畢業(yè)設(shè)計(jì)---汽車雙橫臂懸架的動(dòng)態(tài)模擬與仿真

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)論文</b></p><p>　　學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 車輛工程 </p><p>　　設(shè)計(jì)(論文)題目： 汽車雙橫臂懸架的動(dòng)態(tài)模擬與仿真 </p><p>　　設(shè)計(jì)(論文)地點(diǎn)： </p><p

2、>　　指 導(dǎo) 教 師： </p><p>　　職 稱： 教 授 </p><p><b>　　2011年6月6日</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文中文摘要</b>

3、;</p><p><b>　　畢業(yè)論文外文摘要</b></p><p><b>　　目 次</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1汽車懸架概述1</p><p>　　1.2懸架的發(fā)展3</p

4、><p>　　1.3 車輛動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)研究現(xiàn)狀5</p><p>　　1.4論文主要內(nèi)容7</p><p>　　2 雙橫臂獨(dú)立懸架8</p><p>　　2.1雙橫臂獨(dú)立懸架簡(jiǎn)介8</p><p>　　2.2 雙橫臂獨(dú)立懸架的應(yīng)用9</p><p>　　2.3雙橫臂獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

5、10</p><p>　　2.4雙橫臂獨(dú)立懸架建模參數(shù)11</p><p>　　3 UG軟件11</p><p>　　3.1 UG軟件概述及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展11</p><p>　　3.2 UG各功能模塊12</p><p>　　3.3三維UG建模14</p><p>　　4 AD

6、AMS軟件17</p><p>　　4.1仿真軟件應(yīng)用及發(fā)展16</p><p>　　4.2 ADAMS軟件概述19</p><p>　　4.3 應(yīng)用ADAMS軟件分析步驟23</p><p>　　4.4 在ADAMS中前輪定位參數(shù)的測(cè)定24</p><p>　　5 基于ADAMS的雙橫臂懸架動(dòng)態(tài)分析及仿真

7、27</p><p>　　5.1 雙橫臂獨(dú)立懸架模型的導(dǎo)入28</p><p>　　5.2 仿真分析及結(jié)果處理30</p><p><b>　　結(jié) 論40</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)41</p><p><b>　　致 謝43</b></p

8、><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1汽車懸架概述（2）</p><p>　　汽車懸架是車架（車身）與車橋（或車輪）之間彈性連接的部件。主要由彈性元件、導(dǎo)向裝置及減振器三個(gè)基本部分組成。此外，還可包括一些特殊功能的部件，如緩沖塊和穩(wěn)定桿等?，F(xiàn)代汽車還采用了控制機(jī)構(gòu)，形成可控式懸架 </p><p&g

9、t;　　圖1-1懸架在整車位置圖</p><p>　　彈性元件用來(lái)傳遞垂直力，并緩和由不平路面引起的沖擊和振動(dòng)，其種類有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、空氣彈簧、油氣彈簧及橡膠彈簧等。懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)型式很多，在雙軸汽車上常見(jiàn)有獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架兩大類，在三軸汽車的后懸架上常采用平衡式懸架，現(xiàn)代轎車上又出現(xiàn)了交聯(lián)式懸架和主動(dòng)式懸架等新型式。新式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作雖是更復(fù)雜了，但卻對(duì)現(xiàn)代汽車日益提高的性能要求更為適應(yīng)

10、，所以是有發(fā)展前途的。</p><p>　　圖1-2 a非獨(dú)立懸架；b為獨(dú)立懸架。</p><p>　　非獨(dú)立懸架可分為：縱置板簧式非獨(dú)立懸架，螺旋彈簧非獨(dú)立懸架，空氣彈簧非獨(dú)立懸架，尤其彈簧非獨(dú)立懸架。</p><p>　　非獨(dú)立懸架的特點(diǎn)是左右車輪用一根鋼性軸連接起來(lái)，并通過(guò)懸架與車架（或車身）相連。其典型代表是縱置板簧式懸架。主要型式有縱置板簧式非獨(dú)立懸架、螺

11、旋彈簧非獨(dú)立懸架、空氣彈簧非獨(dú)立懸架、油氣彈簧非獨(dú)立懸架。非獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，被廣泛應(yīng)用于貨車的前、后懸架。在轎車中，非獨(dú)立懸架僅用于后橋?，F(xiàn)代轎車的前懸架都用獨(dú)立懸架來(lái)代替非獨(dú)立懸架。</p><p>　　獨(dú)立懸架可分為：雙橫臂式，單橫臂式，單縱臂式，單斜臂式，麥弗遜式和扭轉(zhuǎn)梁隨動(dòng)臂式。</p><p>　　獨(dú)立懸架的特點(diǎn)是左右車輪不連在一根軸上，單獨(dú)通過(guò)懸架和車架（或車身）相

12、連。獨(dú)立懸架按車輪運(yùn)動(dòng)的形式可分為：車輪在汽車橫向平面內(nèi)擺動(dòng)的（單橫臂式或雙橫臂式）懸架；車輪在汽車縱向平面內(nèi)擺動(dòng)的（單縱臂式或雙縱臂式）懸架；車輪繞著與汽車縱軸線成一定角度的軸線擺動(dòng)的（斜臂式）懸架；車輪沿主銷滑動(dòng)的滑柱擺臂式懸架。</p><p>　　汽車懸架性能是影響汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和行駛速度的重要因素，在懸架的設(shè)計(jì)中應(yīng)滿足如下性能的要求[3]：</p><p>　　1)保

13、證汽車有良好的行駛平順性。即汽車應(yīng)有較低的振動(dòng)頻率，乘員在車中承受的振動(dòng)加速度應(yīng)不超過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)2631-78規(guī)定的人體承受振動(dòng)界限值。</p><p>　　2)有合適的減振性能。它應(yīng)與懸架的彈性特性很好匹配，保證車身和車輪在共振區(qū)的振幅小，振動(dòng)衰減快，使汽車具有良好的乘坐舒適性。</p><p>　　3)保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在車輪跳動(dòng)時(shí)，應(yīng)不使主銷定位參數(shù)變化過(guò)大，車輪運(yùn)動(dòng)

14、與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)應(yīng)協(xié)調(diào)，不出現(xiàn)擺振現(xiàn)象。轉(zhuǎn)向時(shí)整車應(yīng)有一些不足轉(zhuǎn)向特性。</p><p>　　4)汽車制動(dòng)和加速時(shí)能保持車身穩(wěn)定，減少車身縱傾（即‘點(diǎn)頭’或‘后仰’）的可能性。</p><p>　　5)能可靠地傳遞車身與車輪間的一切力和力矩，零部件質(zhì)量輕并有足夠的強(qiáng)度和壽命，保證車輛的正常行駛，和減少輪胎磨損等功能。</p><p>　　此外，通過(guò)彈性元件的彈性作用及

15、其對(duì)側(cè)傾中心的影響，保證汽車有良好的側(cè)傾穩(wěn)定性。所以，在懸架的設(shè)計(jì)中除了考慮其支承車身及承載物的重量，傳遞從車輪到車身的各種力和力矩外，還要保證使車輛具有良好的平面性和穩(wěn)定性。</p><p><b>　　1.2懸架的發(fā)展</b></p><p>　　懸架系統(tǒng)是汽車的一個(gè)重要組成部分。汽車懸架性能是影響汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和行駛速度的重要因素。因此，研究汽車振動(dòng)

16、，設(shè)計(jì)新型懸架系統(tǒng)，將振動(dòng)控制到最低水平是提高現(xiàn)代汽車質(zhì)量的重要措施。為了滿足對(duì)懸架系統(tǒng)提出的各種要求，在近二十年來(lái)其發(fā)展異常迅速。汽車懸架總成如圖1-3所示</p><p>　　圖1-3汽車懸架總成</p><p>　　懸架的結(jié)構(gòu)形式很多，分類方法也不盡相同。按導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式，可分為獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架兩大類。如果按控制力進(jìn)行分類則可分為被動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架三種基本類型[3]。

17、以下從被動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架、主動(dòng)懸架、空氣懸架四方面來(lái)闡述懸架的發(fā)展。</p><p><b>　　1.被動(dòng)懸架</b></p><p>　　這種懸架系統(tǒng)的阻尼和剛度參數(shù)一般是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)或優(yōu)化設(shè)計(jì)方法選擇，一經(jīng)確定，在汽車行駛過(guò)程中就無(wú)法隨外部狀態(tài)變化而變化。因此，對(duì)于在某個(gè)特定工況下按目標(biāo)優(yōu)化出的懸架系統(tǒng)，一旦車輛參數(shù)、運(yùn)行工況等發(fā)生變化，這種懸架系統(tǒng)便難以適應(yīng)這

18、種復(fù)雜的多變性。具體地講，對(duì)于汽車懸架應(yīng)滿足兩個(gè)方面的要求，一方面為提高轉(zhuǎn)彎、制動(dòng)等操縱過(guò)程的穩(wěn)定性，要求懸架應(yīng)具有高阻尼系數(shù)；另一方面為隔開(kāi)隨機(jī)路面不平對(duì)汽車的擾動(dòng)，提高乘坐舒適性，要求懸架應(yīng)具有低阻尼系數(shù)。由于參數(shù)不能任意選擇和調(diào)節(jié)，限制了被動(dòng)懸架系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高。被動(dòng)懸架的減振性能很差。</p><p><b>　　2.半主動(dòng)懸架</b></p><p>　

19、　半主動(dòng)懸架由可變特性的彈簧和減振器組成。其基本工作原理是：根據(jù)簧上質(zhì)量相對(duì)車輪的速度響應(yīng)、加速度響應(yīng)等反饋信號(hào)，按照一定的控制規(guī)律調(diào)節(jié)可調(diào)彈簧的剛度或可調(diào)減振器的阻尼力。半主動(dòng)懸架在產(chǎn)生力的方面近似于被動(dòng)懸架，但是半主動(dòng)懸架的阻尼系數(shù)或剛度系數(shù)可以根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)作為實(shí)時(shí)或準(zhǔn)靜態(tài)調(diào)整，以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。</p><p><b>　　3.主動(dòng)懸架</b></p><p&g

20、t;　　主動(dòng)控制懸架由彈性元件和一個(gè)力發(fā)生器組成。主動(dòng)懸架技術(shù)成為汽車懸架發(fā)展的重要趨勢(shì)，它為同時(shí)改善汽車行駛安全性和乘坐舒適性提供了廣闊的前景。但是它也有其自身固有的缺點(diǎn)：由于主動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的加入，增加了汽車動(dòng)力的消耗，就限制了其實(shí)用化和產(chǎn)品化；另外，要使主動(dòng)懸架具有良好的動(dòng)力學(xué)性能，就要選用高性能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如液壓伺服機(jī)構(gòu)、電磁伺服器等），并且需要一套復(fù)雜的傳感器和儀器設(shè)備，從而導(dǎo)致主動(dòng)懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)性高、成本昂貴，而且其可靠

21、性也成為一個(gè)問(wèn)題。</p><p><b>　　4.空氣懸架</b></p><p>　　空氣懸架系統(tǒng)是以空氣彈簧為彈性元件，利用氣體的可壓縮性實(shí)現(xiàn)其彈性作用的。通過(guò)壓縮氣體的氣壓能夠隨載荷和道路條件變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，不論滿載還是空載，整車高度沒(méi)有變化，可以大大提高乘坐的舒適性。</p><p>　　目前，國(guó)外無(wú)論是客車還是載重車都已經(jīng)比較普遍

22、采用空氣懸架系統(tǒng)，而國(guó)內(nèi)卻處于剛剛起步階段，只應(yīng)用在一些豪華客車和少部分重型載重車上。由于國(guó)外對(duì)空氣懸架特性研究結(jié)果表明,安裝有空氣懸架的汽車能提高汽車的整體性能。同時(shí),國(guó)內(nèi)也有一些外資企業(yè)在中國(guó)進(jìn)行空氣懸架的生產(chǎn)和銷售,如美國(guó)的Ｎｅｗａｙ公司、德國(guó)的ＳＡＦ公司等[4]。</p><p>　　目前我國(guó)還沒(méi)有整套空氣懸架的生產(chǎn)廠家。但是，隨著高等級(jí)公路的發(fā)展,客貨運(yùn)輸量的增加,要求汽車具有更好的操縱穩(wěn)定性、行駛平順

23、性和安全性,空氣懸架汽車必將得到廣泛應(yīng)用。伴隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,汽車控制系統(tǒng)的智能化程度越來(lái)越高,電子控制空氣懸架將是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　1.4 車輛動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)研究現(xiàn)狀</p><p>　　汽車是一個(gè)包含慣性、彈性、阻尼等動(dòng)力學(xué)特征的復(fù)雜非線性系統(tǒng)，其特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)零件多、受力復(fù)雜。由于組成汽車各機(jī)械系統(tǒng)(如轉(zhuǎn)向、懸架、傳動(dòng)機(jī)構(gòu))之間的相互禍合作用，使汽車的動(dòng)態(tài)特征

24、非常復(fù)雜。特別是汽車的前懸架與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，是多連桿式機(jī)構(gòu)，而且確定了主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角等車輪定位角，車輪定位角對(duì)車輛的行駛狀態(tài)起重要的作用，在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中必須獲得車輪定位角的變化情況。在研究汽車諸多的行駛性能時(shí)，汽車動(dòng)力學(xué)研究對(duì)象的建模、分析與求解始終是一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題。汽車本身是一個(gè)復(fù)雜的多體系統(tǒng)，外界載荷的作用更加復(fù)雜。由于理論方法和計(jì)算手段的限制，該學(xué)科曾一度發(fā)展較為緩慢。主要阻礙之一在于無(wú)法有效的處理復(fù)雜受力下多自由度分析模型的

25、建立和求解問(wèn)題。許多情況下，不得不把模型簡(jiǎn)化，以便使用古典力學(xué)的方法人工求解，從而導(dǎo)致汽車的許多重要的特征無(wú)法得到較精確的定量分析。</p><p>　　國(guó)外汽車動(dòng)力學(xué)中的研究經(jīng)歷由試驗(yàn)到理論研究，由開(kāi)環(huán)研究到閉環(huán)研究的發(fā)展過(guò)程力學(xué)模型逐漸由線性模型發(fā)展到非線性多體系統(tǒng)模型;模型的自由度由兩個(gè)自由度發(fā)展數(shù)十個(gè)自由度。到了80年代初，不僅有許多通用的軟件可以對(duì)汽車系統(tǒng)進(jìn)行分析計(jì)算，而且還有各針對(duì)汽車某一問(wèn)題的專用多

26、體軟件。研究的范圍從局部結(jié)果到整車系統(tǒng)，涉及汽車系統(tǒng)力學(xué)的方方面面。80年代中期是多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在汽車工程上應(yīng)用發(fā)展最快的時(shí)期。主要汽車廠商和研究機(jī)構(gòu)在其CAD系統(tǒng)中安裝了多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件，并與有限元、模分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等軟件一起構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)的整體，在汽車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中發(fā)揮了重要作用。</p><p>　　國(guó)內(nèi)在汽車動(dòng)力學(xué)的研究中，采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析和計(jì)算的工作起步較晚七十年代初，長(zhǎng)春汽車研究所和清華大學(xué)

27、同時(shí)發(fā)展了汽車動(dòng)力學(xué)的研究。研究工作集中平順性、操縱穩(wěn)定性性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法、試驗(yàn)方法及操縱穩(wěn)定性力學(xué)模型的建立、模的計(jì)算方法、性能預(yù)測(cè)方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法等。力學(xué)模型從七十年代研究汽車側(cè)偏和橫運(yùn)動(dòng)的二自由度線性模型，發(fā)展到包括側(cè)傾和轉(zhuǎn)向系在內(nèi)的三至五自由度乃至十三個(gè)自度的非線性模型，其功能也從對(duì)汽車穩(wěn)定性的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)的分析，發(fā)展到汽車彎制動(dòng)性能的分析。</p><p>　　90年代初人們開(kāi)始把多柔體系統(tǒng)動(dòng)

28、力學(xué)理論和方法用于汽車技術(shù)領(lǐng)域，這標(biāo)志著汽多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)向新的層次發(fā)展，許多有益的工作值得借鑒。在文獻(xiàn)〔5〕中，把車身處為柔性體，為了減少自由度采用了集中質(zhì)量法的離散化過(guò)程，并考慮了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響。</p><p>　　在文獻(xiàn)〔6〕中采用了子結(jié)構(gòu)的分析技術(shù)，汽車懸架處理為子結(jié)構(gòu)，采用模態(tài)綜合方法用態(tài)坐標(biāo)描述車身的變形，通過(guò)約束條件把整個(gè)系統(tǒng)組裝起來(lái)聯(lián)合求解。文獻(xiàn)（7）中討論了懸架系統(tǒng)廣泛采用的彈性約束(橡膠鉸鏈)

29、對(duì)汽車性能的影響及處理方法?？傊藗?cè)噲D用各種有效的方法將柔性體的力學(xué)效應(yīng)并入多體動(dòng)力學(xué)方程中進(jìn)行分析和求解。這些方法即有探索直接建立和求解剛?cè)峄旌系亩囿w動(dòng)力學(xué)方程的方法，也有采用現(xiàn)有的剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件來(lái)近似對(duì)多柔體系統(tǒng)進(jìn)行分析的方法。</p><p>　　1997年，清華大學(xué)的張?jiān)浇癫捎枚囿w系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的理論方法，應(yīng)用機(jī)械系統(tǒng)分析軟ADAMS，進(jìn)行了汽車前后懸架系統(tǒng)和整車動(dòng)力學(xué)性能仿真及優(yōu)化研究，分析了汽車中性

30、元素(橡膠減振元件)對(duì)動(dòng)力學(xué)性能的影響（8）。</p><p>　　吉林大學(xué)的蔡章林運(yùn)用ADAMS/Car軟件，對(duì)懸架和整車動(dòng)力學(xué)幾個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)研究。在論證模型可行性的基礎(chǔ)上，討論了懸架結(jié)構(gòu)對(duì)操縱穩(wěn)定性的影響，對(duì)影響操縱定性的若干因素進(jìn)行研究仁（8）。</p><p>　　武漢理工大學(xué)的鮑衛(wèi)寧利用ADAMS viwe軟件，建立麥弗遜式懸架的某轎車前懸架多體動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)車輪跳動(dòng)和轉(zhuǎn)向時(shí)

31、，懸架的各種參數(shù)的變化進(jìn)行分析（9）。</p><p>　　合肥工業(yè)大學(xué)的王其東博士，進(jìn)行了不同形式的動(dòng)力學(xué)方程所描述的多體系統(tǒng)響應(yīng)靈敏度分析，推導(dǎo)了相應(yīng)的公式;建立了汽車主要總成的多體動(dòng)力學(xué)模型，并整合整車多體模型，建立了道路輸入模型，進(jìn)行整車的動(dòng)力學(xué)仿真:提出了基于動(dòng)力學(xué)仿真的汽懸架CAD的思路，針對(duì)具體車型，進(jìn)行了鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)，將改進(jìn)后的鋼板簧裝車進(jìn)行了平順性和操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)。并將遺傳算法的神經(jīng)網(wǎng)

32、絡(luò)自適應(yīng)模糊控制策略用到汽車半主動(dòng)懸架的控制中（10）。</p><p>　　南京理工大學(xué)的蘇小平博士，在整車系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，采用模態(tài)集成法和離散化方法分別建立汽車橫向穩(wěn)定桿和板簧的柔性體。對(duì)依維柯汽車的操縱穩(wěn)定性、行駛平順性、緊急制動(dòng)性能進(jìn)行了仿真計(jì)算并分析與探討了對(duì)這些性能影響因素的變化律，結(jié)合該車換型時(shí)在行駛平順性上出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)該車懸架系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提了一種懸架系統(tǒng)特性參數(shù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化數(shù)學(xué)模

33、型和一套基于仿真的懸架系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法（11）。</p><p>　　上海交通大學(xué)的趙亦希、黃宏成、劉奮以S型轎車前懸架系統(tǒng)為實(shí)例，利用ADMAS/Car模塊，進(jìn)行雙輪反向激振動(dòng)力學(xué)仿真，仿真結(jié)果是各種側(cè)傾特性參數(shù)，對(duì)照轎車標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)對(duì)S型轎車側(cè)傾情況有一個(gè)全面了解，為設(shè)計(jì)和優(yōu)化懸架系統(tǒng)提供了實(shí)用高效的方法(12)。</p><p>　　江蘇大學(xué)的湯靖、高翔、陸丹以多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，

34、應(yīng)用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)真分析軟件ADAMS的、Car專業(yè)模塊建立某皮卡車麥弗遜式前懸架多體系統(tǒng)模型，并用ADAMS/insihgt模塊進(jìn)行性能分析，找出磨損嚴(yán)重的原因，同時(shí)進(jìn)一步進(jìn)行懸架布置化設(shè)計(jì)，最終得出優(yōu)化的懸架布置方案，較好地解決了輪胎磨損的問(wèn)題(13)。</p><p>　　合肥工業(yè)大學(xué)的喬明俠針對(duì)江淮汽車股份有限公司的瑞風(fēng)商務(wù)車，利用多體動(dòng)力學(xué)析軟件ADMAS建立了包括車身、前后懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、輪胎、人一椅

35、等系統(tǒng)在內(nèi)的整車體模型。開(kāi)發(fā)了隨機(jī)路面生成軟件和平順性評(píng)價(jià)程序。實(shí)現(xiàn)了懸架偏頻的仿真測(cè)量和不等級(jí)路面、不同車速下隨機(jī)路面輸入的平順性仿真(14)。</p><p>　　吉林大學(xué)的樂(lè)升彬以某車的前雙橫臂獨(dú)立懸架為研究對(duì)象，采用該車的實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)運(yùn)用ADAMS/Car軟件建立了該車的前懸架子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系子系統(tǒng)組成的懸架系統(tǒng)模型應(yīng)用該模型對(duì)該車前獨(dú)立懸架模型進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)仿真分析，得出了其車輪外傾角前輪前束角、主

36、銷后傾角等前輪定位參數(shù)、懸架剛度、側(cè)傾剛度、側(cè)傾中心等參數(shù)在前左右輪心上下跳動(dòng)時(shí)的變化規(guī)律。并且利用前人的經(jīng)驗(yàn)對(duì)這些特性曲線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)懸架存在不合理的地方，并針對(duì)存在的問(wèn)題提出相應(yīng)的解決方案（15）。</p><p>　　1.4 論文主要內(nèi)容</p><p>　　概述懸架的基礎(chǔ)，雙橫臂獨(dú)立懸架研究的必要性、發(fā)展趨勢(shì)等。</p><p>　　前雙橫臂獨(dú)立懸架總成U

37、G模型的建立。</p><p>　　介紹了多體系力學(xué)軟件ADAMS的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)等。</p><p>　　利用軟件ADAMS對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架進(jìn)行仿真、分析，發(fā)現(xiàn)存在不符合要性能參數(shù)，然后針對(duì)存在的問(wèn)題提出相應(yīng)的方案，最后對(duì)各種調(diào)整。</p><p>　　依次進(jìn)行仿真、分析，在保證原來(lái)滿足要求的參數(shù)在調(diào)整后仍然符求，又使原來(lái)不符合要求的參數(shù)得到改善的原則下，選擇那些最優(yōu)

38、整方案。</p><p>　　2 雙橫臂獨(dú)立懸架</p><p>　　2.1雙橫臂獨(dú)立懸架簡(jiǎn)介[16]</p><p>　　雙橫臂式獨(dú)立懸架按其上、下橫臂的長(zhǎng)短又可分為等長(zhǎng)雙橫臂式和不等長(zhǎng)雙橫臂式兩種。等長(zhǎng)雙橫臂式在其車輪作上、下跳動(dòng)時(shí)，可保持主銷傾角不變，但輪距卻有較大的變化，會(huì)使輪胎磨損嚴(yán)重，故己很少采用，多為不等長(zhǎng)雙橫臂式懸架所取代。后一種型式的懸架在其車輪

39、上、下跳動(dòng)時(shí)，只要適當(dāng)?shù)剡x擇上、下橫臂的長(zhǎng)度并合理布置，即可使輪距及車輪定位的參數(shù)的變化量限定在允許范圍內(nèi)。這種不大的輪距改變，不應(yīng)引起車輪路面的側(cè)滑，而為輪胎的彈性變形所補(bǔ)償。因此，不等長(zhǎng)雙橫臂式獨(dú)立懸架能保證汽車有良好的行駛穩(wěn)定性，已為中、高級(jí)轎車的前懸架所廣泛采用。雙橫臂懸架的突出優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)的靈活性，可以通過(guò)合理選擇空間導(dǎo)向桿系的鉸接點(diǎn)的位置及導(dǎo)向臂（或稱為控制臂）的長(zhǎng)度，使得懸架具有合適的運(yùn)動(dòng)特性，并且形恰當(dāng)?shù)膫?cè)傾中心和縱傾中

40、心 。</p><p>　　圖2-1雙橫臂獨(dú)立懸架原理圖</p><p>　　圖2-2雙橫臂獨(dú)立懸架實(shí)物</p><p>　　2.2 雙橫臂獨(dú)立懸架的應(yīng)用</p><p>　　隨著汽車行駛速度的不斷提高，傳統(tǒng)的鋼板彈簧式懸架已難以滿足汽車行駛舒適性和操縱穩(wěn)定性等方面提出的要求，因而在輕型載貨車及輕型客車上推廣使用獨(dú)立懸架，尤其是雙橫臂獨(dú)立懸架

41、得到較大的發(fā)展。獨(dú)立懸架的應(yīng)用不僅降低了汽車在不平路面上行駛時(shí)車架與車身的振動(dòng)，減小了汽車的非簧載質(zhì)量，而且可以使動(dòng)力總成的位置降低與前移，使整車質(zhì)心位置下降，從而提高了行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性。雙橫臂獨(dú)立懸架的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)及主要應(yīng)用[13][18]：</p><p>　　1）可以通過(guò)調(diào)整其導(dǎo)向機(jī)構(gòu)較容易地得到所需要的前輪定位參數(shù)，得到較好的整車性能。</p><p>　　2）由于設(shè)計(jì)的自由度

42、大，可通過(guò)合理布置，使懸架與轉(zhuǎn)向桿系的運(yùn)動(dòng)干涉減小，不易發(fā)生跳擺。</p><p>　　3）彈簧剛度和減振器阻尼可以根據(jù)需要，較容易調(diào)整；非簧載質(zhì)量小，有利于行駛平順性。</p><p>　　4）能夠降低發(fā)動(dòng)機(jī)和駕駛室高度，從而降低質(zhì)心。</p><p>　　5）有效彈簧距等于輪距，有利于提高橫向角剛度，但一般來(lái)講，其側(cè)傾中心高度低，不利于其側(cè)傾穩(wěn)定性，一般需加橫向

43、穩(wěn)定桿。雙橫臂式獨(dú)立懸架多用于轎車和輕型客、貨汽車的前懸架上，在麥弗遜式懸架出現(xiàn)后，逐漸被麥弗遜式懸架所替代，但是進(jìn)入九十年代以來(lái)，隨著轎車豪華化和高性能化，采用該結(jié)構(gòu)的車種不斷增加，在一些對(duì)平順性和操縱穩(wěn)定性要求較高的汽車上，不僅前懸架，而且后懸架也采用了雙橫臂式懸架[11]。</p><p>　　比如：法拉利（412、328GTB、F40、328GTS等高檔轎車）吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文的前后獨(dú)立懸架、勞斯—萊斯

44、的險(xiǎn)路（Corniche）的前懸架、捷豹XJ6 2.9的前后懸架、本田的雅閣（2.0si Exclusive、LXi）的前后懸架、本田的市民CRX 1.6i 16V的前后懸架、三菱帕杰羅的前懸架，均采用了雙橫臂獨(dú)立懸架。</p><p>　　可見(jiàn)，雙橫臂獨(dú)立懸架得到了廣泛的應(yīng)用，所以研究雙橫臂獨(dú)立懸架是非常必要的。</p><p>　　2.3雙橫臂獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[3]</p>

45、;<p>　　圖2-3為雙橫臂獨(dú)立懸架的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖中，雙橫臂獨(dú)立懸架系統(tǒng)由5個(gè)構(gòu)件組成。其中，構(gòu)件1為車架（在該仿真中固定到地面）；構(gòu)件2為雙橫臂獨(dú)立懸架的下擺臂;構(gòu)件3為雙橫臂獨(dú)立懸架的主銷(轉(zhuǎn)向節(jié))，假設(shè)輪胎與轉(zhuǎn)向節(jié)軸之間沒(méi)有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)作一個(gè)構(gòu)件;構(gòu)件4為轉(zhuǎn)向橫拉桿;構(gòu)件5為雙橫臂獨(dú)立懸架的上擺臂。雙橫臂獨(dú)立懸架系統(tǒng)構(gòu)件之間的約束由轉(zhuǎn)動(dòng)副和球鉸兩種鉸鏈組成。其中，構(gòu)件1, 2之間為轉(zhuǎn)動(dòng)約束;構(gòu)件1, 5之間為轉(zhuǎn)

46、動(dòng)約束;構(gòu)件2, 3之間為球鉸相連;構(gòu)件3, 5之間為球鉸相連;構(gòu)件3, 4通過(guò)球鉸相連;構(gòu)件1, 4通過(guò)球鉸相連。</p><p>　　圖2-3雙橫臂獨(dú)立懸架空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p><b>　　其中:</b></p><p>　　A:上擺臂擺動(dòng)安裝點(diǎn) B:下擺臂擺動(dòng)安裝點(diǎn)</p><

47、p>　　L1:下擺臂擺動(dòng)軸線 L2:上擺臂擺動(dòng)軸線</p><p>　　C:轉(zhuǎn)向節(jié)下球頭銷中心 F:轉(zhuǎn)向節(jié)上球頭銷中心</p><p>　　M:轉(zhuǎn)向梯形斷開(kāi)點(diǎn) N:轉(zhuǎn)向節(jié)臂球銷中心</p><p>　　G:輪胎中心

48、 P:主銷軸線與轉(zhuǎn)向節(jié)軸線的交點(diǎn)</p><p>　　采用空間笛卡兒坐標(biāo)[12]來(lái)描述雙橫臂獨(dú)立懸架系統(tǒng)構(gòu)件的位置。整體坐標(biāo)系的選取與整車設(shè)計(jì)所選取的坐標(biāo)系相一致，X軸方向沿車身縱向水平向后為正；Y軸方向取豎直向上為正；Z軸方向取沿車身向前方向?yàn)檎?lt;/p><p>　　根據(jù)該雙橫臂獨(dú)立懸架系統(tǒng)的多體運(yùn)動(dòng)學(xué)模型[18]，在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，構(gòu)件4通過(guò)球鉸與構(gòu)件1和構(gòu)件3相連接，但

49、是它只提供了構(gòu)件1和構(gòu)件3之間的距離約束。因此可根據(jù)多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)理論將構(gòu)件4模型化為一個(gè)球面—球面組合運(yùn)動(dòng)副中的連桿。因此，整個(gè)雙橫臂獨(dú)立懸架系統(tǒng)的模型可以定義為由4個(gè)構(gòu)件組成。在空間笛卡兒坐標(biāo)系中，采用極大數(shù)目坐標(biāo)法來(lái)描述系統(tǒng)每一個(gè)構(gòu)件的空間位置。即對(duì)組成系統(tǒng)的任一構(gòu)件i，采用7個(gè)廣義坐標(biāo)來(lái)描述它的空間位置與姿態(tài)，該構(gòu)件的廣義坐標(biāo)為:</p><p>　　q i=[x i,y i,z i,e 0i,e1i,e

50、2i,e3i]</p><p>　　上式中的e 0i,e1i,e2i,e3i為描述構(gòu)件的歐拉參數(shù)。</p><p>　　對(duì)于整個(gè)雙橫臂獨(dú)立懸架系統(tǒng)，其廣義坐標(biāo)矢量組為:</p><p>　　q =[ q 1T, q 2T, q 3T ,q 5T]T</p><p><b>　　3 UG軟件</b></p>

51、<p>　　3.1 UG軟件概述及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　UG是Unigraphics的縮寫，這是一個(gè)交互式CAD/CAM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造)系統(tǒng)，它功能強(qiáng)大，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著PC硬件的發(fā)展和個(gè)人用戶的迅速增長(zhǎng)，在PC上的應(yīng)用取得了迅猛的增長(zhǎng)，目前已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計(jì)的一個(gè)主流應(yīng)用。UG的開(kāi)發(fā)始于1990年7月，它

52、是基于C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的。UG NX是一個(gè)在二和三維空間無(wú)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上使用自適應(yīng)多重網(wǎng)格方法開(kāi)發(fā)的一個(gè)靈活的數(shù)值求解偏微分方程的軟件工具。其設(shè)計(jì)思想足夠靈活地支持多種離散方案。因此軟件可對(duì)許多不同的應(yīng)用再利用?！　∫粋€(gè)給定過(guò)程的有效模擬需要來(lái)自于應(yīng)用領(lǐng)域(自然科學(xué)或工程)、數(shù)學(xué)(分析和數(shù)值數(shù)學(xué))及計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)。UG的目標(biāo)是用最新的數(shù)學(xué)技術(shù)，為復(fù)雜應(yīng)用問(wèn)題的求解提供一個(gè)靈活的可再使用的軟件基礎(chǔ)。 </p><p>

53、　　UG軟件不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和產(chǎn)生工程圖等設(shè)計(jì)功能；而且，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析和仿真模擬，提高設(shè)計(jì)的可靠性；同時(shí)，可用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼，用于產(chǎn)品的加工，其后處理程序支持多種類型數(shù)控機(jī)床。具體來(lái)說(shuō)，該軟件具有以下特點(diǎn)：l）具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，真正實(shí)現(xiàn)了CAD/CAE/CAM等各模塊之間的無(wú)數(shù)據(jù)交換的自由切換，可實(shí)施并行工程。2）采用復(fù)合建模技術(shù)，可將實(shí)體建模、曲面

54、建模、線框建模、顯示幾何建模與參數(shù)化建模融為一體。3）用基于特征（如孔、凸臺(tái)、型膠、槽溝、倒角等）的建模和編輯方法作為實(shí)體造型基礎(chǔ)，形象直觀，類似于工程師傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)辦法，并能用參數(shù)驅(qū)動(dòng)。4）曲面設(shè)計(jì)采用非均勻有理B樣條作基礎(chǔ)，可用多種方法生成復(fù)雜的曲面，特別適合于汽車外形設(shè)計(jì)、汽輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)等復(fù)雜曲面造型。5）出圖功能強(qiáng)，可十分方便地從三維實(shí)體模型直接生成二維工程圖。能按ISO標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)標(biāo)注尺寸、形位公差和漢字說(shuō)明等。并能直接對(duì)實(shí)

55、體做旋轉(zhuǎn)剖、階梯剖和軸測(cè)圖挖切生成各種剖視圖，增強(qiáng)了繪制工程圖的實(shí)用性。6）以Parasolid為實(shí)體建模核心，實(shí)體造型功</p><p>　　具有良好的用戶介面，絕大多數(shù)功能都可通過(guò)圖標(biāo)實(shí)現(xiàn)；進(jìn)行對(duì)象操作時(shí)，具有自動(dòng)推理功能；同時(shí)，在每個(gè)操作步驟中，都有相應(yīng)的提示信息，便于用戶做出正確的選擇。3.2 UG各功能模塊 UG的各功能是靠各功能模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的，有不同的功能模塊，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的用途，從而支持其強(qiáng)大

56、的Unigraphics 三維軟件。下面簡(jiǎn)要介紹各常用模塊。1．UG/Gateway (入口) 提供一個(gè)Unigraphics基礎(chǔ)，UG/Gateway在一個(gè)易于使用的基于Motif環(huán)境中形成連接所有UG模塊的底層結(jié)構(gòu)，它支持關(guān)鍵操作，包括打開(kāi)已存的UG部件文件，建立新的部件文件，繪制工程圖和屏幕布局以及讀入和寫出CGM等，也提供層控制，視圖定義和屏幕布局，對(duì)象信息和分析，顯示控制，存取“幫助”系統(tǒng)，隱藏/再現(xiàn)對(duì)象和實(shí)體和曲面模型的

57、著色。UG/Gateway包括一個(gè)沒(méi)有限制的高分率的繪圖儀許用權(quán)，模塊也提供一個(gè)現(xiàn)代化的電子表格應(yīng)用，構(gòu)造和管理零件家族并操縱部件間表達(dá)式2． UG/Solid Modeling (實(shí)體建模)提供業(yè)界最強(qiáng)的復(fù)合建模功能，UG/Solid Modeling無(wú)縫地集成基于約束的特征建模和顯</p><p>　　6． UG/Drafting (制圖)U UG/Drafting建立與幾何模型相關(guān)的尺寸，確保在一模型

58、改變時(shí)，圖將被更新，減少圖更新所需的時(shí)間，視圖包括消隱線和相關(guān)的模截面視圖，當(dāng)模型修改時(shí)也是自動(dòng)地更新，自動(dòng)的視圖布局能力提供快速的圖布局，包括正交視圖投射，截視圖，輔助視圖和細(xì)節(jié)視圖，UG/Drafting支持在主要業(yè)界制圖標(biāo)準(zhǔn)，利用由UG/Assenigly Modeling創(chuàng)建的裝配信息方便地建立裝配圖，包括快速地建立裝配分解視圖的能力，無(wú)論是制作一單一片圖或一多片細(xì) 節(jié)的裝配和組件工程圖，UG/Drafting減少工程圖生成的時(shí)

59、間和成本。7． UG/Assembly Modeling (裝配建模)提供一個(gè)并行的自頂一向下的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方法，UG/Assemly Modeling的主模型可以在總裝配的上下文中設(shè)計(jì)和編輯，組件被靈活地配對(duì)或定位,并且是相關(guān)的改進(jìn)了性能和減少存貯的需求，參數(shù)化地裝配建模提供為描述組件間配對(duì)關(guān)系和為規(guī)定共同的緊固件組和其它重復(fù)的零件的附加功能，結(jié)構(gòu)體系允許極大的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由一設(shè)計(jì)隊(duì)伍來(lái)創(chuàng)建和共享，這個(gè)使隊(duì)伍成員繼續(xù)它們的工作與其它人并行

60、，部件的版本和 </p><p><b>　　3.3三維UG建模</b></p><p>　　3.31雙橫臂獨(dú)立懸架位置坐標(biāo)</p><p>　　圖3-1雙橫臂獨(dú)立懸架空間結(jié)構(gòu)</p><p>　　表3-1主要空間鉸點(diǎn)坐標(biāo)</p><p><b>　　前輪定位參數(shù)：</b>&

61、lt;/p><p>　　前輪外傾角: 主銷內(nèi)傾角:</p><p>　　主銷后傾角: 前束值:0-2</p><p>　　按上述數(shù)據(jù)建模和運(yùn)動(dòng)仿真分析，需對(duì)雙橫臂獨(dú)立懸架、車輪和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行如下簡(jiǎn)化:</p><p>　　1.假設(shè)所有桿件全部為剛體，在車輪轉(zhuǎn)向及跳動(dòng)和懸架

62、運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不發(fā)生變形;</p><p>　　2.假設(shè)輪胎為剛體，不考慮其變形;</p><p>　　3.假設(shè)輪胎為一個(gè)圓形平面，不考慮其厚度;</p><p>　　4.假設(shè)球頭銷中心和與之相連接的銷孔為一個(gè)點(diǎn)，不考慮零件厚度;</p><p>　　5.假設(shè)所有桿件全部都為沒(méi)有厚度和寬度的空間線段。</p><p>　　

63、3.32.汽車雙橫臂懸架的建模</p><p>　　三維設(shè)計(jì)軟件的主要特征有：</p><p>　　①可視化精確零件設(shè)計(jì)?？梢匝杆賱?chuàng)建基礎(chǔ)零件的外型特征，易于添加常規(guī)通用的機(jī)械特征（例如孔，倒圓和倒角）。</p><p>　　②強(qiáng)大的裝配設(shè)計(jì)。通過(guò)施加約束和裝配關(guān)系采用拖放方式操作，使得零件裝配像搭積木一樣方便，對(duì)裝配、子裝配、零件、裝配特征、約束等進(jìn)行管理，可以完

64、成裝配件爆炸、剖切、干涉檢查、運(yùn)動(dòng)仿真、最小間隙、物性計(jì)算、零件列表等。裝配同時(shí)支持“自頂而下”和“自下而上”的設(shè)計(jì)技術(shù)，既可使用傳統(tǒng)的技術(shù)完成裝配，也可以在裝配環(huán)境設(shè)計(jì)新的零件。三維軟件可將裝配件進(jìn)行剖視，以便清晰地觀察裝配件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及內(nèi)部零件的裝配情況。三維設(shè)計(jì)軟件還可以創(chuàng)建爆炸圖，既可產(chǎn)生具有演示質(zhì)量的渲染圖像，也可方便的進(jìn)行零件注釋，便于零件的生產(chǎn)，裝配，維修。</p><p>　?、凵晒こ虉D?？梢匝?/p>

65、速將設(shè)計(jì)完成的三維零件和裝配件轉(zhuǎn)換為二維圖，能夠根據(jù)三維模型的尺寸，準(zhǔn)確無(wú)誤地自動(dòng)生成二維尺寸，并可靈活調(diào)整尺寸的種類和位置。只要二維裝配件的裝配關(guān)系正確，生成的二維工程圖就不會(huì)有尺寸上的錯(cuò)誤。</p><p>　?、苤悄茕秩竞椭悄軇?dòng)畫(huà)。設(shè)計(jì)者在創(chuàng)建一個(gè)三維零件圖，可運(yùn)用色彩，材質(zhì)，各種渲染技術(shù)達(dá)到逼真效果，還可以進(jìn)行模擬仿真動(dòng)畫(huà)。</p><p>　　UG采用基于特征和約束的建模技術(shù)，具

66、有交互建立和編輯復(fù)雜實(shí)體模型的能力，可以快速的進(jìn)行概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。它為三維建模提供了多種不同的應(yīng)用模塊，如實(shí)體建模，特征建模，自由曲面建模和自定義特征等。裝配是將產(chǎn)品的各個(gè)部件進(jìn)行組織和定位操作的一個(gè)過(guò)程，通過(guò)配對(duì)條件在部件間建立約束關(guān)系來(lái)確定部件在產(chǎn)品中的位置。UG軟件采用虛擬裝配模式，即在裝配中，部件的三維模型是被裝配引用，而不是簡(jiǎn)單的被復(fù)制到裝配圖中，其中運(yùn)用引用集的思想簡(jiǎn)化了模型信息。同時(shí)以主模型為基礎(chǔ)保持裝配部件的幾何

67、相關(guān)性，如果某部件被修改，則引用它的裝配部件會(huì)自動(dòng)更新，以反映部件的最新變化。在UG中可采用自頂向下，自底向上或混合裝配的裝配方法，這里采用自底向上的方法。即由已建立的單個(gè)部件的三維模型逐級(jí)的進(jìn)行組裝，最后組成裝配件。</p><p>　　創(chuàng)建的懸架模型中，包括主銷（kingpin）、上橫臂（UCA）、下橫臂（LCA）、拉臂（Pull_arm）、轉(zhuǎn)向拉桿（Tie_rod）、轉(zhuǎn)向節(jié)（Knuckle）、車輪（Whee

68、l）、以及測(cè)試平臺(tái)（Text_patch）。</p><p>　　首先設(shè)置新模型的工作環(huán)境，創(chuàng)建所需的9個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)，然后完成主銷，上下橫臂，拉臂，轉(zhuǎn)向拉桿等物體的建立，完成模型的建立，</p><p>　　建立UG模型如圖3-2所示</p><p>　　圖3-2汽車雙橫臂UG模型</p><p>　　4 ADAMS軟件</p>

69、<p>　　4.1仿真軟件應(yīng)用及發(fā)展</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)外工程仿真軟件層出不窮，但各仿真軟件都有其各自應(yīng)用的范圍應(yīng)用的仿軟件主要有:</p><p><b>　　1 DADS軟件</b></p><p>　　比利時(shí)LMS的DADS支持機(jī)械系統(tǒng)的快速裝配、分析和優(yōu)化，并提供了功能虛擬機(jī)技術(shù)功能，可以為物理樣機(jī)試驗(yàn)提供設(shè)計(jì)的裝配

70、特性、功能特性和可靠性的預(yù)測(cè)與校分析。在建模方面，提供的建模元素包括豐富的運(yùn)動(dòng)副庫(kù)、力庫(kù)、約束庫(kù)、控制元件庫(kù)、液壓元件庫(kù)、輪胎接口等。在分析方面，提供了裝配分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、正向動(dòng)力學(xué)分析、逆向動(dòng)力學(xué)分析、靜平衡分析、預(yù)載荷分析等6種分析功能。并且針對(duì)不同的需求，提了多種模塊，包括DADS舊asci(包括基本動(dòng)力學(xué)仿真的建模、求解、后處理和動(dòng)畫(huà)功能)、DADSS/tnadard(基本模塊加接觸分析、液壓與控制分析和用戶自定義子程序功能)

71、、DADS/Advnaecd(包括DADS加DADS舊xe，后者提供有限元分析接口)、DADS川1na(t供與控制系統(tǒng)軟件Easys、Matlba和Matrix禍合的動(dòng)力學(xué)仿真)、DADS腳gine(發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)仿真)，以及接口模塊Catl/aDADS(與Catia接口)、DADSP/or(與Pro膽接口)、DADS八MS(與I一DEAS接口)。</p><p>　　2 Matlab軟件</p>

72、<p>　　Matlab由美國(guó)州叻JHWORKs開(kāi)發(fā)，MATLAB是當(dāng)今國(guó)際上科學(xué)界(尤其是自動(dòng)制領(lǐng)域)最具影響力、也是最有活力的軟件。它起源于矩陣運(yùn)算，并己經(jīng)發(fā)展成一種高集成的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。它提供了強(qiáng)大的科學(xué)運(yùn)算、靈活的程序設(shè)計(jì)流程、高質(zhì)量的圖形可化與界面設(shè)計(jì)、便捷的與其他程序和語(yǔ)言接口的功能。MAfLAB語(yǔ)言在各國(guó)高校與研究位起著重大的作用。在歐美大學(xué)里，諸如應(yīng)用代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)控制、數(shù)字信號(hào)處理、模擬與數(shù)字通信、時(shí)間序

73、列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書(shū)都把M八TLAB作為內(nèi)容。在那里，州叭JLAB是攻讀學(xué)位的大學(xué)生、碩士生、博士生必須掌握的基本工具。</p><p>　　MATLAB主要應(yīng)用于電學(xué)、自動(dòng)控制、工程運(yùn)算。它可以與其它機(jī)械系統(tǒng)仿真軟件(如DADS，ADAMS等)一起組成聯(lián)合仿真系統(tǒng)。</p><p>　　3 ADAMS軟件（19）</p><p>　　ADAMS(A

74、utmoatieDynamicAnalysisofMehcaniealSystem)軟件，是由美國(guó)機(jī)械動(dòng)力司(MeehanicalDynmaieshi.c)開(kāi)發(fā)的最優(yōu)秀的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件，是世界上最具權(quán)威的，使用范圍最廣的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件。DAMS軟件的仿真可用于預(yù)測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測(cè)、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等。</p><p>　　ADAMS一方面是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件的應(yīng)用

75、軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方地對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。另一方面，又是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分開(kāi)發(fā)工具，其開(kāi)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)行特殊類型機(jī)械統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析的二次開(kāi)發(fā)工具平臺(tái)。</p><p>　　ADAMS軟件包括3個(gè)最基本的解題程序模塊:ADAMS朋ew(基本環(huán)境)、ADAMS</p><p>　　Sovler(求解器)和ADAMS/PosPto

76、recssor(后處理)。另外還有一些特殊場(chǎng)合應(yīng)用的附加序模塊，例如:ADAMSC/ar(轎車模塊)、ADAMS瓜ali(機(jī)車模塊)、ADAMS/Driver(駕員模塊)、ADAMS/Tier(輪胎模塊)、ADAMS/Linear(線性模塊)、ADAMS沮xe(柔性模塊)、ADAMS/cnoort(sl控制模塊)、ADAMS/FEA(有限元模塊)、ADAMS似ydruahes(液壓塊)、ADAMs腸ehange(接口模塊)、Mehcan

77、ism壓ro(與pro/Engineer的接口模塊)、ADAMS偽衛(wèi)lmatnin(高速動(dòng)畫(huà)模塊)等。</p><p>　　DADS與ADAMS同屬機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件，兩者的原理和功能相似。但ADAM軟件是專門針對(duì)汽車及懸架開(kāi)發(fā)，在模擬和仿真汽車及懸架系統(tǒng)方面比其它的軟件方便多。</p><p>　　4.2 ADAMS軟件概述 </p><p>　　ADAMS (

78、Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)軟件，是由美國(guó)機(jī)械動(dòng)力公司(Mechanical Dynamics Inc.)開(kāi)發(fā)的最優(yōu)秀的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件，是世界上最具權(quán)威性的，使用范圍最廣的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件。用戶使用ADAMS軟件，可以自動(dòng)生成包括機(jī)-電-液一體化在內(nèi)的、任意復(fù)雜系統(tǒng)的多體動(dòng)力學(xué)數(shù)字化虛擬樣機(jī)模型，能為用戶提供從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、方案論證、詳細(xì)設(shè)計(jì)、到產(chǎn)品方案修改

79、、優(yōu)化、試驗(yàn)規(guī)劃甚至故障診斷各階段、全方位、高精度的仿真計(jì)算分析結(jié)果，從而達(dá)到縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量及競(jìng)爭(zhēng)力的目的。。</p><p>　　ADAMS（7）一方面是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件的應(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)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。另一方面，又是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析開(kāi)發(fā)工具，其開(kāi)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)行特殊類型機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析的

80、二次開(kāi)發(fā)工具平臺(tái)。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，工程師通過(guò)應(yīng)用ADAMS軟件會(huì)收到明顯效果:</p><p>　?。?）.分析時(shí)間由數(shù)月減少為數(shù)日</p><p>　?。?）.降低工程制造和測(cè)試費(fèi)用</p><p>　?。?）.在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，完善設(shè)計(jì)方案</p><p>　?。?）.在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，減少所需的物理樣機(jī)數(shù)量&

81、lt;/p><p>　?。?）.當(dāng)進(jìn)行物理樣機(jī)測(cè)試有危險(xiǎn)、費(fèi)時(shí)和成本高時(shí)，可利用虛擬樣機(jī)進(jìn)行分析和仿真。</p><p>　?。?）.縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期</p><p>　　ADAMS仿真分析結(jié)果的后處理，可以通過(guò)調(diào)用后處理模塊ADAMS/ PostProcessor來(lái)完成。ADAMS / PostProcessor:模塊具有相當(dāng)強(qiáng)的后處理功能，它可以回放仿真結(jié)果，也可

82、以繪制各種分析曲線。除了可以直接繪制仿真結(jié)果曲線以外，ADAMS / PostProcessor還可以對(duì)仿真分析曲線進(jìn)行一些數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)計(jì)算;可以輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制試驗(yàn)曲線，并同仿真結(jié)果進(jìn)行比較;可以進(jìn)行分析結(jié)果曲線圖的各種編輯。</p><p>　　一般ADAMS分析功能如下：</p><p>　　(1)可有效地分析三維機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與力。例如可以利用ADAMS來(lái)模擬作用在輪胎上的垂直、轉(zhuǎn)向、陀

83、螺效應(yīng)、牽引與制動(dòng)、力與力矩;還可應(yīng)用ADAMS進(jìn)行整個(gè)車輛或懸架系統(tǒng)道路操縱性的研究。</p><p>　　(2)利用ADAMS可模擬大位移的系統(tǒng)。ADAMS很容易處理這種模型的非線性方程，而且可進(jìn)行線性近似。</p><p>　　(3)可分析運(yùn)動(dòng)學(xué)靜定(對(duì)于非完整的束或速度約束一般情況的零自由度)系統(tǒng)。</p><p>　　(4)對(duì)于一個(gè)或多自由度機(jī)構(gòu)，ADAM

84、S可完成某一時(shí)間上的靜力學(xué)分析或某一時(shí)間間隔內(nèi)的靜力學(xué)分析。</p><p>　　DADS與ADAMS同屬機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件，兩者的原理和功能相似。但ADAMS軟件是專門針對(duì)汽車及懸架開(kāi)發(fā)，在模擬和仿真汽車及懸架系統(tǒng)方面比其它的軟件方便得多。</p><p>　　4.2.1 多剛體動(dòng)力學(xué)概述</p><p>　　對(duì)于汽車及懸架這樣的大型復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，很多構(gòu)件的運(yùn)

85、動(dòng)是大位移非線性的，在構(gòu)造動(dòng)力學(xué)方程時(shí)，面臨復(fù)雜繁重的代數(shù)和微積分運(yùn)算，由于方程的非線性和復(fù)雜性，很難求出其封閉解析解，在經(jīng)典的力學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)一個(gè)新的學(xué)科分支-多體動(dòng)力學(xué)，它為解決這一問(wèn)題提供了有力的工具。</p><p>　　多體動(dòng)力學(xué)研究對(duì)象是多個(gè)剛體或彈性體用不同的運(yùn)動(dòng)副連接組成的復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，其主要研究任務(wù)是如何用計(jì)算機(jī)自動(dòng)建立復(fù)雜的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程(一般是代數(shù)微分混合方程組，即DAES)，以及如何快速

86、準(zhǔn)確地求解這些方程，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真，構(gòu)造虛擬樣機(jī)。在多體動(dòng)力學(xué)發(fā)展過(guò)程中，一直將汽車動(dòng)力學(xué)仿真作為主要的研究對(duì)象。</p><p>　　4.2.2 自由度[19]</p><p>　　機(jī)械系統(tǒng)的自由度表示機(jī)械系統(tǒng)中各構(gòu)件相對(duì)于地面機(jī)架所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)量。機(jī)械系統(tǒng)的自由度與構(gòu)成機(jī)械的構(gòu)件數(shù)量、運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)量、原動(dòng)機(jī)的類型和數(shù)量、以及其他約束條件有關(guān)。例如:.一個(gè)在3

87、維空間自由浮動(dòng)的剛體有6個(gè)自由度;一個(gè)圓柱副約束了兩個(gè)移動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，共提供了4個(gè)約束條件。</p><p>　　表2 ADAMS常用的運(yùn)動(dòng)副及自由度約束數(shù)</p><p>　　機(jī)械系統(tǒng)的自由度DOF可以用下式計(jì)算:</p><p>　　式中:n—活動(dòng)構(gòu)件總數(shù);</p><p>　　pj,m---第i個(gè)運(yùn)動(dòng)副的約束條件數(shù)，運(yùn)動(dòng)副總數(shù);<

88、/p><p>　　qi, x--第j個(gè)原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)約束條件數(shù)，原動(dòng)機(jī)總數(shù):</p><p>　　Rk—其他的約束條件數(shù)。</p><p>　　機(jī)械系統(tǒng)的自由度DOF和原動(dòng)機(jī)的數(shù)量與機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性有著密切的關(guān)系，在ADAMS軟件中，機(jī)構(gòu)的自由度決定了該機(jī)構(gòu)的分析類型:運(yùn)動(dòng)學(xué)分析或動(dòng)力學(xué)分析。</p><p>　　當(dāng)DOF=0時(shí)，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)

89、分析，即僅考慮系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而不考慮產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的外力。在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中，當(dāng)某些構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定后，其余構(gòu)件的位移、速度和加速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，不是根據(jù)牛頓定律來(lái)確定的，而是完全由機(jī)構(gòu)內(nèi)構(gòu)件間的約束關(guān)系來(lái)確定，是通過(guò)位移的非線性代數(shù)方程與速度、加速度的線性代數(shù)方程迭代運(yùn)算解出。</p><p>　　當(dāng)DOF>0時(shí)，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，即分析其運(yùn)動(dòng)是由于保守力和非保守力的作用而引起的，并要求構(gòu)件運(yùn)動(dòng)不僅滿足

90、約束要求，而且要滿足給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。它又包括靜力學(xué)分析、準(zhǔn)靜力學(xué)分析和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。動(dòng)力學(xué)的運(yùn)動(dòng)方程就是機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)的拉格朗日乘子微分方程和約束方程組成的方程組。</p><p>　　當(dāng)DOF<0時(shí)，屬于超靜定問(wèn)題，ADAMS無(wú)法解決。</p><p>　　在計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)自由度時(shí)應(yīng)注意以下一些特殊問(wèn)題:</p><p>　　(1)復(fù)合鉸鏈兩個(gè)以上的構(gòu)件同在一處

91、以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接，構(gòu)成了所謂復(fù)合鉸鏈。當(dāng)有m個(gè)構(gòu)件(包括固定構(gòu)件)以復(fù)合鉸鏈相聯(lián)接時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)副的數(shù)目應(yīng)為(m-1)個(gè)。</p><p>　　(2)局部自由度與機(jī)械系統(tǒng)中需要分析的構(gòu)件運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的自由度稱為局部自由度。在計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)自由度時(shí)，局部自由度可以除去不計(jì)。</p><p>　　(3)虛約束起重復(fù)限制作用的約束稱為虛約束，因此，虛約束又稱為多余約束。虛約束常出現(xiàn)于下列情況中:</p

92、><p>　　1)軌跡重合。如果機(jī)構(gòu)上有兩構(gòu)件用轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接，而兩構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡相重合，則該聯(lián)接將帶入虛約束。在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)不同構(gòu)件上兩點(diǎn)間的距離保持恒定時(shí)，用一個(gè)構(gòu)件和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副將此兩點(diǎn)相聯(lián)，也將帶入虛約束。</p><p>　　2)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合。當(dāng)兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副且其軸線互相重合，這時(shí)只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副起約束作用，其余轉(zhuǎn)動(dòng)副都是虛約束。</p><p>

93、　　3)移動(dòng)副導(dǎo)路平行。兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副且其導(dǎo)路互相平行，這時(shí)只有一個(gè)移動(dòng)副起約束作用，其余轉(zhuǎn)動(dòng)副都是虛約束。</p><p>　　4)機(jī)構(gòu)存在對(duì)運(yùn)動(dòng)重復(fù)約束作用的對(duì)稱部分。在機(jī)械系統(tǒng)中，某些不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞的重復(fù)部分所帶入的約束也為虛約束。虛約束的存在雖然對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有影響，但引入虛約束后不僅可以改善機(jī)構(gòu)的受力情況，還可以增加系統(tǒng)的剛性，因此在機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中得到較多使用。</p>&

94、lt;p>　　但是，計(jì)算機(jī)在求解運(yùn)動(dòng)方程組時(shí)，不應(yīng)有虛約束(即:相關(guān)方程)的存在。因此，計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，程序?qū)⒆詣?dòng)地查找虛約束，如果機(jī)械模型中有虛約束存在，計(jì)算機(jī)會(huì)隨機(jī)地將多余的虛約束刪除。這種處理方法使得計(jì)算結(jié)果同實(shí)際情況有所不同，而且可能出現(xiàn)多組解。</p><p><b>　　4.2.3 坐標(biāo)系</b></p><p>　　ADAMS采用了兩

95、種直角坐標(biāo)系:總體坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系，它們之間通過(guò)關(guān)聯(lián)矩陣相互轉(zhuǎn)換。總體坐標(biāo)系是固定坐標(biāo)系，它不隨任何機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。它是用來(lái)確定構(gòu)件的位移、速度、加速度等的參考系。局部坐標(biāo)系因定在構(gòu)件上，隨構(gòu)件一起運(yùn)動(dòng)。構(gòu)件在空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)的線物理量(如線位移、線速度、線加速度等)和角物理量(如角速度、角位移、角加速度)都可由局部坐標(biāo)系相對(duì)于總體坐標(biāo)系移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的相應(yīng)物理量確定。而約束方程表達(dá)式均由相連接的兩構(gòu)件的局部坐標(biāo)系的坐標(biāo)描述。&l

96、t;/p><p>　　4.3 應(yīng)用ADAMS軟件分析步驟</p><p>　　具體到研究汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，建立車輛仿真模型時(shí)，一般遵循以下</p><p>　　幾個(gè)典型的基本步驟:</p><p>　　1.機(jī)械系統(tǒng)的物理抽象。</p><p>　　2.獲取模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)(幾何定位)參數(shù)，建立抽象系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部件、約束，從而建立運(yùn)

97、動(dòng)學(xué)模型。校驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖杂啥燃罢_性。</p><p>　　3.獲得模型的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，定義模型中部件、鉸鏈與彈性元件及外界條件，如道路模型、空氣阻力等的特性，建立動(dòng)力學(xué)模型。</p><p>　　4.對(duì)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行調(diào)整與仿真計(jì)算。</p><p>　　5.對(duì)仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理。</p><p>　　為使仿真分析能夠較順利的進(jìn)行，應(yīng)采取以下

98、的分析技巧:</p><p>　　1)應(yīng)該采取漸進(jìn)的，從簡(jiǎn)單分析逐步發(fā)展到復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)分析的分析策略。</p><p>　?、僭谧畛醯姆抡娣治鼋r(shí)，不必過(guò)分追求構(gòu)件幾何形體的細(xì)節(jié)部分同實(shí)際構(gòu)件完全一致，因?yàn)檫@往往需要花費(fèi)大量的幾何建模時(shí)間，而此時(shí)的關(guān)鍵是能夠順利地進(jìn)行仿真并獲得初步結(jié)果。從程序的求解原理來(lái)看，只要仿真構(gòu)件幾何形體的質(zhì)量、質(zhì)心位置、慣性矩和慣性積同實(shí)際構(gòu)件相同，仿真結(jié)果是

99、等價(jià)的。待獲得滿意的仿真分析結(jié)果以后，再完善構(gòu)件幾何形體的細(xì)節(jié)部分和視覺(jué)效果。</p><p>　　②如果樣機(jī)模型中含有非線性的阻尼，可以先從分析線性阻尼開(kāi)始，待線性阻尼分析順利完成后，再改為非線性阻尼進(jìn)行分析。</p><p>　　2)在進(jìn)行較復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)仿真時(shí)，可以將整個(gè)系統(tǒng)分解為若干個(gè)子系統(tǒng)，先對(duì)這些子系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析和試驗(yàn)，逐個(gè)排除建模等仿真過(guò)程中隱含的問(wèn)題，最后進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的仿

100、真分析試驗(yàn)。</p><p>　　3)在設(shè)計(jì)虛擬樣機(jī)時(shí)，應(yīng)該盡量減小機(jī)械系統(tǒng)的規(guī)模，僅考慮影響樣機(jī)性能的構(gòu)件。</p><p>　　4.4 在ADAMS中前輪定位參數(shù)的測(cè)定</p><p>　　為保證汽車穩(wěn)定的直線行駛，應(yīng)使轉(zhuǎn)向輪具有自動(dòng)回正作用。就是當(dāng)轉(zhuǎn)向輪在偶遇外力(如碰到石塊)作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，在外力消失后，應(yīng)能立即自動(dòng)回到直線行駛的位置。這種自動(dòng)回正作用是由轉(zhuǎn)

101、向輪定位參數(shù)來(lái)保證實(shí)現(xiàn)的。這些定位參數(shù)有:主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、前輪外傾角和前輪前束.</p><p>　　4.4.1 主銷后傾角[23]γ </p><p>　　主銷后傾角γ形成回正的穩(wěn)定力矩，當(dāng)主銷具有后傾角γ時(shí)，主銷軸線與路面交點(diǎn)A將位于車輪與路面接觸點(diǎn)B的前面，如圖4-1所示。當(dāng)汽車直線行駛時(shí)，若轉(zhuǎn)向輪偶然受到外力作用而稍有偏轉(zhuǎn)(例如向右偏轉(zhuǎn)如圖中箭頭所示)，將使汽車行駛方向向右

102、偏離。這時(shí)由于汽車本身離心力的作用，在車輪與路面接觸點(diǎn)B處，路面對(duì)車輪作用著一個(gè)側(cè)向反作用力Y。反力Y對(duì)車輪形成繞主銷軸線作用的力矩Yl，其方向正好與車輪偏轉(zhuǎn)方向相反。在此力矩作用下，將使車輪回復(fù)到原來(lái)中間的位置，從而保證了汽車穩(wěn)定的直線行駛。故此力矩稱為穩(wěn)定力矩。但此力矩也不宜過(guò)大，否則在轉(zhuǎn)向時(shí)為了克服此穩(wěn)定力矩，駕駛員須在轉(zhuǎn)向盤上施加較大的力(即所謂轉(zhuǎn)向盤沉重，因穩(wěn)定力矩的大小，取決于力臂的數(shù)值，而力臂又取決于后傾角γ的大小。因此為

103、不使轉(zhuǎn)向盤沉重，主銷后傾角γ不宜過(guò)大，現(xiàn)在一般采用的γ角不超過(guò)2030?，F(xiàn)代高速汽車由于輪胎氣壓降低彈性增加，而引起穩(wěn)定力矩增加，因此，Y角可以減小到接近于零，甚至為負(fù)值。</p><p>　　圖4-1主銷后傾角γ</p><p>　　在ADAMS里，是用主銷軸線單位矢量在X軸及Y軸的方向投影計(jì)算主銷后傾角γ的。</p><p>　　Sx= Steer—axis*

104、road—X—Axis(即轉(zhuǎn)向軸或主銷軸在路面X方向的投影)</p><p>　　Sy=Steer—axis*road—Z—Axis(即轉(zhuǎn)向軸或主銷軸在路面Y方向的投影)</p><p>　　γ =arctan(SX/Sy)</p><p>　　4.4.2 主銷內(nèi)傾角β</p><p>　　主銷內(nèi)傾角β是指在汽車的橫向平面內(nèi)，主銷上部向內(nèi)傾斜

105、的角度。如圖4-2所示，主銷內(nèi)傾角也就是轉(zhuǎn)向節(jié)軸線EG在汽車橫向平面內(nèi)與一個(gè)鉛垂線的夾角。主銷偏移距γs減小，從而可減少轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員加在轉(zhuǎn)向盤上的力，使轉(zhuǎn)向操縱輕便，同時(shí)也可減少?gòu)霓D(zhuǎn)向輪傳到轉(zhuǎn)向盤上的沖擊力。但內(nèi)傾角不宜過(guò)大，也就是主銷偏移距γs不宜過(guò)小，否則在轉(zhuǎn)向時(shí)，車輪饒主銷偏轉(zhuǎn)的過(guò)程中，輪胎與路面間產(chǎn)生較大的滑動(dòng)，因而增加了輪胎和路面間的摩擦阻力，加速了輪胎的磨損。主銷內(nèi)傾角也有車輪自動(dòng)回正的作用。從圖4-2可以看出主銷內(nèi)傾角引起

106、的車輪自動(dòng)回正作用。</p><p>　　圖4-2主銷內(nèi)傾角和車輪外傾角</p><p>　　將作用在車輪接地點(diǎn)Fn移至車輪軸線方向和其垂直方向分解成：Fncosσ和Fnsinσ。轉(zhuǎn)彎時(shí)，垂直力分量Fnsinσ產(chǎn)生回正力矩：MSZ = Fnsinσsinδ*γn，見(jiàn)圖4-3左，其中γn = （γS +γdyntgσ）cosσ, γdyn = 滾動(dòng)半徑，這里的γS指的是主銷偏移距離。<

107、;/p><p>　　它也是一個(gè)車輪定位參數(shù)?？梢?jiàn)，主銷偏移距[22]γS對(duì)轉(zhuǎn)向回正力矩M的大小有影響，γS大，轉(zhuǎn)向回正能力加強(qiáng)；若取值較小或者甚至為負(fù)值，轉(zhuǎn)向回正力矩變小。但過(guò)大的主銷偏移距離卻對(duì)汽車的制動(dòng)穩(wěn)定性不利。這是因?yàn)楫?dāng)一根車橋的兩個(gè)車輪的制動(dòng)力矩大小不同時(shí)，如圖 4-3左圖所示，假設(shè)左前輪出現(xiàn)較右前輪大的制動(dòng)力Fbvr，左右兩個(gè)車輪的制動(dòng)力差為MSZ = Fbv -Fbl,此外，它還引起了轉(zhuǎn)向力矩MSb =