调整车轮外倾角，让其能在转弯时自动适应路面，让车轮的接地面积最大化。1·2麦弗逊悬架与车轮定位参数的关系麦弗逊悬架的筒式减振器上铰链的中心与横摆臂外端的球铰链中心连线为主销轴线，此结构为无主销结构。当车轮上下跳动时，因减震器的下支点随横摆摆动，故主销轴线的角度是变化的，这说明车轮是沿着摆动的主销轴线而运动，因此这种悬架在变形时，使得主销的定位角和轮距都有变化，然而，如果适当的调整杆系布置，可使车轮的这些定位参数变化极小。1·3麦弗逊悬架的优缺点麦弗逊式悬架的优点是：结构紧凑，车轮跳动时前轮定位参数变化小，有良好的操纵稳定性，加上由于取消了横臂，给发动机及转向系统的布置带来方便。其缺点是滑动立柱摩擦和磨损较大，为减少摩擦，通常是将螺旋弹簧中心线与滑柱中心线的布置不相重合，还可以将减震器导向座和活塞的摩擦表面用减磨材料制成，以减少磨损。虽然麦弗逊悬架并不是技术含量最高的悬架系统结构，但它是一种经久耐用的独立悬架系统，具有很强的道路适应能力。燕山大学专业综合训练说明书4第二章麦弗逊悬架的运动分析与计算2·1麦弗逊悬架后视简图麦弗逊悬架的后视结构简图如图2-1所示，主要由减震器、弹簧、下摆臂及转向节构成。图2-12·2麦弗逊悬架的运动分析车轮跳动时会引起轮距和轴距的变化，进而会影响转向轮的定位参数，下面就车轮的不同跳动情况进行分析。2·2·1单侧车轮上跳如图2-2所示为车轮上跳时的运动及受力情况。当车轮向上跳动一定量时，对应的下摆臂O