【正文】 該車采用的是齒輪齒條式轉向系。 圖 前懸架模型 麥弗遜懸架結構， 總成由 彈簧、筒式減震器及滑柱、下擺臂、轉向節(jié)總成 （ 包括減振器下體、輪轂軸 ） 、轉向橫拉桿、球頭銷、轉向器齒條、車輪總成、車身等剛體部分組成。在template builder 下建立各子系統(tǒng)的 template 文件，定義子系統(tǒng)之間的 municator，此時只需知道子系統(tǒng)的拓撲結構而無需知道子系統(tǒng)的詳細參數。 （ 6） ADAMS/Car(轎車模塊 ) ADAMS/Car(轎車模塊 )是 ADAMS 軟件的專業(yè)模塊之一，是 MDI 公司與 Audi、 BMW、Renault、 Volvo。 （ 4） ADAMS/Insight(設計與分析模塊 ) 該模塊是 ADAMS 軟件 的功能擴展模塊，它是網頁技術的新模塊。另外， ADAMS/View 還提供多種位移函數、速度函數、加速度函數、接觸函數、樣條函數、力和力矩函數、用戶子程序函數等多種函數。j=1,2,? ,m () 222 1 1 1 1n n n mj j j jj i i k ii i i ki i t k ih q q q qt t q q q q q? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?????? ? ? ? ? ????? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ????? ? ? ? 將其寫成矩陣形式為 : ? ?1110nmjik kkj kiin jjjk kmq qQqhq??????????? ? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ????????? i=1,2,? ,n。 0L 取最小值，則由 0 0iLq? ?? ， 00 0jL?? ?? 得： ? ? 00100m ji i i jj ijW q q q????? ? ? ????????? i=1,2,3,?? ,n。 1j j jq q q?? ? ? ， 1j j ju u u?? ? ? ， 1j j j? ? ??? ? ? () 由式 ()知： 01jjuuh???? ? ? ????? () 由式 ()知： 01G Iqh???? ???? ??， G Iu? ?? () 將式 ()和式 ()代入式 ()，得： 0011000TjjF F Fq u h u qqFI I u Ghq??????? ??? ? ? ? ?????? ??? ? ? ???????? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ??????? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?????????????? () 式 ()左邊得系數矩陣稱系統(tǒng)的雅可比矩陣，其中： Fq?? — — 系統(tǒng)剛度矩陣； Fu?? —— 系統(tǒng)阻尼矩陣； Fu?? —— 系統(tǒng)質量矩陣； 通過分解系統(tǒng)雅可比矩陣 (為了提高計算效率， ADAMS采用符號方法分解矩陣 )求解jq? ， ju? ， j?? ，計算出 1jq? , 1ju? , 1j?? , 1jq? ， 1ju? ， 1j?? ，重復上述迭代校正步驟，直到滿足收斂條件，最后是積分誤差控制步驟。 如定義系統(tǒng)的狀態(tài)矢量 , TT T Ty q u ???? ??,式 ()可寫成單一矩陣方程： ? ?, , 0g y y t ? () 在進行動力學分析時， ADAMS采用兩種算法 : a) 提供三種功能強大的變階、變步長積分求解程序 :GSTIFF積分器、 DSTIFF積分器和 BDF積分器來求解稀疏禍合的非線性微分代數方程，這種方法適用于模擬剛性系統(tǒng) (特征值變化范圍大的系統(tǒng) )。 （ 2） 廣義坐標的選擇 動力學方程的求解速度很大程度上取決于廣義坐標的選擇。例如 :一個在 3維空間自由浮動的剛體有 6個自由度 :一個圓柱副約束了兩個移動和兩個轉動，共提供了 4個約束條件。 2. 構建整車虛擬樣機模型，進行模型可行性的驗證。 隨著國外 ADAMS等多體軟件的引進，近幾年國內高校和科研機構利用它們對車輛的懸架系統(tǒng)做了比較深入的研究。 自 20世紀 90年代起，一些發(fā)達的汽車制造國在汽車產品設計開發(fā)領域中廣泛采用信息技術、計算機技術、 CAD/CAE/CAM/PDM技術 、 KBE(Knowledge Based Engineering)技術等先進手段，使設計水平大為提 高，新車型的開發(fā)周期大大降低。與此同時，長春汽車研究所開始了路形計的研制工作，經過多年的努力，研制成功具有國際水平的雙跡真實路形計。清華大學、長春汽車研究所進行了許多有關座椅傳遞特性、人 — 椅系統(tǒng)動態(tài)參數識別、座椅特性與汽車底盤振動特性的合理匹配等方面的研究。 武漢工學院在 1978 年提出了汽車九自由度振動模型，并在計算機上模擬了四個車輪在隨機輸入條件下車身振動加速度響應的預測。 在改變車輛的結構參數方面，國外研究者已取得不少成果 [6]。 第四階段：進入二十世紀八十年代后，計算機技術和控制理論的發(fā)展推動了車輛懸架系統(tǒng)動力學的進一步研究，人們開始應用 多剛體系統(tǒng)動力學軟件 (例如 :ADAMS,DADS)建立車輛及懸架系統(tǒng)的復雜動力學模型，并通過分析得出了許多有益結論 [1] [2] [3]。采用虛擬樣機技術進行轎車平順性研究已經逐漸被國外的汽車企業(yè)所采用，并取得了良好的效果。 第一章 緒 論 本課題的研究背景和意義 隨著我國高速公路網的大力建設，以及人民生活水平和消費水平的不斷提高，汽車已成為人們日常生活中不可或缺的一部分，人們對汽車性能的要求也越來越高。 作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。 3. 進行隨機路面平順性的仿真。 4. 進行進行實車道路試驗。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。然而，由于汽車是一個包含慣性、彈性、阻尼等動力學特征的非線性系統(tǒng)，零件多、受力復雜，而且構成汽車的各子系統(tǒng)之間存在相互耦合作用，使得汽車的動態(tài)特性非常復雜，要想真實描寫汽車的動態(tài)特性，必須考慮盡可能多 的零件運動來獲得精確的數學模型，而太復雜的模型又給求解帶來了巨大困難，甚至得不到結果。本課題以數字樣機技術為手段，開展輕型乘用車平順性仿真技術研究。 發(fā)展至今，已經有一套比較成熟的汽車平順性研究理論，目前平順性的研究主要集中在評價方法、模型建立方法、懸架系統(tǒng)結構參數優(yōu)化、路面激勵（路面譜）研究和先進測試方法研究等幾個方面。自七十年代后期以來，隨著隨機振動理論、概率論、電子計算機技術在汽車行業(yè)中的普及與應用 ，以及一些先進測試設備、儀器的開發(fā)，汽車平順性的理論、試驗和研究工作有突飛猛進的發(fā)展。長春汽車研究所與吉林工業(yè)大學合作進行的十自由度模型計算機模擬工作中，利用了先進的 MTS 電子液壓振動臺進行了 CA141 汽車振動參數的動態(tài)識別，獲得了與實際結果十分吻合的結果。 浙江 工業(yè) 大學 的 潘立基于人椅系統(tǒng)三向振動進行汽車平順性建模與仿真， 華中科技大學的 桑璟如 利用 ADAMS 軟件成功建立了后懸架為空氣懸架樣車的整車 34 自由度動力學模型，對其進行平順性仿真，并通過試驗驗證仿真結果。使用該路形計，進行了大量的實際道路路面不平度的測量與統(tǒng)計分析，獲得有關二、三、四級公路及一些特殊道路珍貴的路面譜資料。以美國為例，在 90年代初，轎車新車型的開發(fā)周期大約為 5～ 6年，到 90年代末已降為 12～ 18個月。主要有：北方車輛研究所 CAE中心針對履帶車輛用ADAMS/ATV建立整車模型 [14]，研究了懸掛裝置彈簧特性、減振器阻尼特性對車輛振動與沖擊動力學的影響，給出了車輛行駛平穩(wěn)性、沖擊響應的動力學分析結果；上海交通大學包繼華博士應用多體理論對 SGZ4032型牽引車建立模型 [15]，并把鋼板彈簧處理成多個無質量的Timoshenko梁連接的柔性體，模擬鋼板彈簧的非線性特性，并仿真了方向盤正弦輸入下的整車響應；浙江大學的丁渭平（博士后）提出了開發(fā)汽車懸架系統(tǒng)集成技術 [16]，它以工程數據庫系統(tǒng)為基礎 ,對懸架系統(tǒng)設計的單元技術進行整合 ,構建起支持懸架系統(tǒng)自主設計的通用平臺 ,并實現(xiàn)了與 Pro/ENGINEER的“無縫連接” ,還可以通過專用數據接口調用 ADAMS虛擬樣機功能 ,從而大大擴展了平臺處理能力；華中科技大學的研究人員用 ADAMS軟件建立了國 產轎車 的操縱動力學多體仿真模型，詳細考慮了前后懸架系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)以及輪胎，并考慮了各種連接件中的彈性襯套的影響，對整車穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)工況進行了動力學仿真；中國農業(yè)大學王樹鳳博士利用 ADAMS軟件獲取的動力學分析數據來驅動虛擬場景中的試驗車輛 [17]，同時配合虛擬儀表準確的動態(tài)顯示了該車的運動狀態(tài)參數，實現(xiàn)車輛的虛擬試驗過程仿真。 3. 進行隨機路面平順性的仿真。 機械系統(tǒng)的自由度 DOF和原動機的數量與機械系統(tǒng)的運動特性有著密切的關系，在ADAMS軟件中，機構的自由度決定了該機構的分析類型：運動學 分析或動力學分析。研究剛體在慣 性空間中的一般運動時，可以用它的連體基的圓點 (一般與質心重合 )確定位置，用連體基相對慣性基的方向余弦矩陣確定方位。 b) 提供 ABAM積分求解程序，采用坐標分離算法來求解獨立坐標的微分方程，這種方法適于模擬特征值經歷突變的系統(tǒng)或高頻系統(tǒng)。如果預估值與校正值的差值小于規(guī)定的積分誤差限，接受該解，進行下一時刻的求解。 j=1,2,3,?? ,m () 對應函數形式： 0( , ) 0i k lfq? ? , ( ) 0jkgq? k=1,2,3,?? ,n。j=1,2,? ,m () 上式中的非零項已經分解，見式 ()和 ()，因此，可以求解。 （ 2） ADAMS/Solver(求解器模塊 ) ADAMS/Solver 也是 ADAMS 系列產品的核心模塊之一，是 ADAMS 產品中處于心臟地位的仿真“發(fā)動機”。工程師可以借助該模塊將仿真試驗置于網頁上，實現(xiàn)資源共享，加速決策過程。等公司合作開發(fā)的整車設計軟件包。 (3) 獲取各子系統(tǒng)的幾何定位參數、 質量特性參數、 物理參數和力學參數。 經結構簡化分析，建立 前懸架動力學模型 子系統(tǒng) 如圖 所示。它主要包括方向盤、轉向軸、轉向管柱、轉向傳動軸、橫拉 桿、齒輪齒條轉向器等。p? ； 與 同側轉向節(jié)轉角增量 kB?之比。 a) 減振器模型的建立 下單斜擺臂前后段分別與底盤和輪轂聯(lián)接，螺旋彈簧安裝在下單斜擺臂和車身 之間，減振器聯(lián)接下單斜擺臂與車身，建模時阻尼特性與前懸架減振器一樣處理。圖 輪同步上下跳動時懸架車輪外傾角的變化曲線。～176。 Pacejka 模型將胎體的變形考慮為張緊的弦，提出所謂“弦”模型，并在此基礎上考慮了有驅動和制動力情況下的聯(lián)合側偏特性。修改剛體質量和轉動慣量為簧載質量和轉動慣量以定義與各子系統(tǒng)之間正確的連接關系。模型的驗證主要是考察系統(tǒng)模型與計 算機實現(xiàn)之間的關系，主要判斷模型的計算機實現(xiàn)是否正確。振動影響著人的舒適性、工作效能和身體健康。于 1997 年公布的 ISO 2631:1997 (E)，此標準對于評價長時間作用的隨機振動和多輸入點多軸向振動環(huán)境對人體的影響時，能與主觀感覺更好的符合。 平順性的評價方法 （ 1） 人體承受全身振動的評價指南 國際標準化組織 ISO 提出了 ISO2631《人體承受全身振動的評價指南》。 暴露極限通常作為人體可以承受振動量的上限。在 以下，同樣的暴露時間，水平振動加速度容許值低于垂直振動。 為了用 “ 疲勞－工效降低界限 ” 評價汽車平順性，首先要對經過汽車座椅傳至人體的振動進行頻譜分析，得到 1/3 倍頻帶的加速度均方值譜。 三個界限只是振動加速度容許值不同。我國參照 ISO2631 制定了國家標準《汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法》和《客車平順性評價指標及極限》。 ISO 2631:1997 (E)標準規(guī)定了圖 32 所示的人體坐姿受振模型，在進行舒適性評價時，它除了考慮座 椅支承面處輸入點 3 個方向的線振動，還考慮該點 3 個方向的角振動，以及座椅靠背和腳支承面兩個輸入點各 3 個方向的線振動，共 3 個輸入點 12 個軸向 的振動 [18]。舒適的振動環(huán)境對于乘員，不僅在行駛過程中很重要，而且可以保證在達到目的地后以良好的身體和心理狀態(tài)投入工作 。模型的確認考察的是系統(tǒng)模型與實際研究系統(tǒng)之間的關系，即通過比較在相同輸入條件下和運行環(huán)境下模型與實際系統(tǒng)輸出之間的一致性，評價模型的可信度。該模型能多方位的呈現(xiàn)在計算機屏幕上，較真實和準確的反映整車各部件在實際運動過