面向轿车独立悬架应用的导向机构创新设计理论与方法研究

本项目针对悬架类导向机构在运动空间导向、在非运动空间传力的共性设计需求，基于运动与约束互易的观点，将机构结构设计的本质分为运动空间自由度特性和非运动空间约束特性两个对偶的需求系统，应用螺旋理论描述其结构设计模型。面向轿车独立悬架运动导向与传力刚度要求，采用支链力约束设计与支链间力约束配置相协调的思路，主动配置机构动平台各向冗余约束数和类型，提出一种既满足导向要求又能调控结构各向刚度的机构型综合和功能结构化设计的系统方法。在此基础上，采用线几何理论，以有限位置刚体导引为目标，开展导向机构尺度综合方法研究，从而为K&C分析、性能仿真以及工程实用化奠定坚实基础。兼顾机构自由度和冗余约束特性的机构型综合和功能结构化设计新方法，对完善传统型综合理论具有重要的科学意义，为我国轿车独立悬架导向机构的原始创新设计和自主工程开发提供一条切实可行的途径。

悬架系统是车辆底盘设计的灵魂，是直接决定乘坐舒适性和操纵稳定性的关键总成。导向机构作为悬架系统的基础架构，除了在运动自由度空间导向，还在非运动自由度空间传力。目前国内汽车业界在车型开发中只能借鉴现有悬架结构，尚不具备自主开发悬架导向机构的相关理论和技术。因此，开展面向轿车独立悬架应用的导向机构设计理论探索，具有重要的科学意义和工程应用价值。.本研究首先针对现有独立悬架导向机构类型的多样性，以拓扑图表示方法为基础，分析总结了众多已商用及专利和论文中公开报道的独立悬架导向机构的拓扑构造特性，归纳总结出其共性设计需求和限制。根据其在运动空间导向，在非运动空间传力的要求，提出了悬架导向机构不仅应满足运动空间自由度特性还应兼顾非运动空间过约束特性的结构设计思路。根据工程应用的设计需求和限制，提出了按独立回路数进行独立悬架导向机构拓扑结构创新设计的方法和步骤，对一类具有三个基本回路的独立悬架导向机构的原始运动链进行了系统的拓扑结构综合，并给出了一系列具体的功能结构化实例。.其次，系统分析总结了独立悬架导向机构的刚体运动学性能指标体系，明确了其几何定义以及对整车性能的影响。应用空间几何原理，建立了悬架导向机构位置分析和基本性能指标计算的方法和步骤。应用螺旋理论，对悬架导向机构的导向功能进行了深入研究，应用转向节的运动螺旋（螺旋轴方位和节距）深刻刻画了其导向运动特征。根据运动螺旋参数，提出并精确定义了导向机构的瞬时运动学性能指标体系，揭示了参数间的相互影响和耦合特征。在Matlab下完成了相关的计算代码开发，对麦弗逊式转向悬架、双横臂式转向悬架和一种3-SU-SP并联多连杆型非转向悬架进行了具体的仿真分析和评价，并在项目合作企业得到实际应用，为悬架参数调校提供了有力支撑。.以上研究成果，不仅为新型悬架导向机构的创新设计和选型提供了一条有效途径，而且提供了一系列可供选择的候选运动链。同时，瞬时运动学性能指标的提出，以及基于螺旋理论的分析方法，为独立悬架的刚体运动学特性分析提供了一种新的视角和新的手段，为独立悬架导向机构的自主设计开发和性能评估奠定了重要基础。相关研究成果亦已成功应用于脉动式无级变速器的开发。在国家自然科学基金支持下，已发表论文8篇，已录用待发表4篇，申报专利2项，毕业硕士研究生3人，出站博士后1人。