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研究生:陳民哲
研究生(外文):Min-Zhe Chen
論文名稱:汽車半主動式懸吊系統之最佳阻尼值與下控制臂應力分析
論文名稱(外文):The Optimum Damping and LCA Stress Analysis of Automotive Semi-Active Suspension System
指導教授:鄭俊誠鄭俊誠引用關係
指導教授(外文):Jyun-Cheng Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:機械工程系碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:160
中文關鍵詞:有限元素方法田口方法阻尼參數避震器舒適性
外文關鍵詞:finite element methodTaguchi methoddamping parametershock absorbercomfort
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本研究主要是以汽車半主動式懸吊系統之舒適性分析做探討,包含行經半正弦波、人孔蓋、短波與長波等路面。並使用田口方法(Taguchi method)來設計避震器最佳阻尼值,以改善駕駛者較佳乘坐舒適性,並探討最佳阻尼值後對於前懸吊系統(麥花臣懸吊)之下控制臂的影響程度,影響程度探討包含下控制臂受力所產生應力值,探討最佳阻尼值後應力值是否有影響,並且能提供應力值做為零件強度設計為參考依據。因此本研究使用汽車動態模擬軟體ADAMS/Car,建構全車模型進行動態模擬分析,並使用電腦輔助設計軟體Pro/Engineer建構下控制臂模型,再藉由有限元素分析軟體ANSYS之前處理器輸出模態中性檔(modal neutral file)又稱彈性體(flex body),最後把模態中性檔(modal neutral file)匯入ADAMS/Car進行下控制臂動態應力模擬分析,並比較ANSYS與ADAMS/Car兩套軟體求解動態應力上的差異。
因此本研究結合了汽車動態模擬分析、田口方法、電腦輔助設計(CAD)與有限元素方法等技術,來建立汽車前期開發系統,進而擷取所需要的相關資料與數據。以其縮短開發時程與費用。
The purpose of research is comfort analysis of automotive semi-active suspension, including passing through the road surface of semi-sinusoidal wave, the manhole, the shortwave and long wave. And using the Taguchi method to design the optimum damping of shock absorber in order to improve seat comfort and analyzing the influence on stress in low control arm (LCA) stress of suspension system (Macpherson suspension) under optimum damping. The stress analysis of LCA can offer the stress data to be the reference in component intensity design. Hence, the research applies CAE software ADAMS/Car in constructing the whole car model to carry on dynamic simulation analysis and CAD software Pro/Engineer in constructing LCA model. Furthermore, using modal neutral file (flex body) in ANSYS imports modal neutral file to ADAMS/Car to carry on the simulation analysis of dynamic LCA stress and compares the solution difference of dynamic stress in ANSYS and ADAMS/Car software .
Hence, this research combines dynamic simulation of automotive analysis, Taguchi method, CAD, finite element method, and so on to set up automotive in earlier research stage and get the relevant information and data which could be needed. This is in order to cut down the developed time and expenses.
中文摘要……………………………………………………………………………. i
英文摘要……………………………………………………………………………. ii
誌謝…………………………………………………………………………………. iii
目錄…………………………………………………………………………………. iv
表目錄………………………………………………………………………………. vii
圖目錄………………………………………………………………………………. x
符號說明……………………………………………………………………………. xvi

一、 緒論…………………………………………………………………………... 1
1.1 前言…………………………………………………………………….. 1
1.2 研究動機……………………………………………………………….. 2
1.3 文獻回顧……………………………………………………………….. 3
1.4 論文架構……………………………………………………………….. 4

二、 汽車懸吊系統之構造與原理………………………………………………... 6
2.1 懸吊系統介紹…………………..………………………..…………….. 6
2.1.1 懸吊系統功能與構成…………………………………………....... 6
2.1.2 懸吊系統種類………………………………………………….….. 9
2.2 汽車基本原理………………………………………………………….. 14
2.2.1 四輪定位與定位角度……………………………………………... 14
2.2.2 汽車相關性質……………………………………………………... 17

三、 懸吊系統之數學、實體模型與彈性體下控制臂之建構與模擬分析……… 21
3.1 懸吊系統數學模型建構與分析………………….…………………….. 21
3.1.1 數學模型建構與運動方程式推導……………………..…………. 21
3.1.2 規則凸起路面之暫態反應………………………………………... 23
3.2 懸吊系統實體模型與彈性體下控制臂模型之建構及分析………..…. 26
3.2.1 實體模型之建構分析………………….…………………….…….. 26
3.2.2 彈性體下控制臂模型之建構與驗證…………………….….…….. 30
3.3 懸吊系統之實體模型與彈性體模型之模擬分析及驗證……….…….. 36
3.4 懸吊系統之避震器阻尼值範圍參數設計…………………………….. 38

四、 田口方法之最佳參數分析…………………………………………………... 41
4.1 最佳參數之設計方法與流程…………………………………………... 41
4.1.1 田口方法參數之設計條件……………………………………….. 41
4.1.2 不同車速下左側行經規則凸起路面之參數設計流程…..……..… 43
4.2 半正弦波路面之最佳參數設計……………………………………….. 45
4.2.1 模擬車速40(km/hr)左側行經半正弦波路面參數設計……….….. 45
4.2.2 模擬車速80(km/hr)左側行經半正弦波路面參數設計………..…. 59
4.3 人孔蓋路面之最佳參數設計………………………………………….. 62
4.3.1 模擬車速40(km/hr)左側行經人孔蓋路面參數設計…………..…. 62
4.3.2 模擬車速80(km/hr)左側行經人孔蓋路面參數設計……….…..… 75
4.4 短波路面之最佳參數設計…………………………………………….. 78
4.4.1 模擬車速40(km/hr)左側行經短波路面參數設計…………….….. 78
4.4.2 模擬車速80(km/hr)左側行經短波路面參數設計…………….….. 91
4.5 長波路面之最佳參數設計…………………………………………….. 94
4.5.1 模擬車速40(km/hr)左側行經長波路面參數設計………….…….. 94
4.5.2 模擬車速80(km/hr)左側行經長波路面參數設計…………….….. 107
4.6 規則路面之舒適性分析……………………………………….………. 110
4.6.1 最佳參數與範圍參數加速度值分析…………………………….... 110
4.6.2 最佳參數與範圍參數於各種規則路面加速度值比較分析..…...... 116

五、 半主動式懸吊系統之下控制臂受力與應力分析…………………………... 119
5.1 半主動式懸吊系統之下控制臂受力分析……..……………………… 121
5.1.1 半正弦波路面之半主動式懸吊下控制臂受力分析…………….... 121
5.1.2 人孔蓋路面之半主動式懸吊下控制臂受力分析………….……... 123
5.1.3 短波路面之半主動式懸吊下控制臂受力分析…………….….….. 126
5.1.4 長波路面之半主動式懸吊下控制臂受力分析…………….….….. 128
5.2 半主動式懸吊系統之下控制臂應力分析.………….…….………….. 130
5.2.1 半正弦波路面之半主動式懸吊下控制臂應力分析……………... 136
5.2.2 人孔蓋路面之半主動式懸吊下控制臂應力分析……………..…. 138
5.2.3 短波路面之半主動式懸吊下控制臂應力分析…………………... 140
5.2.4 長波路面之半主動式懸吊下控制臂應力分析…………………... 142
5.2.5 半主動式懸吊下控制臂應力值於ANSYS與ADAMS比較分析 144
5.3 不同阻尼參數於半主動式懸吊系統之下控制臂應力分析…….….… 145
5.3.1 最佳參數與範圍參數於半正弦波路面之下控制臂應力分析….. 145
5.3.2 最佳參數與範圍參數於人孔蓋路面之下控制臂應力分析…….. 147
5.3.3 最佳參數與範圍參數於短波路面之下控制臂應力分析……….. 149
5.3.4 最佳參數與範圍參數於長波路面之下控制臂應力分析……….. 151
5.3.5 半主動式懸吊下控制臂應力值比較分析………………………... 153

六、 結論與未來展望……………………………………………………………... 154
6.1 結論…………………………………………………………………….. 154
6.2 未來展望……………………………………………………………….. 155

參考文獻…………………………………………………………………………….. 157
附錄 ARTC測試道路面規範…………………………………………………... 159
簡歷………………………………………………………………………………….. 160
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