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1、 1 外文原文 2 外文译文2009-01-0225兼容的链接悬挂John C. Ziegert, Beshah Ayalew, Vincent Lee and Souharda Raghavendra Clemson UniversityAndreas Obieglo美国宝马集团Copyright 2009 SAE International摘要本报论述了用于开发高性能汽车的一个兼容链接悬挂的概念。这个悬架使用兼容或灵活部件来储存能量和指导运动功能。设计目标是实现类与基准原厂制造悬挂比较有相似的弹性运动学性能，进而使用更少的组件和减少质量和复杂性,也提供了潜在的包装的优势。该悬架系统可以取代
2、现有的用兼容的链接控制臂的三元支撑悬架，它能存储悬架在垂直弯曲运动时产生的能量。随着尺寸和附件点的位置的改变，计算模型可以模拟评估弹性运动学性能，进而使设计得以不断的改进， 直到预测性能和基准悬架性能密切匹配。一个兼容的链接模型悬架的提出和可调测试设备在一起建造，并通过实验来验证模拟结果。与旧悬架相比，新悬架没有那么复杂,那么重，也不牺牲悬架的基本弹塑性-运动性能。介绍车辆悬架通常使用刚性的链接来为车轮提供运动导向，弹簧和阻尼器在车轮运动时存储和释放能量。这项工作的目的是设计一个悬架系统，通过使用兼容或灵活的链接来功能集成地指导运动和存储能源的任务，悬架性能很少或根本没有妥协。利用兼容的链接悬
3、挂，我们希望 可以减轻重量和部分计数，并最终降低生产成本。悬架中使用兼容成员的概念来自通用兼容机制，它是一个开展运动或转移能量的过程，同时作为一个能源存储机制1。本文集中在设计和评价高性能车辆的后悬挂装置，利用兼容部件对两轮进行运动指导和能量储存。传统的和现有悬架的衬套和弹簧形式为一体化的（线圈和钢板）【2】，在今天，发现上许多轻型卡车生产基本类型的兼容悬架的纵向钢板弹簧 3。钢板弹簧储能量和提供车车轮指导是通过通过钢板的弯曲来完成的。这些钢铁做的钢板弹簧通常按长度不同逐步堆放钢板，研究表明复合弹簧的使用可以减少车重和增加钢铁的耐用性 (4、5)。本文描述了一种利用变体设计兼容悬架来替换现有的
4、链接原厂制造悬挂的发展。现有的原厂制造布局利用纵向刚性连接,它支撑着轮架，连接两个侧轮臂和底盘进而为车轮导向。我们的变体设计用三元支持兼容的链接来替换外侧连接。原厂制造悬挂最初的引用在ADAMS模拟，结果相比于运动学和兼容性测试以确保数据模型真实度。随后，在ADAMS建模上使用兼容的链接。在ANSYS用的是兼容的链接和他们的特点是设计模态描述的降低，在ADAMS的设计中。这模型被用于迭代设计的兼容部件，弹性运动学复制品是悬架性能的最为密切参考。最后,建立一个可调测试设备对兼容的悬架的模进行实验。测试设备测试所有原厂制造悬架的原始组件，除了上外侧链接，取而代之的是一个三元支持的车体组件的钢板弹簧
5、，即三元支撑。额外的硬件的装配是附加和支持复合弹簧的两端和中间。从模型获得的测试结果用于验证在ADAMS兼容的悬架模型的模拟结果。兼容的悬架设计理念使用兼容的机制概念的悬架过去已经探索了6。在这里我们专注于实现现有车辆中的这个概念。生成了许多不同的链接设计概念。最后选择开发和测试的设计概念,是一个单一三元支撑兼容的链接取代了原厂制造悬挂的上臂和线圈弹簧用。一个三元链接被定义为一个简单的链接与三个铰链接合的连接。图1显示了一个三元的安排使用上臂悬架的简单的配置。链接轮架的铰接在车轮右端, 底盘的铰接是个支点。左边的链接是连接到底盘的铰接卸扣。卸扣允许有效长度变化的联系,因为它会弯曲。在这设计，从
6、支点到车轮的距离是车轮在反弹,回弹运动主要影响因素，而整个链接长度对在弯曲的弹性应变能的能量存储利用有影响。这种方法倾向于分离设计链接提供的适当的运动轮和指导设计链接提供的适当的垂直刚度和范围运动，同时还利用单个元素功能。修改现有的后支架有必要整合三元链接。最重要的修改包括支点，一个规定的卸扣及其附件。兼容性悬架仿真和模型多体动力学仿真软件ADAMS用于模拟兼容悬架的性能。现有的悬架模型是在ADAMS上建立模型和模拟它的性能特征。一旦现有悬架模式改进至悬架成功实现运动学和验证测试数据，上臂的悬架模型将被替换为一个三元支持兼容链接。实现这一目标，需要建立兼容的链接模型和使用有限元分析软件对其进行
7、分析，ADAMS 将使用ANSYS和一个简化的动态变形模型。运算结果的模型受到准静态轮载进而导致轮架受到80毫米反弹,恢复运动，这就可以预测弹性运动学车轮与车身夹角和兼容的链接悬架的弯曲性能。实现类似或更K&C 测试结果的效果需要对兼容的链接的几个位置参数包括支点，兼容链接的长度和卸扣接合点进行迭代优化。一旦兼容悬架模型改进到K&C的参考数据，需要开发测试设备进一步对兼容的悬架进行验证(图2)。可调测试设备是替换发现原厂制造汽车后支架上悬架硬点。这个测试夹具有适应原厂制造悬挂的标准悬挂组件和修改后的兼容链接的能力。通过修改架子上的复合钢板弹簧，上控臂被弯曲的部件组合代替了。卸扣的支架安装和中间
8、支点点增加到测试设备上。车轮与车身夹角角度和曲面测量变化(角度和曲率梯度)是对抗垂直的Zeiss Pro-T高度变化进行水平臂能力成熟度模型。类似于进行在ADAMS上的模拟，测试设备是第一个测试运动学与安装到框架标准悬架部件的设备。来自原厂制造的一部分标准的悬挂的能力成熟度模型结果与从完整的车辆验证标准悬挂部分测试获得的正确测试设备的K&C数据相比较。随后, 兼容的链接取代上层控制臂，枷锁和额外的支架需要新的设计和进行类似的测量。派生的一个虚拟轮中心线是测量垂直悬挂的兼容性的。垂直力对悬架的垂直偏转使用安装在支架重力传感器和附加到纵臂与加载点轮中心线来衡量。整个测试结果是模型进一步与ADAMS
9、进行仿真和车辆的原始K&C测试数据相比较。测试结果与K&C测试数据比较，本节总结了通过标准以及兼容的悬挂在ADAMS悬架的仿真和模拟的结果。在改进阶段的兼容悬架，用标准悬架部件和建立模型来验证其K&C测试数据的运动行为。图3显示了一个模型比较，ADAMS模拟和装上标准组件的悬架的K&C测试数据。曲率梯度的垂直行程载体显示了预期的负外倾角反弹和正曲率运动恢复约等于K&C数据,但在极端行驶请况下会有0.5度的不足。一旦从K&C ，ADAMS仿真和物理实验标准悬挂组件之间实现测试结果的一致性, , 兼容部件的链接就会替换上悬挂。兼容的部件相同的虚拟和物理实验就会变得重复。图4显示了兼容的链接悬架模型
10、在垂直位移的外倾角变化，ADAMS模拟结果和原始悬挂的K&C测试数据相同。结果表明, 相对于原厂制造悬挂兼容的悬挂可以产生一个更大的弯度。我们发现在模拟和测试中改变静态(卸载)可以改变兼容的链接悬挂的曲面曲率梯度。悬架的运动学分析也延伸到测量ADAMS的车轮与车身夹角度变化，它被拿来与模拟的结果和K&C测试数据进行比较。图5显示了模拟的力矩梯度与物理实验数据。相比于刚性链接悬挂，兼容的链接悬挂倾向于显示更高的车轮与车身夹角变化。使用兼容的链接可以在模拟中观察到高偏差的可以最小化连续车轮与车身夹角而不是当前初始曲率的链接。然而, 兼容的链接组件的限制不允许这个选项进行物理测试。进一步分析悬架控制
11、力作用于悬架的响应，并与原厂制造悬挂的结果相比。图6 - 8显示悬挂垂直力，纵向力和横向力的响应。因为我们的链接是来自一个售后市场的组合装配式钢板弹簧，为其他应用而设计的，垂直和侧向力比较。偏转特性和从K&C数据或原始悬挂ADAMS模拟提供的数据相匹配。然而,我们相信, 适合这个应用程序一个兼容的链接是可以设计来改进原始悬架在垂直和横向刚度特点的匹配。如图8中可以看到,从目前的ADAMS仿真兼容的链接,它显示，纵向力与原始的硬链接悬架位移特征并不能很好地匹配。需要进一步考虑其他的选择的工作，比如在这个特定的反应下调整所有链接的硬点布置和改变兼容的链接改善几何匹配。结论基于模拟和实验,看来三元支
12、持兼容的链接可以是一个可行的选择标准原厂制造悬架螺旋弹簧和刚性连接。优化几何链接和链接点需要重复标准的悬架的弹塑性运动学性能特征。三元支持链接允许从轮架支点到链接点间长度的变化，从而使车轮运动学可以脱离垂直顺性。使用一个现有货架玻璃纤维钢板弹簧切割长度设计替换原厂制造悬挂的上面的链接，我们获得类似于原厂制造悬挂的弹性运动学响应。重复的车轮与车身夹角角度和纵向力响应可能需要额外的改进。我们相信,在进一步优化和详细控制兼容的悬架其他的设计变量，甚至通过替换下控制臂和一个额外的兼容的链接时,它可能会完全复制原厂制造悬架弹性运动学的性能。致谢这项工作是由德国慕尼黑宝马公司；我们很感谢他们对于这项工作的
13、支持。参考文献1Howell, L. L.,“Compliant Mechanisms” Willey Interscience Publication, 20022Sawyer, Christopher A., “Magneti Marelli Redefines Rear Suspension Designs”, Automotive Design & Production, August 2005, Pg. 423Reimpell, J., Stoll, H., et Al, “The Automotive Chassis”, Elsevier Society of Automotive
14、 Engineers 2001 Pg. 25-26 4Morris,C.J.,“Composite Integrated RearSuspension”, Composite Structures V.5 1986 Pg. 233-242 5Sancaktar, E., Gratton, M., “Design, Analysis, and Optimization of Composite Leaf Springs for Light Vehicle Applications Composite Structures V.44 1999 Pg. 195-204 1999 Pg。195 - 2046Allerd T., Howell, L. L., et. Al, “Compliant Mechanism Configuration For Vehicle Suspension Systems”, 2004 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition Proceedings12