【正文】 建立 ............................................................................15 懸架模型自由度分析 ............................................................................17 本章小結(jié) .......................................................................................................18 第 4 章 基于 ADAMS/CAR 的動(dòng)力學(xué)仿真分析 .................................................19 IV 麥弗 遜前懸架系統(tǒng)仿真分析 .......................................................................19 車(chē)輪同向激振仿真 .......................................................................................19 車(chē)輪彈塑性運(yùn)動(dòng)仿真 ...................................................................................22 仿真分析比較 ...............................................................................................24 本章小結(jié) .......................................................................................................26 結(jié) 論 .....................................................................................................................28 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................30 致 謝 .....................................................................................................................32 1 第 1 章 緒 論 課題來(lái)源及研究的目的和意義 汽車(chē)懸架是車(chē)架（或車(chē)身）與車(chē)軸（或車(chē)輪）之間的彈性聯(lián)結(jié)裝置的統(tǒng)稱。 國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析 國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外汽車(chē)動(dòng)力學(xué)的研究經(jīng)歷了由試驗(yàn)研究到理論研究，由開(kāi)環(huán)研究到閉環(huán)研究的發(fā)展過(guò)程。研究工作集中在平順性、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、模型的計(jì)算方法、性能預(yù)測(cè)方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法等。提出了基于動(dòng)力學(xué)仿真的汽車(chē)懸架 CAD 的思路，針對(duì)具體車(chē)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)后的鋼板彈簧裝車(chē)進(jìn)行了平順性和操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)。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)原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 [8]。這就對(duì)懸架設(shè)計(jì)人員提出了很高的要求。 （ 2） DADS 軟件 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，并提供了功能虛擬樣機(jī)技術(shù)功能，可以為物理樣機(jī)試驗(yàn)提供設(shè)計(jì)的裝配特性、功能特性和可靠性的預(yù)測(cè)與校驗(yàn)分析。八十年代商品化以來(lái)， EASYS 首 先滲透到航空市場(chǎng)，現(xiàn)在己應(yīng)用于汽車(chē)和其它多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。最后執(zhí)行一組與實(shí)際狀況十分接近的運(yùn)動(dòng)仿真測(cè)試，所得的測(cè)試結(jié)果就是機(jī)械系統(tǒng)工作過(guò)程的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況。其特點(diǎn)是在列寫(xiě)出系統(tǒng)的牛頓 — 歐拉方程后，將不獨(dú)立的笛卡爾廣義坐標(biāo)變換成獨(dú)立變量，對(duì)完整約束系統(tǒng)用 Alembert原理消除約束反力，對(duì)非完整約束系統(tǒng)用 Jourdain原理消除約束反力，最后得到與系統(tǒng)自由度數(shù)目相同的動(dòng)力學(xué)方程，希林等人編制了符號(hào)推導(dǎo)的計(jì)算機(jī)程序 NEWEUL。RW方法以相鄰剛體之間的相對(duì)位移作廣義坐標(biāo)，對(duì)復(fù)雜的樹(shù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)關(guān)系給出了統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模式，并據(jù)此推導(dǎo)了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程，相應(yīng)的程序有MESAVERDE 。 多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論有很多優(yōu)點(diǎn)： （ 1）適用對(duì)象廣泛。 柔體系統(tǒng)不同于多剛體系統(tǒng)，它包含有柔性部分，其變形不可忽略，其逆運(yùn)動(dòng)學(xué)是不確定的。物理建模過(guò)程中，有時(shí)候需要根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)約束和初始位置條件對(duì)幾何模型進(jìn)行裝配。 9 第 3 章 基于 ADAMS/Car 懸架系統(tǒng)建模 ADAMS/Car 軟件概述 ADAMS 即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析 ，該軟件是美國(guó) MDI 公司開(kāi)發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。 ADAMS 具有通用、精確的仿真功能，方便、友好的用戶界面和強(qiáng)大的圖形顯示能力，這使得許多著名大公司都采用它來(lái)完成產(chǎn)品輔助設(shè)計(jì)、研究開(kāi)發(fā)、質(zhì)量鑒 定等重要工作?；贏DAMS/CAR 的懸架系統(tǒng)對(duì)操縱穩(wěn)定性影響的仿真試驗(yàn)研究 （ 4）提供了實(shí)體動(dòng)畫(huà)顯示功能與運(yùn)動(dòng)干涉檢查。 ADAMS/Car 建?；静襟E和方法 在 ADAMS/Car 下用戶有兩種工作模式：專(zhuān)家（ expert）和標(biāo)準(zhǔn)用戶（ standard user）。例如，前懸架總成在裝配到整車(chē)模型時(shí)，需要和轉(zhuǎn)向系以及車(chē)身相連接，這些交換的信息可以保證它們被正確的裝配到一起。在建立分析總成模型的過(guò)程中， ADAMS/Car 的建模順序自下而上。創(chuàng)建硬點(diǎn)只需要輸入相應(yīng)的位置坐標(biāo)，而創(chuàng)建方向點(diǎn)除了輸入相應(yīng)的位置坐標(biāo)外，還得輸入相應(yīng)的方位坐標(biāo)。 （ 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，以便各個(gè)子系統(tǒng)之間進(jìn)行正確的連接。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、彈簧和阻尼及輪胎的屬性等。該懸架還具有較為合理的運(yùn)動(dòng)特性，能夠保證整車(chē)性能要求。 14 圖 32 麥弗遜前懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1下控制臂 。9轉(zhuǎn)向器齒條 該麥弗遜式前獨(dú)立懸架主要有下控制臂（單斜臂）、轉(zhuǎn)向節(jié)總成、螺旋彈簧、減振器等組成。 前輪前束角：α =arctan（（ XBXC） /（ YBYC）） （ 3l） 車(chē)輪外傾角：β =arctan（（ ZBZC） /（ YBYC）） （ 32） 主銷(xiāo)后傾角：γ =arctan（（ XDXA） /（ ZDZA）） （ 33） 主銷(xiāo)內(nèi)傾角：φ =arctan（（ YDYA） /（ ZDZA）） （ 34） 式中 A— 下控制臂與轉(zhuǎn)向節(jié)總成連接的球鉸中心點(diǎn)； D— 減振器與車(chē)體的鉸接點(diǎn)； 1 6 2 3 4 5 7 8 9 7 7 2 1 7 3 4 5 7 8 7 9 A B C D E F 6 15 B、 C— 分別是輪軸內(nèi)外端點(diǎn)。 123 353177。最后對(duì)本懸架系統(tǒng)進(jìn)行了自由度分析。因此安裝車(chē)輪時(shí)預(yù)先使車(chē)輪有一定的外傾角，使輪胎盡可能垂直于稍許有點(diǎn)拱形的路面滾動(dòng)，這樣輪胎磨損均勻和滾動(dòng)阻力小，同時(shí)也減輕了輪轂外軸承的負(fù)荷。 20 由圖可以看出，外傾角的變化范圍為 ～ 176。 [20]。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，主銷(xiāo)內(nèi)傾角的大致范圍為 7～ 13176。 [21]。車(chē)輪在跳動(dòng)的過(guò)程中，外傾角的變化范圍比理想稍大?？梢钥闯?，車(chē)輪同向跳動(dòng)時(shí)，主銷(xiāo)后傾角的變化范圍為 ~0176。 本章小結(jié) 本章對(duì)在 ADAMs/Car模塊里建立的麥弗遜式前獨(dú)立懸架系統(tǒng)虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行了仿真分析。論文的主要內(nèi)容及成果體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)： (1)利用 ADAMS/Car 模塊建立某車(chē)的麥弗遜式前獨(dú)立懸架的虛擬樣機(jī)模型，并對(duì)懸架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。 本文只研究了懸架系統(tǒng)的仿真分析，要全面。本文采用 ADAMS 虛擬樣機(jī)技術(shù)，對(duì)汽車(chē)懸架系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，并對(duì)車(chē)輪定位參數(shù)影響進(jìn)行了分析。只有車(chē)輪外傾角的范圍在剛性連接的情況下變化范圍比彈性連接情況下小。變動(dòng)量偏大。 （ 1）車(chē)輪外傾角 根據(jù)輸出的仿真結(jié)果，可以看到，圖 45 為外傾角隨車(chē)輪同向跳動(dòng)變化規(guī)律曲線。但主銷(xiāo)后傾角也不宜過(guò)大，否則會(huì)造成轉(zhuǎn)向沉重。主銷(xiāo)內(nèi)傾角有使車(chē)輪自動(dòng)回正的作用，也有利于主銷(xiāo)偏距的減小，從而可減少轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員加在方向盤(pán)上的力，使轉(zhuǎn)向操縱輕便，同時(shí)也可減少?gòu)霓D(zhuǎn)向輪傳到方向盤(pán)上的沖擊力。所以前束角的設(shè)計(jì)原則是車(chē)輪跳動(dòng)時(shí)，其變化范圍越小越好。 [19]。如果空車(chē)時(shí)車(chē)輪的安裝正好垂直于路面，則滿載時(shí)，車(chē)橋?qū)⒁虺休d而 變形，而可能出現(xiàn)車(chē)輪內(nèi)傾，這樣將加速車(chē)輪的磨損。 本章小結(jié) 本章對(duì) ADAMS 軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，主要闡述了 ADAMS 軟件建?；A(chǔ)，從一般建模的基本步驟上對(duì)如何建模和仿真分析上做了整體的概述。；前螺旋彈簧的剛度為 ，減振器的阻尼力參數(shù)如表 32 所示。然而，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的布置，可以車(chē)輪定位參數(shù)的變化極小。7車(chē)體 。而在三線不共線的麥弗遜式懸架系統(tǒng)中，對(duì)應(yīng)于不同的車(chē)輪跳動(dòng)位置，各點(diǎn)至主銷(xiāo)中心線的距離是變化的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，麥弗遜懸架的主要結(jié)構(gòu)即是由螺旋彈簧、減振器及下控制臂組成，減振器可以避免螺旋彈簧受力時(shí)向前、后、左、右偏移的現(xiàn)象，限制彈簧只能按照特定方向作振動(dòng)，并可以用減振器的行程長(zhǎng)短及松緊，來(lái)設(shè)定懸架的軟硬及性能。不考慮彈性橡膠襯套時(shí)為運(yùn)動(dòng) 13 學(xué)分析模型，考慮彈性橡膠襯套時(shí)為彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模型。即定義主銷(xiāo)軸線和輸入車(chē)輪前束角與車(chē)輪外傾角。 懸架模板的建模步驟如下： （ 1）創(chuàng)建硬點(diǎn)和方向點(diǎn)。 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(chē)系統(tǒng)相一致。例如，對(duì)于前懸架模板，它定義了前懸架包含的剛體數(shù)目、剛體之間的連接方式（球鉸還是轉(zhuǎn)動(dòng)鉸或其他）以及與其他總成交換信息的方式。本文在建模時(shí)采用 ISO 坐標(biāo)制。實(shí)現(xiàn)了 CAD/ CAE/CACE 設(shè)計(jì)的一體化。 ADAMS 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。另外對(duì)懸架系統(tǒng)涉及的多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論進(jìn)行了簡(jiǎn)要的概述，介紹了多 體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的一般研究方法，包括：牛頓 —— 歐拉方程法、拉格朗日法、圖論方法、凱恩方法變分方法等，以及各種方法的優(yōu)劣勢(shì)。幾何模型可以由動(dòng)力學(xué)分析系統(tǒng)幾何造型模塊所構(gòu)造，或者從通用幾何造型軟件導(dǎo)入。而多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)模型可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成，不必考慮推導(dǎo)公式的難易程度，所以不但適用于較簡(jiǎn)單的平面模型，而且更適用于復(fù)雜的三維空間模型。 Gauss最小約束原理是變分方法的基本原理，利用優(yōu)化理論求泛函的極值直接得到系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀況。 RW方法以十分優(yōu)美的風(fēng)格處理了樹(shù)結(jié)構(gòu)的多剛體系統(tǒng)。多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的主要研究方法有： （ 1）牛頓 —— 歐拉方程法：對(duì)作為隔離體的單個(gè)剛體列寫(xiě)牛頓一歐拉方程時(shí)， 6 鉸約束力的出現(xiàn)使未知變量的數(shù)目明顯增多，故即使直接采用牛頓 —— 歐拉方法，也必須加以發(fā)展，制定出便于計(jì)算機(jī)識(shí)別的剛體聯(lián)系情況和鉸約束形式的程式化方法，并致力于自動(dòng)消除鉸的約束能力。既可以是在 ADMAS 軟件中直接建造的幾何模型，也可以是從其它 CAD 軟件中傳過(guò)來(lái)的造型逼真的幾何模型。 （ 4） EASYS 軟件 EASYS 是一個(gè)以圖形為基礎(chǔ)的軟件工具，用于模擬和設(shè)計(jì)具有微分和代數(shù)方程特征的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。 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)用的仿真軟件主要有： （ 1） PAMCRASCH 軟件 PAMCRASCH 軟件是法國(guó) ESI 公司的碰撞模擬有限元仿真分析軟件的程序包。 （ 1）關(guān)于汽車(chē)懸架動(dòng)力學(xué)仿真的基本概述 ； （ 2）基于 ADAMS/Car模塊進(jìn)行懸架的建模； （ 3）具體的動(dòng)力學(xué)分析和仿真； （ 4）輸出優(yōu)化后的仿真結(jié)果。實(shí)現(xiàn)了懸架偏頻的仿真測(cè)量和不同等級(jí)路面、不同車(chē)速下隨機(jī)路面輸入的平順性仿真。 武漢理工大學(xué)的鮑衛(wèi)寧利用 ADAMS/View 軟件，建立了麥弗遜式懸架的 某轎車(chē)前懸架的多體動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)車(chē)輪跳動(dòng)和轉(zhuǎn)向時(shí)，懸架的各種參數(shù)的變化進(jìn)行分析 [6]。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)的研究分析和計(jì)算的工作起步較晚。最后執(zhí)行一組與實(shí)際狀況十分接近的運(yùn)動(dòng)仿真測(cè)試，所得的測(cè)試結(jié)果就是機(jī)械系統(tǒng)工作過(guò)程的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況。 基于整車(chē)行駛平順性，從理論上分析懸架系統(tǒng)車(chē)輪定位參數(shù)對(duì)整個(gè)懸架系統(tǒng)的影響。汽車(chē)懸架系統(tǒng)是影響車(chē)輛動(dòng)態(tài)特性最為關(guān)鍵的子系統(tǒng)之一。懸架結(jié)構(gòu)形式和性能參數(shù)的選擇合理與否，直接對(duì)汽車(chē)行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性有很大的影響。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人