英语原文共 7 页
麦弗逊悬架各组分分析的文献综述
By Saurabh D. Shinde , Shruti Maheshwari, Satish Kumar
Department of Mechanical Engineering, Symbiosis Institute of Technology, Symbiosis International University, Pune, India
摘要
麦弗逊悬架系统由支柱安装组成，有助于隔离道路振动和噪音进入乘客舱。 对于安全驾驶和舒适骑行，悬架系统起着重要作用，但失效会导致重大事故。 由于悬架系统设计不良，导致振动和噪音过大。支柱安装件上的高阻力阻止导致支柱安装失效。不过，许多主题尚待研究。本文总结了这些差距和未来的范围，将进一步研究，并在下一篇论文中实施设计变更。
关键词：多体仿真; 动态分析; 麦克弗森支撑悬架; 凹凸负荷; 支撑组件; CATIA V5;HYPERMESH;ANSYS; MATLAB和ADAMS。
1.简介
在许多现代车辆中，麦弗逊悬架系统因其紧凑的尺寸，重量轻，高耐用性和良好的骑行品质而被广泛使用。这种类型的悬架系统可用于前后悬架，但它主要用于汽车的前部组件，它提供转向枢轴以及车轮的悬架安装。麦弗逊悬架由下控制臂，主轴，支柱，支柱架，上下阻尼器组成。
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Nomenclature 命名 FEM: Finite Element Methods 有限元方法 CAD: Computer Aided Design 计算机辅助设计 CF: Crest Factor 波峰因数 MPV: Multi-Purpose Vehicle 多功能车 MEMS: Micro-Mechanical Inertial Sensors 微机械惯性传感器 |
控制臂借助旋转接头连接到底盘。麦弗逊悬架系统的下控制臂和支柱通过球形接头连接。活塞杆接头在圆柱形接头的帮助下连接支柱，整个组件在球形接头的帮助下连接车辆的底盘。支柱和底盘沿着活塞杆放在弹簧和阻尼器之间，以吸收由道路颠簸引起的冲击和振动。拉杆还通过球形接头连接麦弗逊悬架系统的支柱。主要是麦弗逊式悬架系统用于支撑车辆的重量，从而有效隔离底盘，使其不受道路崎岖的激励，保持车轮更好的转向控制，并且外倾角保持在极限范围内，以便车辆的等级保持与路面接触。用于车轮的悬架系统对于将轮胎保持在道路上具有重要作用，更好的骑行质量和最小化对车身的瞬时力。
本文是对文献论文的回顾，用于理解先前执行的基于计算机辅助工程的方法，用于模拟麦弗逊悬架系统及其相互连接的各种部件。支柱安装是麦弗逊悬架系统的重要互连部件之一，它经受由于道路颠簸而产生的高力，并且很可能趋于失效。支柱安装可以隔离车辆的轮胎噪音和振动，是连接车辆底盘的安装点。在该文献综述中，研究了先前使用的不同模拟技术，其基于静态，动态使用多体模拟，借助于各种软件进行有限元分析。从评论中可以看出，到目前为止所做的研究趋向于采用动态，疲劳，运动等方法，分别针对麦弗逊悬架系统的不同部件进行处理，如下控制臂，螺旋弹簧，上阻尼器，下阻尼器，枢纽和麦弗逊支柱。
2.麦弗逊支柱悬架系统设计改造综述
优化设计麦弗逊式支柱悬架系统的各种部件，如螺旋弹簧，下控制臂，以改善车辆操控性，平稳行驶，提高转向稳定性。 重质材料被轻质材料取代，具有更高的强度.麦弗逊的弹簧是根据负载考虑设计的。 基于模拟结果进行装配修改已经测试了车辆性能。
由于材料成分不合理和线圈涂层不当，车辆悬架系统中的线圈弹簧失效，导致材料疲劳和腐蚀。车轮失衡是由于不对中也会导致悬架部件的不均匀磨损导致螺旋弹簧失效，因此Manoj A. Kumbhalkar等[2014]通过分析材料的化学成分开始对螺旋弹簧进行故障调查。通过使用光谱仪对螺旋弹簧的失效部件进行实验来进行。根据材料的机械性能，在不同的加载条件下通过分析和有限元分析继续进行应力分析。根据元素应力所示的结果，由于最大应力，螺旋弹簧的实际故障是在第二至第三线圈处。给定材料的应力分析和失效表明，由于设计不合格时曲率点处的应力增加而发生故障，并且牵引力在各种速度下最大[20]，如下图1和图2所示。
图1 螺旋弹簧失效
Husain Kanchwala等[2014]，开展了单座电动汽车丰田-COMS的悬架系统模型构建，硬点优化和实验关联。不同的CAD软件用于从MSC Nastran软件导入柔性体和刚体模型，使用坐标测量机进行精确硬点测量和ADAMS模拟。 结论是通过优化硬点进行被动控制，使车辆操控性更好，行驶平稳，操纵稳定性更好，制动控制更省力，使驾驶更舒适。 在以前的论文中，没有进行实验验证[7]。
S.C. Jain等人[2014]，已经研究了螺旋弹簧和麦弗逊悬架系统的工作，以提供更舒适的乘坐和悬架系统的修改。 根据文献中的变化结果，可以看出悬架系统中如何发生变化。 结果表明改进的悬架系统由于其改进的部件而提供比原始悬架系统更好的骑行质量[3]。
Jiao Wang等[2016]，已提出在滚动工况下，滚动中心的高度过大，在转向状态下，主销偏移过大，机械径太小。分析麦弗逊的后点，外点和ADAMS对减震器的超越点的敏感性。这种设计提高了悬架的性能，也没有像以前的纸张轧制工况那样采用类似车辆的设计标准[9]。
M.J. Thoresson等人[2009]提出了在对越野车辆悬架系统进行基于梯度的优化时梯度信息的有效确定。 ADAMS软件包用于模拟休闲越野车辆并且为了执行优化MATLAB耦合，并且动态Q，逐次逼近方法用于获得阻尼器和弹簧特性的优化结果。 结果显示了适当缩放的简化模型目标函数，代表了完整仿真模型的目标函数值，但表现出更快，更少的数值噪声[6]。
M. Mahmoodi Kaleibar等[2013]研究过，最有效的方法是优化越野车悬架系统，从而提供更好的车辆稳定性及其控制。 ADAMS软件用于模拟综合优化的越野车辆悬架系统。 因此，结果显示了优化的悬架系统，改善了车辆操控性和更好的乘坐舒适性[11]。
Lu Sun [2001]提出了一种设计车辆的概念，该车辆应该是道路友好的，并且将路面荷载识别为车辆悬架设计的主要目标函数。采用直接更新方法，通过步进梁悬架系统的动态响应得到随机过程理论，当轮胎载荷作为悬架设计优化过程的目标函数时，进行。 根据所示的数值结果，具有高气压的轮胎将导致路面结构的损坏，并且还增加了悬架系统的阻尼，但轮胎的阻尼可以减少轮胎的负荷和路面损坏。
3.分析麦弗逊悬架系统组件的重要性
麦弗逊悬架系统是汽车的重要组成部分，有助于支撑车辆重量，吸收道路冲击并提供更好的乘坐舒适性。 道路颠簸传递到车辆的车轮，并且存在车轮的事件，例如平行的，相反的和极端的车轮行程，由此在互连部件的各个点处产生最大的力，这可能导致各种悬架系统部件在动态条件下失效 如下控制臂，螺旋弹簧，支柱，支柱安装，主轴和拉杆。 所以力的产生应该是最小的，以提高悬架系统的效率。 为了通过最小化重量来增加强度，应选择适当的材料。 为了满足这些要求，需要对这些组件进行分析。
基于分析类型的麦弗逊悬架系统回顾：
3.1动态分析
在动态分析中，应力值随时间变化。 在车辆悬架系统的实际运行状态下，值随时间变化。 因此，悬架系统的动态分析显然会给出更接近实际结果的更真实的结果，因此大多数研究人员动态地进行了测试，以使该值与实时数据相匹配。
图2 麦弗逊式悬架
Chetan S. jadhav等[2014]，对麦弗逊的基线平行轮行程和制动拉力分析进行了分析，完成了双叉骨系统的建模和分析，仿真结果以图形的形式显示，改动基于 关节的位置。 通过使用ADAMS软件分析平行车轮行程和制动拉力的车轮的两个运动。 这种分析是为了更好的驾驶和提高操控性能，而在之前的论文中只进行了麦弗逊悬架的数学建模[1]。
Xiaobin Ning等[2011]研究制作了一个ADAMS参数模型，该模型与知识工程应用程序有关，该应用程序专注于设计人员快速进行设计迭代，以减少开发所需的时间。 该模块开发用于分析前后悬架系统的时间较短，通过使用ADAMS完成系统的动态和运动分析，这在以前的论文中没有完成。 结果表明，通过使用分析模块进行前后悬架测试，其中有偏移频率，脉冲激励表明共享底盘满足乘坐舒适性[10]。
Darshan Vijay Wale [2012]，对麦弗逊支柱和扭梁的硬点进行了灵敏度分析，以量化车辆的乘坐舒适性和操纵特性。经典方法，计算方法，ADAMS软件用于进行灵敏度分析。SPMM结果与ADAMS / CAR结果非常匹配。 因此，平均而言，在值中获得的相关关系为75％，因此它提供了更好的乘坐舒适性和车辆操纵性。对麦弗逊支柱和扭梁的硬点进行了灵敏度分析，这在以前的论文[12]中没有进行过。
S. J. Chikhale等人[2013]提出了四分之一汽车模型的悬架系统，以简化振动分析，其中驾驶员的健康也是汽车稳定性的一个重要方面，但主要目的是最大限度地减少多目标函数，这种函数不仅结合了轮胎偏转和悬架偏转，而且还结合了波峰因数（CF）和头部加速度，这在ADAMS和MATLAB Simulink的车辆悬架系统的季度车型中没有像往常那样实现。 通过给出步骤输入振动分析，用于比较结果[13]。
A. Purushotham [2013]，通过不仅考虑底盘的垂直运动而且考虑车轮组件的旋转和平移，开发了麦弗逊悬架的数学模型，其中包括车轮质量及其绕纵轴的惯性矩。 MATLAB Simulink用于模型的实现，其动力学已经使用ANSYS软件开发的真实二维模型进行了验证。 比较了ANSYS模型和Simulink数学模型的结果，显示了汽车底盘的位移和加速度，为乘客提供了更好的舒适度[2]。
Dilip Kotiya先生等人[2015]通过与配备高速F1车辆的双横臂悬架系统进行比较，对麦弗逊悬架系统进行了设计和分析。 Wishbone悬挂系统在CATIA V5中设计，在ANSYS中进行分析并用于结果验证使用悬浮分析软件，即Lotus Shark。 根据两种悬浮液的研究，我们总结说，与麦弗逊支柱相比，双叉骨在动态条件下具有更好的结果。 在本文中，对两种悬架系统进行了不同条件的比较，这在以前的论文中尚未完成[14]。
Dongchen Qin等人[2015]介绍了悬架系统如何通过灵敏度分析直接影响MPV车辆的转向稳定性和乘坐舒适性等性能参数。 多功能车辆（MPV）前悬架系统的多体动力学模型在ADAMS中建模，前轮的位置参数模拟在ADAMS中进行。 与之前论文的结果相比，本研究提供了改进的结果，显示了前悬架系统的运动性能，转向稳定性，灵敏度分析和优化设计，提供了更好的操纵稳定性和乘坐舒适性[15]。
V.Totus等人[2013]通过考虑半车模型考虑用于越野车辆的车轴导向连杆，研究了悬架系统的动态特性，该系统影响悬架系统的柔性接头。 在ADAMS中模拟车轮越过凸块时，动态悬架模型已经过测试。 与上一篇论文相比，可以准确预测悬架系统的动态行为，而无需经过昂贵的物理原型构建和测试[18]。
Rosen Miletiey等人[2013]研究了安装在振动台上的MEMS惯性数据采集系统，以分析静态车辆悬架动力学。 使用微机械惯性传感器（MEMS）对悬架振动进行测量和数据分析，以获得悬架动态响应。 结果显示了组合的时域和频域分析，与先前的论文相比，可以快速，友好地计算悬架动态响应[17]。
3.2疲劳分析
通常对经受波动或循环载荷的部件进行疲劳分析。 麦弗逊支柱悬架系统的一些部件，例如螺旋弹簧，支柱安装等，不断受到波动和循环载荷的影响，因为悬架系统中的部件出现故障，一些研究人员研究了这些部件以找到替代解决方案以避免 零件故障如下表2所示
支柱安装是麦弗逊悬架系统的重要互连部件之一，它经受由于道路颠簸而产生的高力，并且很可能趋于失效。支柱安装使车辆的轮胎噪音和振动隔离，并且它是连接车辆底盘的安装点，因此Nikita Hardikar等人[2016]提出了对支柱安装的橡胶部件的应力分析通常要求很高，因为它解决了复杂的困难橡胶的行为。零件建模在CATIA V5中完成，ANSYS用于确定橡胶上的应力集中，用于均匀啮合和在组件的一个平面内旋转网格HYPERMESH软件。结果显示橡胶在力作用于其后的行为，通过相关性和分析设计可以改变以获得更好的结果和对部件的疲劳研究。如本文所述，对橡胶部件进行了设计分析，与之前的论文一样，麦弗逊支柱悬架系统的线圈弹簧设计和分析[5]，如图3所示。
图3 支柱安装失败
Shrikant S. Dodamani等[2016]为McPherson Strut悬架系统设计了线圈弹簧，并在静态，疲劳加载条件下分析了这种改进模型，我们选择了良好的疲劳强度材料，在其机械性能的现有材料中。 螺旋弹簧的建模已经在CATIA-V5中进行，在HYPERMESH中进行了网格划分的预处理，并且使用ANSYS工作台具有求解器。 结果表明线圈的设计是安全的，根据von-misses标准我们得到整个装配正确的路径，从疲劳分析我们知道模型的寿命更长，而在以前的文章分析是为了更好的乘坐和改善处理性能[4]。
3.3运动学分析
运动学分析用于描述运动，运动是测量
资料编号：[5790]
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