基于虛擬技術(shù)的懸架系統(tǒng)試驗(yàn)仿真分析畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　隨著社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步和人們生活水平的不斷提高，自20世紀(jì)80年代以來，汽車作為不可缺少的交通工具，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域和人民日常生活中的地位日益突出。國(guó)內(nèi)、國(guó)際汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)空前激烈。用戶對(duì)汽車安全性、行駛平順性、操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性

2、的要求越來越高。然而，汽車本身是一個(gè)復(fù)雜的多體系統(tǒng)集合，外界載荷的作用復(fù)雜多變，人、車、環(huán)境三位一體的相互作用，致使汽車動(dòng)力學(xué)模型的建立、分祈、求解始終是一個(gè)難題?；趥鹘y(tǒng)的解決方法，需經(jīng)過反復(fù)的樣車試制、道路模擬試驗(yàn)和整車性能試驗(yàn)。如此，不僅需花費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力和漫長(zhǎng)的時(shí)間。而且有些試驗(yàn)由于存在危險(xiǎn)性而難以進(jìn)行。ADAMS軟件采用虛擬樣機(jī)模擬技術(shù)，為上述問題提供了一種較好的解決方案。虛擬樣機(jī)模擬技術(shù)可以用于指導(dǎo)和修正設(shè)計(jì)，按照

3、并行工程的概念組織產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，從而在真正意義上實(shí)現(xiàn)整車系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。</p><p>　　數(shù)字化虛擬樣機(jī)技術(shù)是縮短車輛研發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量的重要途徑。隨著虛擬產(chǎn)品開發(fā)、虛擬制造技術(shù)的逐漸成熟，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)／動(dòng)力學(xué)仿真是數(shù)字化虛擬樣機(jī)的核心和關(guān)鍵技術(shù)。為了降低產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，在樣車制造出來之前利用數(shù)字化樣機(jī)對(duì)車輛的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析和參數(shù)優(yōu)化顯得十

4、分必要。</p><p>　　1.2虛擬樣機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)介</p><p>　　虛擬樣機(jī)技術(shù)(Virtual prototyping technology)是一種在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)(指在某單一系統(tǒng)中零部件的CAD和FEA技術(shù))揉和在一起，在計(jì)算機(jī)上建造出產(chǎn)品的整體模型，并針對(duì)該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進(jìn)行仿真分析，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的整體性能，進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品性

5、能的新技術(shù)。它從分析解決產(chǎn)品整體性能及其相關(guān)問題的角度出發(fā)，較好地解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造過程的弊端。在該技術(shù)中，工程設(shè)計(jì)人員可以直接利用CAD系統(tǒng)所提供的各零部件的物理信息及其幾何信息，在計(jì)算機(jī)上定義零部件間的連接關(guān)系并對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行虛擬裝配，從而獲得機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)：使用系統(tǒng)仿真軟件在各種虛擬環(huán)境中真實(shí)地模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，并對(duì)其在各種工況下的運(yùn)動(dòng)和受力情況進(jìn)行仿真分析，觀察并試驗(yàn)各組成部件的相互運(yùn)動(dòng)情況：可以在計(jì)算機(jī)上方便地修改設(shè)計(jì)缺陷

6、，仿真并試驗(yàn)不同的設(shè)計(jì)方案：對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行不斷改進(jìn)，直至獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案以后，再制做物理樣機(jī)。</p><p>　　虛擬樣機(jī)技術(shù)可使產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員在各種虛擬環(huán)境中真實(shí)地模擬產(chǎn)品的整體運(yùn)動(dòng)及受力，快速分析多種設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理樣機(jī)而言難以進(jìn)行或根本無法進(jìn)行的試驗(yàn)，直到獲得系統(tǒng)級(jí)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用貫串在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，它可以用在概念設(shè)計(jì)和方案論證中。設(shè)計(jì)師可以把自己的經(jīng)驗(yàn)與想象結(jié)合在計(jì)算機(jī)內(nèi)的虛擬樣機(jī)

7、里。讓想象力和創(chuàng)造力充分發(fā)揮。當(dāng)虛擬樣機(jī)用來代替物理樣機(jī)驗(yàn)證設(shè)計(jì)時(shí)，不但可以大幅度縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本和風(fēng)險(xiǎn)，而且能明顯提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。</p><p>　　復(fù)雜系統(tǒng)的力學(xué)模型是多個(gè)物體通過運(yùn)動(dòng)耐連接的系統(tǒng)，稱為多體系統(tǒng)。虛擬樣機(jī)技術(shù)源于對(duì)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究。20世紀(jì)60年代，古典的剛體力學(xué)、分析力學(xué)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的力學(xué)分支——多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在社會(huì)生產(chǎn)實(shí)際需要的推動(dòng)下產(chǎn)生了。其主要任務(wù)是：①建立復(fù)

8、雜機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)程式化的數(shù)學(xué)模型，開發(fā)實(shí)現(xiàn)這個(gè)數(shù)學(xué)模型的軟件系統(tǒng)，用戶只需輸人描述系統(tǒng)的最基本數(shù)據(jù)，借助計(jì)算機(jī)就能自動(dòng)進(jìn)行程式化的處理；②開發(fā)和實(shí)現(xiàn)有效處理數(shù)學(xué)模型的計(jì)算方法與數(shù)值積分方法，自動(dòng)得到運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)；③實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)后處理，采用動(dòng)畫顯示、圖表或其他方式提供數(shù)據(jù)處理結(jié)果。日前多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)已形成了比較系統(tǒng)的研究方法。其中主要有工程中常用的以拉格朗日方程為代表的分析力學(xué)方法、以牛頓歐拉方程為代表的矢量學(xué)方法、圖

9、論方法、凱恩方法和變分方法等。</p><p>　　由于多體系統(tǒng)的復(fù)雜性，在建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程時(shí)，采用系統(tǒng)獨(dú)立的拉格朗日坐標(biāo)將非常困難，而采用不獨(dú)立的笛卡兒廣義坐標(biāo)比較方便；對(duì)于具有多余坐標(biāo)的完整或非完整約束系統(tǒng)，用帶乘子的拉氏方程處理是十分規(guī)格化的方法。導(dǎo)出的以笛卡兒廣義坐標(biāo)為變量的動(dòng)力學(xué)方程是與廣義坐標(biāo)數(shù)目相同的帶乘子的微分方程，還需要補(bǔ)充廣義坐標(biāo)的代數(shù)約束方程才能封閉。Chace等人用吉爾(Gear)的剛性

10、積分算法并采用稀疏矩陣技術(shù)提高了計(jì)算效率，編制了ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)程序。Hang等人研究了廣義坐標(biāo)分類、奇異值分解等算法，編制了ADADS(Dynamic Analysis and Design System)程序。</p><p>　　盡管虛擬樣機(jī)技術(shù)的核心是機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制理論，但沒有成熟的三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)

11、和基于圖形的用戶界面技術(shù)，虛擬樣機(jī)技術(shù)也不會(huì)成熟。虛擬樣機(jī)技術(shù)在技術(shù)與市場(chǎng)兩個(gè)方面的成熟也與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)的成熟及大規(guī)模推廣應(yīng)用分不開。首先，CAD中的三維幾何造型技術(shù)能夠使設(shè)計(jì)師們的精力集中在創(chuàng)造性設(shè)計(jì)上，把繪圖等繁瑣的工作交給計(jì)算機(jī)去做。這樣，設(shè)計(jì)師就有充足的精力去關(guān)注設(shè)計(jì)的正確和優(yōu)化問題。其次，三維造型技術(shù)使虛擬樣機(jī)技術(shù)中的機(jī)械系統(tǒng)描述變得簡(jiǎn)單。第三，由于CAD強(qiáng)大的三維編輯修改技術(shù)，使機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的快速修改交為可能

12、。如此，在計(jì)算機(jī)上的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、優(yōu)化的反復(fù)過程才有時(shí)問上的意義。</p><p>　　綜上所述，虛擬樣機(jī)技術(shù)是許多技術(shù)的綜合。它的核心部分是多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模理論及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)。數(shù)值算法作為應(yīng)用數(shù)學(xué)的一個(gè)分支及時(shí)地提供了求解這種問題的有效的快速算法。計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)及動(dòng)畫技術(shù)的發(fā)展為這項(xiàng)技術(shù)提供了友好的用戶界面。CAD／FEA等技術(shù)的發(fā)展為虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用提供了技術(shù)環(huán)境。目前，虛擬樣機(jī)技術(shù)已成為一項(xiàng)相對(duì)獨(dú)

13、立的產(chǎn)業(yè)技術(shù)，它改交了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。</p><p>　　1.3本文主要研究?jī)?nèi)容及意義</p><p>　　1.3.1本文主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本文采用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法和虛擬樣機(jī)技術(shù)，以美國(guó)MDI公司的ADAMS軟件為平臺(tái)，根據(jù)某汽車制造廠家提供的建模參數(shù)，建立了某轎車的麥弗遜式前獨(dú)立懸架虛擬樣機(jī)仿真分析模型，對(duì)該前懸架進(jìn)行

14、了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，分析了懸架定位參數(shù)隨車輪跳動(dòng)行程的運(yùn)動(dòng)特性，并利用ADAMS／Insight對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得出懸架部件最佳的關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)值，從而使懸架定位參數(shù)的變化規(guī)律更加符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步建立了其它子系統(tǒng)總成的虛擬樣機(jī)模型并組裝成整車虛擬樣機(jī)模型，根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行整車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB／T6323.1-94～GB／6323.6-94的要求，編寫了用于整車操縱穩(wěn)定性仿真分析的驅(qū)

15、動(dòng)控制文件和驅(qū)動(dòng)控制數(shù)據(jù)文件，對(duì)所建整車虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行了轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)、蛇行試驗(yàn)和轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)仿真分析，并參照GB/T13047-9l《汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)限值與評(píng)價(jià)方法》對(duì)該轎車的操縱穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)計(jì)分。</p><p>　　1.3.2本文研究的意義</p><p>　　國(guó)內(nèi)、國(guó)際汽車市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)使得汽車特別是轎車的安全性、行駛平順性、操縱穩(wěn)定性

16、和乘坐舒適性越來越受到人們的關(guān)注。汽車懸架系統(tǒng)對(duì)整車操縱穩(wěn)定性和行駛平順性有舉足輕重的影響，是汽車設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)校核的重要內(nèi)容之一。由于汽車懸架系統(tǒng)是比較復(fù)雜的空間機(jī)構(gòu)，這就給運(yùn)動(dòng)學(xué)分析帶來了困難。過去用簡(jiǎn)化的圖解法和分析計(jì)算法對(duì)汽車懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析進(jìn)行分析計(jì)算，所得結(jié)果誤差較大，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力?；贏DAMS的虛擬樣機(jī)技術(shù)，可把懸架系統(tǒng)視為多個(gè)彼此連接、相對(duì)運(yùn)動(dòng)的多體系統(tǒng)，其運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真能更加真實(shí)準(zhǔn)確地反映懸架運(yùn)動(dòng)特性，比圖解法更為直接和方便。

17、</p><p>　　本文利用ADAMS建立懸架虛擬樣機(jī)模型，對(duì)懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)特性進(jìn)行了仿真分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上建立了整車虛擬樣機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真分析模型，進(jìn)行了整車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)仿真分析和評(píng)分，為汽車懸架系統(tǒng)及整車系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)提供了一種有效的現(xiàn)代化手段和方法。</p><p>　　2 ADAMS軟件介紹</p><p>　　2.1 ADAMS仿真軟件概述</

18、p><p>　　ADAMS，即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，是美國(guó)MSC公司開發(fā)的世界上最優(yōu)秀、最具權(quán)威性的機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件。目前，ADAMS軟件已經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。</p><p>　　ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何

19、模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，輸出位移、速度、角速度、加速度、角加速度和反作用力曲線。</p><p>　　ADAMS軟件一方面是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對(duì)虛擬樣機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機(jī)分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特

20、殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開發(fā)工具平臺(tái)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和制造過程中，通過使用ADAMS軟件，能給企業(yè)帶來很多好處：</p><p>　　1)縮短產(chǎn)品開發(fā)上市周期；</p><p>　　2)降低工程制造和測(cè)試費(fèi)用；</p><p>　　3)提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量；</p><p>　　4)避免進(jìn)行物理樣機(jī)測(cè)試的危險(xiǎn)性。</p>&

21、lt;p>　　5)在產(chǎn)品制造出來之前對(duì)其進(jìn)行仿真分析并優(yōu)化，從而降低產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。</p><p>　　2.1.1 ADAMS軟件模塊簡(jiǎn)介</p><p>　　ADAMS軟件進(jìn)過幾十年的發(fā)展，功能日益完善。它由基本模塊、擴(kuò)展模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊、接口模塊和工具箱5類模塊組成。用戶不僅可以采用通用模塊(用戶界面模塊)對(duì)一般的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而且可以采用專用模塊針對(duì)特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問題

22、進(jìn)行快速有效的建模與仿真分析。</p><p><b>　　基本模塊</b></p><p><b>　　擴(kuò)展模塊</b></p><p><b>　　專業(yè)領(lǐng)域模塊</b></p><p><b>　　接口模塊</b></p><p&g

23、t;<b>　　工具箱</b></p><p>　　2.2 ADAMS軟件的基本算法</p><p><b>　　2.2.1參考標(biāo)架</b></p><p>　　在計(jì)算系統(tǒng)中，構(gòu)件的速度和加速度，需要指定參考標(biāo)架，作為該構(gòu)件速度和加速度的參考坐標(biāo)系。在機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析過程中，有兩種類型的參考標(biāo)架:地面參考標(biāo)架和構(gòu)件參考標(biāo)

24、架。地面參考標(biāo)架是一個(gè)固定在“絕對(duì)靜止”空間中的慣性參考系。通過地面參考標(biāo)架建立機(jī)械系統(tǒng)的“絕對(duì)靜止”參考系，屬于地面標(biāo)架上的任何一點(diǎn)的速度和加速度都為零。對(duì)于每一個(gè)剛性體都有一個(gè)與之固定的參考標(biāo)架，稱為構(gòu)件參考標(biāo)架，剛性體上的各點(diǎn)相對(duì)于該構(gòu)件參考標(biāo)架是靜止的。</p><p>　　2.2.2坐標(biāo)系的選擇</p><p>　　ADAMS中定義了三種坐標(biāo)系統(tǒng)：</p><

25、p>　　(1)地面坐標(biāo)系(Ground Coordinate System)；地面坐標(biāo)系又稱為靜坐標(biāo)系，是固定在地面標(biāo)架上的坐標(biāo)系。ADAMS中所有剛體(部件)都相對(duì)于地面坐標(biāo)確定其位置和方向。</p><p>　　(2)局部參考坐標(biāo)系(Local Part Reference Frame，LPRF)：這個(gè)坐標(biāo)系固定在構(gòu)件上并隨構(gòu)件運(yùn)動(dòng)。每個(gè)構(gòu)件都有一個(gè)局部構(gòu)件參考坐標(biāo)系，可以通過確定局部構(gòu)件參考坐標(biāo)系在地

26、面坐標(biāo)系的位置和方向，來確定一個(gè)構(gòu)件的位置和方向。</p><p>　　(3)標(biāo)架坐標(biāo)系(Marker System)：標(biāo)架坐標(biāo)系又稱為標(biāo)架，是為了簡(jiǎn)化建模和分析在構(gòu)件上設(shè)立的輔助坐標(biāo)系。標(biāo)架坐標(biāo)系有固定標(biāo)架和浮動(dòng)標(biāo)架兩種。固定標(biāo)架固定在構(gòu)件上，并隨構(gòu)件運(yùn)動(dòng)?？梢酝ㄟ^固定標(biāo)架在局部構(gòu)件參考坐標(biāo)系中的位置和方向，來確定固定標(biāo)架坐標(biāo)系的位置和方向。固定標(biāo)架可以用來定義構(gòu)件的形狀、質(zhì)心位置、作用力和反作用力的作用點(diǎn)、構(gòu)

27、件之間的連接位置等。浮動(dòng)標(biāo)架相對(duì)于構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，在機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析過程中。有些力和約束需要使用浮動(dòng)標(biāo)架來定位。</p><p>　　動(dòng)力學(xué)方程的求解速度在很大程度上取決于廣義坐標(biāo)的選擇。ADAMS軟件用剛體的質(zhì)心笛卡兒坐標(biāo)和反映剛體方位的歐拉角作為廣義坐標(biāo)系。由于采用了不獨(dú)立的廣義坐標(biāo)，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程雖然是最大數(shù)量，但卻是高度稀琉耦合的微分代數(shù)方程，適用于稀疏矩陣的方法高效求解。</p><p&

28、gt;　　2.3 ADAMS／CAR建?；静襟E和方法</p><p>　　ADAMS／CAR里主參考系是OXYZ，采用ISO坐標(biāo)系。原點(diǎn)位于兩前輪輪心連線的中點(diǎn)，X軸正方向與汽車行駛方向相反，Y軸正方向指向汽車右側(cè)，Z軸正方向垂直向上，遵守右手法則。</p><p>　　應(yīng)用ADAMS／CAR建模的原理相對(duì)比較簡(jiǎn)單，模型原理與實(shí)際的汽車系統(tǒng)相一致?？紤]到汽車基本上為一縱向?qū)ΨQ系統(tǒng)，軟件模

29、塊已預(yù)先對(duì)建模過程進(jìn)行了處理，設(shè)計(jì)人員只需建立左邊或右邊的1/2模型，系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)對(duì)稱性自動(dòng)生成另一半，當(dāng)然也可建立非對(duì)稱模型。</p><p>　　在建立分析總成模型的過程中，ADAMS／CAR的建模順序自下而上。首先建立模板(template)文件，然后由模板文件生成子系統(tǒng)文件，最后將子系統(tǒng)與測(cè)試臺(tái)(test-rig)裝配在一起形成總成(assembly)分析系統(tǒng)模型，以進(jìn)行各種仿真分析。模板是用來定義各部件

30、之間的拓?fù)溥B接關(guān)系的，它的建立是整個(gè)建模過程中最重要的環(huán)節(jié)，分析總成的絕大部分建模工作都是在模板階段完成的。模板建立好以后，接下來是生成子系統(tǒng)。在子系統(tǒng)里，用戶只能對(duì)以前創(chuàng)建的零部件進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)的修改，如調(diào)整硬點(diǎn)的坐標(biāo)位置、彈簧和阻尼器的屬性文件等。最后是總成模型的組建。屬性文件是建立仿真分析模型的最基本的文件，它設(shè)置和記錄了系統(tǒng)模型的基本參數(shù)和相關(guān)屬性，如彈簧和阻尼的屬性、輪胎的屬性及其它模型參數(shù)等。屬性文件、模板、子系統(tǒng)、總成系統(tǒng)和

31、測(cè)試臺(tái)之間的關(guān)系如圖</p><p>　　圖2—1 屬性文件、模板、子系統(tǒng)、總成系統(tǒng)和測(cè)試臺(tái)之問的關(guān)系</p><p>　　懸架模板的建模步驟如下：(1)建立硬點(diǎn)(hardpoint)和方向點(diǎn)(constructionframe)；(2)利用已建好的硬點(diǎn)和方向點(diǎn)建立部件(general part)并添加幾何實(shí)體(geometry)；(3)添加約束、彈簧、阻尼和力元(如力和力矩)等；(4)設(shè)

32、置懸架特性參數(shù)(suspension parameters)，即定義主銷軸線和輸入前束角及外傾角。ADAMS／CAR中有兩種計(jì)算主銷軸線的方法，分別是幾何方法和瞬時(shí)軸線法，當(dāng)轉(zhuǎn)向主銷的上下端點(diǎn)可以確定時(shí)，選用幾何方法比較簡(jiǎn)單：(5)建立懸架模板與其它模板或測(cè)試臺(tái)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的輸入、輸出通訊器(communicator)，以便各個(gè)子系統(tǒng)之間進(jìn)行正確的連接。通訊器(communicator)是用來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞的，例如：縱臂、螺旋彈簧、減

33、震器有一端是與車身連接的，需要建立mount，然后會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生輸入communicator。在車身模板中需建立相應(yīng)的輸出communicator。輸出communicator一般有以下8個(gè):</p><p>　　co[Ir]camber_angle</p><p>　　co[Ir]suspension_mount</p><p>　　co[Ir]_suspension

34、_upright </p><p>　　co[Ir]_toe_angle</p><p>　　co[Ir]_tripot_to differential</p><p>　　co[Ir]_wheel_center</p><p>　　cos_driveline_active</p><p>　　cos_suspensi

35、on_parameters_ARRAY</p><p>　　正確建立各個(gè)子系統(tǒng)之間的連接關(guān)系至關(guān)重要，這些連接關(guān)系數(shù)據(jù)在以后的子系統(tǒng)和總成系統(tǒng)階段無法修改，而零部件的位置和特征參數(shù)在后續(xù)過程中還可進(jìn)行調(diào)整。</p><p>　　零部件可以做成剛體，也可做成柔性體。零部件之間可以通過約束副(joint)來連接。也可以用橡膠襯套(bushing)、彈簧和阻尼來連接。二者的區(qū)別在于約束副是剛性連

36、接，不允許過約束的運(yùn)動(dòng)，它是在運(yùn)動(dòng)學(xué)(Kinematic)分析時(shí)采用的；橡膠襯套屬于柔性連接，允許部件之間的過約束運(yùn)動(dòng)，在彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)(Comoliance)分析時(shí)采用。不考慮彈性橡膠襯套時(shí)為運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模型?？紤]彈性橡膠襯套時(shí)為彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模型。</p><p>　　模板建立以后，接下來是由模板生成子系統(tǒng)。在子系統(tǒng)中，用戶只能對(duì)以前創(chuàng)建的零部件進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)的修改，如調(diào)整硬點(diǎn)位置、部件質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、彈簧和阻尼及輪

37、胎的屬性等。建立仿真分析模型的最后一步是建立分析總成系統(tǒng)。在這一階段，用戶可根據(jù)實(shí)際需要，將不同的子系統(tǒng)組裝在一起形成完整的分析總成模型。如懸架總成可包括懸架子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)、橫向或縱向穩(wěn)定器和測(cè)試臺(tái)。在進(jìn)行懸架總成分析之前，還可調(diào)整輪胎半徑和徑向剛度及相關(guān)的整車數(shù)據(jù)，如簧載質(zhì)量、簧載質(zhì)量質(zhì)心高度和軸距等。</p><p>　　3前獨(dú)立懸架的建模與仿真試驗(yàn)</p><p>　　3.1麥弗

38、遜式獨(dú)立前懸架的結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　以某轎車的麥弗遜式前獨(dú)立懸架為例進(jìn)行虛擬樣機(jī)建模和仿真分析，經(jīng)簡(jiǎn)化所得到的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型如圖3—2所示。該麥弗遜式前獨(dú)立懸架主要由三角臂總成、轉(zhuǎn)向節(jié)總成、螺旋彈簧、減振器等組成。各剛體之間的連接關(guān)系如下：三角臂的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)鉸與車架相連(其中一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸為虛約束，車架相對(duì)于地面不動(dòng))，另一端通過球鉸與轉(zhuǎn)向節(jié)總成下端相連：車輪與輪軸之間用固定鉸相連：輪軸與轉(zhuǎn)向節(jié)總成之聞?dòng)棉D(zhuǎn)動(dòng)

39、鉸相連；減振器內(nèi)外筒之間通過圓柱鉸相連；減振器外筒與轉(zhuǎn)向節(jié)總成之間通過固定鉸相連；減振器內(nèi)筒與車架之間通過萬向節(jié)鉸鏈相連；螺旋彈簧套在筒式減振器的外筒上，其上端與車身相連，下端固定在減振器外筒上；轉(zhuǎn)向橫拉桿一端通過球鉸與轉(zhuǎn)向節(jié)總成相連，另一端通過萬向節(jié)鉸鏈與轉(zhuǎn)向器齒條相連；運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，不考慮轉(zhuǎn)向系的影響，轉(zhuǎn)向器齒條與齒條罩之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于齒條通過固定鉸與車架相連。當(dāng)車輪上下跳動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向節(jié)總成沿?cái)[動(dòng)的主銷軸線AD轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，該懸架

40、在變形時(shí)，主銷的定位角和輪距都有些變化。然而，如果適當(dāng)?shù)卣{(diào)整導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置，可以使車輪定位參數(shù)的變化極小。</p><p>　　通過各點(diǎn)的坐標(biāo)可求出前輪定位參數(shù)如下：</p><p>　　前輪前束角：α = arctan((Xb一Xc)／(Yb-Yc)) </p><p>　　車輪外傾角：β = arctan(

41、(Zb一Zc)／(Yb-Yc)) </p><p>　　主銷后傾角：γ = arctan((Xd—Xa)／(Zd-Za)) </p><p>　　主銷內(nèi)傾角：Φ= arctan((Yd一Ya)／(Zd-Za)) <

42、;/p><p>　　式中，A為三角臂與轉(zhuǎn)向節(jié)連接的球鉸中心點(diǎn)；D為減振器與車架的鉸接點(diǎn)；B、c分別是輪軸內(nèi)外端點(diǎn)。</p><p>　　與雙橫臂式懸架相比，麥弗遜式懸架的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，車輪跳動(dòng)時(shí)前輪定位參數(shù)變化小，有良好的操縱穩(wěn)定性，加上由于取消了上橫臂。給發(fā)動(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置帶來方便；與燭式懸架相比，它的滑柱受到的側(cè)向力又有了較大的改善。麥弗遜式懸架多用在前置前驅(qū)(FF)轎車(如保時(shí)捷

43、911、國(guó)產(chǎn)奧迪、桑塔納、夏利、富康等)和微型汽車上(如吉林1010、長(zhǎng)安SC6331)。雖然麥弗遜式懸架并不是技術(shù)含量最高的懸架，但它仍是一種經(jīng)久耐用的獨(dú)立懸架，具有很強(qiáng)的道路適應(yīng)能力。</p><p>　　圖3—1麥弗遜前懸架結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1一三角臂總成；2一轉(zhuǎn)向節(jié)總成；3一輪軸；4--車輪；5一減振器；6一螺旋彈簧；7一車架；</p><p>

44、;　　8一轉(zhuǎn)向橫拉桿；9一轉(zhuǎn)向器齒條</p><p>　　3.2麥弗遜式前獨(dú)立懸架的虛擬樣機(jī)建模</p><p>　　表3一l 建模硬點(diǎn)坐標(biāo)</p><p>　　建模所需的有關(guān)空間點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)由生產(chǎn)廠家提供，具體數(shù)據(jù)如表3—1所示。滿載時(shí)靜態(tài)前輪定位參數(shù)為：前輪前束1～-3mm(0.052°～-0.1570°)；主銷后傾角2．5°～3．2

45、0°；主銷內(nèi)傾角l0°～11．5°：車輪外傾角0～1°。對(duì)該前懸架實(shí)體模型進(jìn)行分析后，對(duì)其進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，根據(jù)各部件硬點(diǎn)坐標(biāo)、質(zhì)量參數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參數(shù)以及螺旋彈簧剛度和減振器阻尼特性參數(shù)在ADAMS／CAR中依次建立各部件，并在各部件之間添加約束副和力元，得到該麥弗遜式前獨(dú)立懸架虛擬樣機(jī)的模板模型，再在標(biāo)準(zhǔn)模式下由模板模型建立其子系統(tǒng)，最后將懸架子系統(tǒng)和測(cè)試臺(tái)(Test—rig)組裝在一起得到懸

46、架總成系統(tǒng)虛擬樣機(jī)模型如圖3—2所示。</p><p>　　圖3—2前懸架總成系統(tǒng)模型</p><p>　　簡(jiǎn)化后的前懸架總成系統(tǒng)各約束副類型和數(shù)目如表3—2所示。</p><p>　　前懸架總成共有13個(gè)剛體，17個(gè)約束副，其總的自由度數(shù)為：</p><p>　　DOF=13×6-4×4-2×4-4×

47、5-4×3-3×6=4</p><p>　　這4個(gè)自由度分別是左右車輪的上下跳動(dòng)和繞主銷的轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　表3—2 前懸架各約束副類型和數(shù)目</p><p>　　3.3懸架總成系統(tǒng)仿真分析</p><p>　　ADAMS／CAR提供了強(qiáng)大的懸架系統(tǒng)分析功能，可進(jìn)行雙輪同向激振(Parallel wheel Tr

48、avel)、雙輪反向激振(Opposite Wheel Travel)、單輪激振(Single Wheel Travel)、轉(zhuǎn)向試驗(yàn)(Steering)、靜載試驗(yàn)(Static Load)等試驗(yàn)仿真分析。ADAMS／CAR的后處理文件中所包括的曲線幾乎涵蓋了所有常用的懸架特性。</p><p>　　圖3—3 雙輪同向跳動(dòng)仿真分析</p><p>　　按滿載時(shí)懸架所承受的簧載質(zhì)量要求，將測(cè)試

49、臺(tái)架上下激振位移設(shè)置為50mm，使左右車輪同步上下跳動(dòng)來進(jìn)行-50～50mm的常見工況仿真分析。分析車輪在上下跳動(dòng)過程中車輪定位參數(shù)及其它懸架特性隨車輪跳動(dòng)行程的變化規(guī)律，從而預(yù)估評(píng)價(jià)懸架系統(tǒng)的性能，并提出改進(jìn)策略。</p><p>　　3.3.1 雙輪同向跳動(dòng)轉(zhuǎn)向輪前束角的變化</p><p>　　當(dāng)車輛在行駛過程中，過大的前束角變化，將會(huì)影響車輛的直線行駛穩(wěn)定性，同時(shí)增大輪胎與地面間的

50、滾動(dòng)阻力，加劇輪胎的磨損。所以前束角的設(shè)計(jì)原則是車輪跳動(dòng)時(shí)，其變化范圍越小越好。該懸架系統(tǒng)虛擬樣機(jī)模型處于靜平衡位置時(shí)，前束角為0°圖3—4是前輪前束角隨車輪跳動(dòng)過程的變化曲線。由圖可以看出，車輪在上下跳動(dòng)50mm的過程中，前束角的變化范圍為-1.1°～0.75°，相對(duì)于靜平衡時(shí)的變化量為-1.1°～0．75°。車輪在上下跳過程中，前束角的變化范圍比理想值(理想值為0.5°以內(nèi)

51、)略大。</p><p>　　圖3—4 雙輪同向跳動(dòng)時(shí)前束角變化曲線圖</p><p>　　3.3.2 雙輪同向跳動(dòng)主銷后傾角的變化</p><p>　　主銷后傾角能形成回正的穩(wěn)定力矩，同時(shí)還有抑止制動(dòng)時(shí)點(diǎn)頭的作用。但主銷后傾角也不宜過大，否則會(huì)造成轉(zhuǎn)向沉重。圖3—5為車輪跳動(dòng)時(shí)主銷后傾角的變化曲線?？梢钥闯?，主銷后傾角的變化范圍為6.13°～6.3

52、76;，相對(duì)于靜平衡位置時(shí)(靜平衡時(shí)為6.11°)的變化量為-0.02°～0.29°，變動(dòng)量為0.31°，符合變化量小的設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　圖3—5 雙輪同向跳動(dòng)時(shí)主銷后傾角變化曲線圖</p><p>　　3.3.3 雙輪同向跳動(dòng)主銷內(nèi)傾角的變化</p><p>　　主銷內(nèi)傾角能使主銷偏距減小，從而可減少轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛

53、員加在方向盤上的力，使轉(zhuǎn)向操縱輕便，同時(shí)也可減少從轉(zhuǎn)向輪傳到方向盤上的沖擊力。在車輪跳動(dòng)時(shí)，若主銷內(nèi)傾角變化過大，將會(huì)使轉(zhuǎn)向沉重，加速輪胎磨損。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，大致范圍為：7°～13°。圖3—6為主銷內(nèi)傾角隨車輪跳動(dòng)的變化曲線。由圖可以看出，主銷內(nèi)傾角的變化范圍為8.0°～10.25°，相對(duì)于靜平衡位置時(shí)(靜平衡時(shí)為9.4°)的變化量為-1.4°～0.85°車輪上跳50m

54、m時(shí)內(nèi)傾角變化量為0.85°，滿足設(shè)計(jì)要求。雖然下跳50mm時(shí)變化量為1.4°，但下跳出現(xiàn)的概率較小，對(duì)性能影響不大。</p><p>　　圖3—6 雙輪同向跳動(dòng)時(shí)主銷內(nèi)傾角變化曲線圖</p><p>　　圖3—7 雙輪同向跳動(dòng)時(shí)外傾角隨變化曲線圖</p><p>　　3.3.4 雙輪同向跳動(dòng)前輪外傾角的變化</p><p&g

55、t;　　除主銷后傾角和內(nèi)傾角兩個(gè)角度保證車輛直線行駛的穩(wěn)定性外，前輪外傾角也具有定位作用。如果空車時(shí)車輪的安裝正好垂直于路面，則滿載時(shí)，車橋?qū)⒁虺休d變形。而可能出現(xiàn)車輪內(nèi)傾。這將加速汽車輪胎的偏磨。另外，路面對(duì)車輪的垂直反作用力沿輪轂的軸向分力將使輪轂壓向輪轂外端的小軸承，加重了外端小軸承及輪毅緊固螺母的負(fù)荷，降低它們的使用壽命。因此，為了使輪胎磨損均勻和減輕輪轂外軸承的負(fù)荷，安裝車輪時(shí)預(yù)先使車輪有一定的外傾角，以防止車輪內(nèi)傾。同時(shí)．車

56、輪有了外傾角也可以與拱形路面相適應(yīng)。但是外傾角也不宣過大，否則也會(huì)使輪胎產(chǎn)生偏磨損。為防止車輪出現(xiàn)過大的不足轉(zhuǎn)向或過渡轉(zhuǎn)向趨勢(shì)。一般希望車輪在上下跳動(dòng)50mm的范圍內(nèi)，外傾角的變化在1°以內(nèi)。圖3—7為外傾角隨車輪跳動(dòng)的變化規(guī)律曲線。由圖可以看出，外傾角的變化范圍為-0.33°～0.8°，相對(duì)于平衡位置時(shí)(平衡位置時(shí)為-0.1°)的變動(dòng)量為-0.23°～0.9°，總的變動(dòng)量為1

57、.3°，基本滿足了設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3.3.5 雙輪同向跳動(dòng)輪距變化量</p><p>　　車輪跳動(dòng)時(shí)，車輪繞瞬時(shí)中心擺動(dòng)，從而導(dǎo)致輪距發(fā)生變化。輪距的變化一方面影響汽車的直行穩(wěn)定性以及汽車的操縱穩(wěn)定性；另一方面，由于輪胎的橫向滑移，導(dǎo)致輪胎的磨損，降低了輪胎的特性及使用壽命。所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能地減小由于車輪跳動(dòng)引起的輪距變化，一般轎車的輪距變化應(yīng)在-5mm／50m

58、m～5 mm／50mm之間。圖3—8為輪距變動(dòng)量的變化曲線。由圖可知輪距的變動(dòng)量為-0.3mm／50mm～5.5mm／50mm。上跳時(shí)輪距變化量小于5mm，符合設(shè)計(jì)要求。下跳時(shí)變化量較大但出現(xiàn)概率小，對(duì)懸架性能影響不大。</p><p>　　圖3—8 雙輪同向跳動(dòng)時(shí)輪距變化曲線圖</p><p>　　圖3—9 雙輪同向跳動(dòng)時(shí)懸架剛度變化曲線圖</p><p>　　3

59、.3.6 雙輪同向跳動(dòng)懸架剛度的變化</p><p>　　由圖3—9可以看出，車輪上跳50mm時(shí)，前懸架剛度在滿載負(fù)荷時(shí)變化不大，變化范圍為25N／mm~225N／mm，有良好的行駛平順性。下跳50mm時(shí)，由于下跳限位緩沖塊的作用，懸架剛度迅速增大。</p><p>　　3.3.7 雙輪同向跳動(dòng)側(cè)傾角剛度的變化</p><p>　　側(cè)傾角剛度的大小對(duì)車輛側(cè)傾時(shí)側(cè)傾角

60、的大小、側(cè)傾時(shí)車輪的載荷再分配以及車輛的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性有一定的影響。實(shí)際轎車的前側(cè)傾角剛度為300～1200Nmm／(°)。圖3—10為前懸架側(cè)傾角剛度隨車輪跳動(dòng)行程的變化曲線?？梢钥闯?在上跳過程即壓縮行程時(shí)，側(cè)傾角剛度變化不大,變化范圍為3.75E+006Nmm／～0.4E+006Nmm／(°),滿足前懸架側(cè)傾角剛度為300～1200Nmm／(°)的設(shè)計(jì)要求。下跳過程中，同樣由于下跳限位緩沖塊的作用，側(cè)傾

61、角剛度迅速減小至0.4E+006Nmm／(°)。</p><p>　　圖3—10 雙輪同向跳動(dòng)時(shí)側(cè)傾角剛度變化曲線圖</p><p>　　圖3—11 雙輪同向跳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向角變化曲線圖</p><p>　　3.3.8 車輪同向跳動(dòng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向角</p><p>　　在車輪跳動(dòng)過程中，方向盤固定不動(dòng)，由于轉(zhuǎn)向拉桿的作用，左右車輪會(huì)繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)

62、，從而使左右車輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)向角。一般要求將該轉(zhuǎn)角控制在一定的范圍內(nèi)，否則汽車的操縱穩(wěn)定性會(huì)變壞，而且輪胎的磨損也會(huì)加劇。由圖3—11可以看出，車輪上下跳動(dòng)50mm產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向角不大，車輪的變化范圍為-1.0～0.75。這表明該車在行駛過程中不會(huì)出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。</p><p>　　圖3—12 雙輪反向跳動(dòng)仿真分析</p><p>　　將測(cè)試臺(tái)架上下激振位移設(shè)置為50mm．使左右車輪反向跳動(dòng)。以下圖

63、中實(shí)線為雙輪同向跳動(dòng)時(shí)曲線。</p><p>　　3.4 雙輪反向跳動(dòng)試驗(yàn)</p><p><b>　?、偾笆?lt;/b></p><p>　　由圖3—13知，雙輪反向跳動(dòng)時(shí)前束角的變化趨勢(shì)與同向跳動(dòng)時(shí)一樣，但變化幅度稍大，其變化范圍為-0.9°～0.7°。</p><p>　　圖3—13 反向跳動(dòng)前束

64、角變化曲線圖</p><p><b>　?、谥麂N后傾角</b></p><p>　　由圖3—14可知，雙輪反向跳動(dòng)與同向跳動(dòng)時(shí)，主銷后傾角的變化規(guī)律基本一樣。</p><p>　　圖3—14 反向跳動(dòng)主銷后傾角變化曲線圖</p><p><b>　?、壑麂N內(nèi)傾角</b></p><

65、;p>　　如圖3—15所示，雙輪反向跳動(dòng)與同向跳動(dòng)時(shí)，主銷內(nèi)傾角的變化規(guī)律也基本一樣。</p><p>　　圖3—15 反向跳動(dòng)主銷內(nèi)傾角變化曲線圖</p><p><b>　　④車輪外傾角</b></p><p>　　由圖3—16可以看出，雙輪反向跳動(dòng)時(shí)車輪外傾角的變化與雙輪同向跳動(dòng)時(shí)相差甚小。經(jīng)放大后比較，車輪下跳至50mm，同向跳

66、動(dòng)時(shí)最大值為1.1°，反向跳動(dòng)時(shí)最大值為1.1°；車輪上跳至50mm，同向跳動(dòng)時(shí)的外傾角為0.7°，反向跳動(dòng)時(shí)為0.7°。</p><p>　　圖3—16 反向跳動(dòng)外傾角變化曲線圖</p><p>　　圖3—17 反向跳動(dòng)懸架剛度變化曲線圖</p><p><b>　?、輵壹軇偠?lt;/b></p>

67、;<p>　　如圖3—17所示，懸架剛度在兩種不同的車輪跳動(dòng)試驗(yàn)中，變化趨勢(shì)亦完全相同。</p><p><b>　?、迋?cè)傾角剛度</b></p><p>　　如圖3—18所示，側(cè)傾角剛度在兩種不同的車輪跳動(dòng)驗(yàn)中的變化規(guī)律和趨勢(shì)有較大差別。車輪上跳50mm過程中，同向跳動(dòng)時(shí)的懸架側(cè)傾角剛度變化不大，而反向跳動(dòng)時(shí)的懸架側(cè)傾角剛度變化相對(duì)比較明顯，呈逐漸增大

68、趨勢(shì)，且在開始跳動(dòng)的10mm過程中增長(zhǎng)速度相對(duì)較慢，后40mm過程中的增長(zhǎng)速度相對(duì)要快，至最大時(shí)達(dá)到l3.0E+006Nmm／(°)。車輪下跳50mm過程中，同向跳動(dòng)時(shí)的懸架側(cè)傾角剛度迅速增大，隨著車輪下跳至50mm，側(cè)傾角剛度達(dá)到最大值9．603E+006Nmm／(°)，反向跳動(dòng)時(shí)的懸架側(cè)傾角剛度亦逐漸增大，但增長(zhǎng)速度相對(duì)緩慢，且與車輪上跳時(shí)的變化規(guī)律相同。</p><p>　　圖3—18

69、反向跳動(dòng)時(shí)懸架側(cè)傾角剛度變化曲線圖</p><p><b>　?、咿D(zhuǎn)向角</b></p><p>　　圖3—19是以左輪運(yùn)動(dòng)為參照，車輪反向、同向跳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向角對(duì)比圖，其中實(shí)線是同向跳動(dòng)時(shí)左輪轉(zhuǎn)向角曲線，點(diǎn)線是同向跳動(dòng)時(shí)右輪轉(zhuǎn)向角曲線，虛線是反向跳動(dòng)時(shí)左輪轉(zhuǎn)向角曲線，點(diǎn)畫線是反向跳動(dòng)時(shí)有右輪轉(zhuǎn)向角曲線。由圖可知，雙輪反向跳動(dòng)時(shí)，左輪的轉(zhuǎn)向角變化趨勢(shì)與雙輪同向跳動(dòng)時(shí)

70、相同，但反向跳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向角隨車輪運(yùn)動(dòng)行程的增長(zhǎng)速度比同向跳動(dòng)時(shí)要快，同向跳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向角的變化范圍為 -0.3°～0.62°，而反向跳動(dòng)時(shí)的變化范圍為-0.41°～0.73°；此時(shí)右輪的轉(zhuǎn)向角變化趨勢(shì)與雙輪同向跳動(dòng)時(shí)相反，變化范圍為-0.73°～0.41°，這意味著在這種情況下，車輛的直線行駛穩(wěn)定性較差。</p><p>　　圖3—19 反向跳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向角變

71、化曲線圖</p><p><b>　　3.5總體評(píng)價(jià)</b></p><p>　　從上述仿真分析結(jié)果可以看出，車輪在兩種不同跳動(dòng)情況下，除了前輪前束角的變動(dòng)量稍有偏大外，該麥弗遜懸架的其它三個(gè)車輪定位參數(shù)性能指標(biāo)都滿足設(shè)計(jì)要求，而且懸架其它的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能如輪距、懸架剛度、側(cè)傾角剛度、轉(zhuǎn)向角等參數(shù)也都較理想。</p><p><b>　　

72、3.6本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了多體動(dòng)力學(xué)建模仿真軟件ADAMS的功能模塊，總結(jié)了在ADAMS／CAR中建立懸架模型的基本步驟和方法，并利用ADAMS的CAR模塊建立了某轎車的麥弗遜式獨(dú)立前懸架的虛擬樣機(jī)仿真模型，對(duì)其進(jìn)行了雙輪同、反向跳動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，詳細(xì)深入地分析探討了懸架定位參數(shù)隨車輪跳動(dòng)而變化的運(yùn)動(dòng)特性，分析表明該懸架前束角變化范圍稍有偏大。</p>&l

73、t;p>　　4 后懸架的建模與仿真試驗(yàn)</p><p>　　4.1后懸架多剛體動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　后懸架采用雙橫臂式獨(dú)立懸架。其結(jié)構(gòu)如圖4—1，各構(gòu)件及其之間的約束</p><p>　　副和前懸架基本一樣，后懸架沒有構(gòu)件7轉(zhuǎn)向拉桿，上、下橫臂和轉(zhuǎn)向節(jié)總成之</p><p>　　間的約束副為旋轉(zhuǎn)副。</p>

74、<p>　　1/2 后懸架模型的鉸鏈類型與數(shù)目如表4—1所示。</p><p>　　1/2 后懸架有1個(gè)自由度，即車輪的上下跳動(dòng)。</p><p>　　1—車身；2—上橫臂；3—螺旋彈簧和減振器；4—下橫臂；5—車輪總成；</p><p><b>　　6—轉(zhuǎn)向節(jié)總成</b></p><p>　　圖4—1 雙橫臂

75、式后懸架的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　表4—1 1/2前懸架模型的約束副數(shù)目</p><p>　　4.2建立后懸架模型的參數(shù)準(zhǔn)備</p><p>　　后懸架左右對(duì)稱，下面僅給出左后懸架關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)(見表4—2)，后輪定位參數(shù)、減振器規(guī)則、螺旋彈簧規(guī)則，見表4—3；4—4和4—5。</p><p>　　表4—2左后懸架關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)</p&

76、gt;<p>　　表4—3后懸架螺旋彈簧規(guī)則</p><p>　　表4-4后減振器規(guī)則(復(fù)原阻力、壓縮阻力在活塞速度為0.1m/s時(shí)的阻力)</p><p>　　4.3 后懸架三維動(dòng)力學(xué)模型的建立</p><p>　　建立后懸架模型時(shí)采用的坐標(biāo)系以平衡位置轉(zhuǎn)向節(jié)下球銷中心點(diǎn)（即下橫臂與轉(zhuǎn)向節(jié)鉸點(diǎn)）為原點(diǎn)，汽車橫向?yàn)閄軸，向右為正；汽車垂向?yàn)閅軸，上為正

77、；汽車縱向?yàn)閆軸，向后為正(坐標(biāo)方向見圖4—1）。</p><p>　　在ADAMS/View中建立三維后左懸架動(dòng)力學(xué)仿真試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D4—2。</p><p>　　圖4—2 1/2后懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真試驗(yàn)?zāi)Ｐ?</p><p>　　4.4 仿真試驗(yàn)結(jié)果分析</p><p>　　測(cè)試平板上下激振位移設(shè)置為 100mm，仿真時(shí)間為1s，進(jìn)行單側(cè)車輪垂

78、直跳動(dòng)模擬，計(jì)算懸架跳動(dòng)過程中的剛度，螺旋彈簧受力變化曲線，測(cè)量車輪接地點(diǎn)滑移量隨車輪跳動(dòng)的變化曲線。</p><p>　　4.4.1 車輪跳動(dòng)時(shí)螺旋彈簧受力情況</p><p>　　圖4—3 為后橋螺旋彈簧受力曲線，在靜平衡位置（0位置）處，螺旋彈簧的受力為3000N，上跳時(shí)增加了約4000N/100mm，下跳時(shí)減少了約1500N/100mm。</p><p>　

79、　4.4.2 車輪跳動(dòng)時(shí)懸架線剛度、側(cè)傾角剛度的變化</p><p>　?。?）懸架線剛度的變化</p><p>　　圖4—4為單側(cè)車輪跳動(dòng)時(shí)1/2懸架線剛度的變化曲線，可以看出，1/2懸架線剛度在靜平衡位置（0位置）約為15N/mm，上跳100mm時(shí)變化約為52N/mm，增大約30%，下跳100mm時(shí)變化約為2N/mm，減小約為14%,變化不太大，有良好的平順性。</p>

80、<p>　?。?）懸架側(cè)傾角剛度的變化</p><p>　　圖4—5為車輪跳動(dòng)時(shí)的側(cè)傾角剛度變化曲線，可以看出，懸架側(cè)傾角剛度在靜平衡位置（0位置）約為3.25E+0.05Nmm/deg，上跳100mm時(shí)變化約為2.05E+0.05Nmm/deg，</p><p>　　增加了約60%，變化不太大，基本滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　4.4.3 車輪跳動(dòng)

81、時(shí)輪距變化</p><p>　　圖4—6為車輪跳動(dòng)時(shí)輪距變化量，可以看出在車輪下跳時(shí)輪距變化較小僅為27.5mm/100mm，而且由于下跳時(shí)的輪胎正壓較力小且出現(xiàn)的概率較少，對(duì)性能影響不大；上跳時(shí)輪距變化量很小僅為8mm/100mm，滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　圖4—3 螺旋彈簧受力與車輪跳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系</p><p>　?。M坐標(biāo)為車輪上下跳動(dòng)量，縱坐標(biāo)

82、為螺旋彈簧受力變化量）</p><p>　　圖4—4 1/2后懸架剛度與車輪跳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系</p><p>　　（橫坐標(biāo)為車輪上下跳動(dòng)量，縱坐標(biāo)為懸架線剛度的變化量）</p><p>　　圖4—5 后懸架側(cè)傾角剛度與車輪跳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系</p><p>　?。M坐標(biāo)為車輪上下跳動(dòng)量，縱坐標(biāo)為懸架側(cè)傾角剛度的變化量）</p>&

83、lt;p>　　圖4—6 輪距變化與車輪跳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系</p><p>　?。M坐標(biāo)為車輪上下跳動(dòng)量，縱坐標(biāo)為輪距變化量）</p><p>　　4.5原設(shè)計(jì)方案評(píng)估分析</p><p>　　從上述后懸架的各性能參數(shù)的仿真計(jì)算結(jié)果可以看出:</p><p>　　1.該車中、后橋采用的雙橫臂式獨(dú)立懸架輪距變化滿足設(shè)計(jì)要求;</p>

84、;<p>　　2.懸架線剛度和側(cè)傾角剛度在車輪跳動(dòng)時(shí)數(shù)值變化不太大，基本滿足設(shè)計(jì)要求 。</p><p><b>　　4.6本章小結(jié)</b></p><p>　　1.對(duì)雙橫臂式后獨(dú)立懸架進(jìn)行了多剛體動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)分析。</p><p>　　2.在ADAMS/View環(huán)境下建立了后懸架的三維參數(shù)化實(shí)體動(dòng)力學(xué)仿真模型,使模型具有開放性。&

85、lt;/p><p>　　3.仿真試驗(yàn)后懸架模型，計(jì)算并分析了原懸架的螺旋彈簧受力情況、懸架線剛 度和側(cè)傾角剛度以及輪距變化量等多項(xiàng)性能參數(shù)隨車輪上下跳動(dòng)的變化趨勢(shì)，可以看出這些性能參數(shù)變化都不大，基本滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　本文簡(jiǎn)述了虛擬樣機(jī)技術(shù)的基本概念、形成、發(fā)展和應(yīng)用，介紹了多體動(dòng)力學(xué)

86、建模軟件ADAMS的功能模塊和求解計(jì)算方法。利用ADAMS軟件對(duì)某轎車麥弗遜式前獨(dú)立懸架進(jìn)行了虛擬樣機(jī)建模，進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，揭示了有懸架所確定的汽車車輪定位參數(shù)隨車輪跳動(dòng)的變化規(guī)律。并利用ADAMS／Insight對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使車輪定位參數(shù)的變化更加合理。在此基礎(chǔ)上建立了整車虛擬樣機(jī)仿真模型，并根據(jù)國(guó)標(biāo) GB／T6323．1-94～GB／6323．6-94的要求編寫了驅(qū)動(dòng)控制文件和驅(qū)動(dòng)控制數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行了整車操縱穩(wěn)定性試

87、驗(yàn)仿真分析并評(píng)價(jià)計(jì)分。</p><p>　　1．簡(jiǎn)述了虛擬樣機(jī)技術(shù)的基本概念、形成、發(fā)展和應(yīng)用。</p><p>　　2．介紹了多體動(dòng)力學(xué)建模仿真軟件ADAMS的功能模塊和求解計(jì)算方法。</p><p>　　3．介紹了在ADAMS／CAR中建立懸架模型的基本步驟和方法，以某轎車的麥弗遜式前獨(dú)立懸架建模和運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。詳細(xì)深入地分析了汽車車輪定位參數(shù)隨車輪跳動(dòng)的變化規(guī)律

88、。</p><p>　　4. 在ADAMS／CAR中建立后雙橫臂懸架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 陳立平，張?jiān)魄澹畽C(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析及ADAMS應(yīng)用教程．北京：清華大學(xué)出版社，2005</p><p>　　[2] 王國(guó)強(qiáng)等．虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在ADAMS上的

89、實(shí)踐．西安；西北工業(yè)大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[3] 鄭建榮．ADAMS--虛擬樣機(jī)技術(shù)入門與提高．北京：機(jī)械上業(yè)出版社，2002</p><p>　　[4] 李軍等．ADAMS實(shí)例教程．北京：北京理工大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[5] 陳家瑞．汽車構(gòu)造．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[6]

90、 余志生．汽車?yán)碚摚本簷C(jī)械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[7] (美)MSC．Software著，李軍陶 永忠譯．MSC．ADAMS FSP基礎(chǔ)培訓(xùn)教程．北京清華大學(xué)出版社，2004</p><p>　　[8] ADAMS／CAR Training ．Mechanical Dynamics．2003</p><p>　　[9] 鮑衛(wèi)寧．基于ADAM

91、S軟件的轎車懸架動(dòng)態(tài)模擬與仿真．武漢理工大學(xué)碩士畢業(yè)生論文，2002</p><p>　　[10] 孫義杰，巢凱年．ADAMS／VIEW在汽車前懸架仿真應(yīng)用及優(yōu)化分析．西華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)．2005</p><p>　　[11] 宋傳學(xué)，蔡章林．基于ADAMS／CAR的雙橫臂獨(dú)立懸架建模與仿真．吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)．2004</p><p>　　[12] 褚

92、志剛，鄧兆祥．車輪定位參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)．重慶大學(xué)學(xué)報(bào)．2003</p><p>　　[13] 任衛(wèi)群，章云清等．ADAMS在汽車操縱穩(wěn)定性分析與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用．1998年ADAMS軟</p><p>　　件中國(guó)地區(qū)用戶年會(huì)論文集</p><p>　　[14] 葉鳴強(qiáng)，王耘，胡樹根．基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的雙橫臂獨(dú)立前懸架振動(dòng)仿真分析及參數(shù)優(yōu)化．林業(yè)機(jī)械與土木設(shè)備．2005<

93、;/p><p>　　[15] 徐贊．MSC．ADAMS軟件在汽車懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)性能優(yōu)化仿真中的應(yīng)用．2004年MSC．Software中國(guó)用戶論文集</p><p>　　[16] 江惠群，鄭建榮．在ADAMS軟件中虛擬樣機(jī)的參數(shù)華建模與分析．機(jī)械制造，2004</p><p>　　[17] 呂振華，張?zhí)毂肁DAMS對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行仿真分析．2005</p&g

94、t;<p>　　[18] 高雪峰，徐順余，張建武．QREV電動(dòng)轎車的操縱穩(wěn)定性建模與仿真．傳動(dòng)技術(shù)．2005</p><p>　　[19] 陳剛，張淑敏．客車的虛擬樣機(jī)模型和操縱穩(wěn)定性研究．設(shè)計(jì)與研究．2005</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過三個(gè)多月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，在

95、這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師**講師。張老師平日里工作繁忙，但在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中都給予了我們悉心的指導(dǎo)。在每次的設(shè)計(jì)指導(dǎo)過程中，**老師都會(huì)根據(jù)我們的工作進(jìn)度提出各種創(chuàng)意和建設(shè)性意見，為我們不斷完善項(xiàng)目提供了極大的幫助。除了敬佩**老師的專業(yè)水平外，他對(duì)業(yè)界動(dòng)態(tài)和各種前沿技術(shù)的關(guān)注和把握程度，以及嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的精神也是我學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。其次要感謝譚輝同學(xué)給予我們的支持和幫助，我們?cè)谕徽n題中非常融洽地合作了一個(gè)月