【正文】 程中受力運動情況。 在 ADAMS 軟件中，提供了 4 種輪胎模型，即 Fiala 模型、 UA(University of Arizona)模型、 Smithers 模型及 DELET 模型，此外用戶還可以自定義模型。 圖 前束角隨雙輪跳動變化曲線 （ 6） 輪胎模型 輪胎模型是車輛模型中的重要組成部分，輪胎結(jié)構(gòu)由橡膠、簾布層等合成的外胎固定于金屬輪輛上，內(nèi)部充入壓縮空氣?！?176。 圖 后減震器特性曲線 b） 后懸架模型約束的確定 拖曳式懸架的鉸鏈類型與數(shù)目如表 所示。整個剛體的質(zhì)量集中在質(zhì)心位置，具體位置由整車參數(shù)確定。 圖 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型 建模分析中必須考慮的一個重要參數(shù)是轉(zhuǎn)向系傳動比。 麥弗遜式前懸架 (不含轉(zhuǎn)向系 )的約束方程 M1 為： M1=4x3+4x5+4x3+2x5+6x4+10x6+2x4+3+1=150 模型中存在兩個 Gruebler Count(相當于兩個自由度 )，故自由度 K1 為 : K1=25x6+2150=2 a) 前減振器模型的建立 減振器是懸架系統(tǒng)的主要阻尼元件，與彈性元件并聯(lián)安裝，車輪與車身間的相對振動，主要是通過減振器衰減的，即由于懸架匹配了適當?shù)淖枘彳嚿淼淖杂烧駝颖谎杆偎p，車身的強迫振動會受到抑制。 (5) 在 Standard 下建立整車的 assembly 文件，構(gòu)建各子系統(tǒng)模型組成整車系統(tǒng)模型。用戶可以在各種不同的路面下仿真，分析模型的操縱穩(wěn)定性，安全性，乘坐舒適性及其它性能參數(shù)。 ADAMS/Insight 具有多種功能 :可以更快的修改和優(yōu)化模型，進行模型的參數(shù)化分析、找出模型的關(guān)鍵參數(shù)和非關(guān)鍵參數(shù)等。該軟件模塊提供各種建模和 求解選項，以便用戶根據(jù)具體要求精確有效的解決各種工況問題。用戶不僅可以采用通用模塊對一般的機械系統(tǒng)進行仿真，而且可以采用專用模塊對特定行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問題進行快速有效的建模與仿真分析 [3][19]。 對初始速度分析，定義相應(yīng)的速度目標函數(shù) 1L ? ? 2101112 nm ji i i jij dL W q q dt??? ?? ? ???′ ＇ () 其中： 1L —— 用戶設(shè)定的準確的或近似的初始速度值或程序設(shè)定的缺省速度值； iW′ —— 對應(yīng) 0iq 的加權(quán)系數(shù)； 1 0nj j jkk kd qd t q t?? ?? ??? ? ????—— 速度約束方程； j?＇ —— 對應(yīng)速度約束方程的拉氏乘子。 總之，微分一代數(shù)方程的求解算法是重復預估、校正、進行誤差控制的過程，直到求 解時間達到規(guī)定的模擬時間。首先，根據(jù)當前時刻的系統(tǒng)狀態(tài)矢量值，用泰勒級數(shù)預估下一時刻系統(tǒng)的狀態(tài)矢量值 : 2 21 212!nnnn yyy y h htt? ??? ? ? ? … () 其中，時間步長 h=tn+1+tn。第一種方法是用方向余弦矩陣本身的元素作為轉(zhuǎn)動廣義坐標，但是變量太多，同時還要附加六個約束方程；第二種方法是用歐拉角或卡爾登角作為轉(zhuǎn)動坐標，它的算法規(guī)范，確定是在逆問題中存在奇點，在奇點位置福建豎直計算容易出現(xiàn)困難；第三種方法是用歐拉參數(shù)作為轉(zhuǎn)動廣義坐標，它的變量不太多，由方向余弦計算歐拉角時不存在奇點。在運動學分析中，當某些構(gòu)件的運動狀態(tài)確定后，其余構(gòu)件的位移、速度和加速度隨時間變化的規(guī)律，不是根據(jù)牛頓定律來確定的，而是完全由機構(gòu)內(nèi)構(gòu)件間的約束關(guān)系來確定，是通過位移的非線性代數(shù)方程與速度、加速度的線性代數(shù)方程迭代運算解出。 5. 進行 試驗結(jié)果與仿真結(jié)果對比， 以 驗證所建立模型的準確性 。 例如北京 福田公司在對 ADAMS和 用的基礎(chǔ)上，結(jié)合二者的技術(shù)優(yōu)勢，通過對二者的聯(lián)合應(yīng)用， 對某車 進行 了 各種復雜工況下的 前懸架參數(shù)匹配對整車振動影響的分析， 為車輛開發(fā)提供更好 了較好的 技術(shù)支持。根據(jù)國際聯(lián)機檢索可以看出，國外已建立了懸架結(jié)構(gòu)型式和懸架設(shè)計參數(shù)的知識庫和專家系統(tǒng)，不同類型懸架的設(shè)計計算方法在國外已較為成熟，并有多項專利。 虛擬試驗技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用 虛擬試驗就是在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，利用數(shù)字化模型代替實物原型，進行產(chǎn)品性能的試驗 分析。 在汽車懸架部件性能與結(jié)構(gòu)的研究工作方面，華南理工大學和中國汽車技術(shù)研究中心利用統(tǒng)計線性化方法對汽車兩自由度懸架非線性系統(tǒng)進行當量線性化處理，提出了非線性參數(shù)的工程估計方法。 合肥工業(yè)大學的 陳黎卿 以某皮卡車為研究對象，應(yīng)用 ADAMS軟件進行懸 架優(yōu)化設(shè)計和控制研究，雙橫臂獨立懸架進行了仿真分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了 ADAMS軟件與 C語言的接口文件，實現(xiàn)了基于遺傳算法和 ADAMS的雙橫臂獨立懸架優(yōu)化設(shè)計；利用 ADAMS軟件中的控制工具箱設(shè)計了基于 PID控制的主動懸架系統(tǒng)，仿真結(jié)果表明主動懸架系統(tǒng)有效地提高了整車的性能 ；最后， 在對整車 數(shù)學模型 分析的基 礎(chǔ)上，提出 了基于 ADAMS和MATLAB/SIMULINK的主動懸架聯(lián)合仿真 [8]。目前國外還出現(xiàn)了一種空氣彈簧座椅，這種座椅的固有頻率很低，而且?guī)缀醣３譃槎ㄖ担浑S駕駛員的質(zhì)量而改變，因此，只要使座椅的固有頻率與汽車其他部分的固有頻率錯開，就可避免發(fā)生共振，從而提高了汽車的平順性。 1978 年國際標準化組織（ ISO）在綜合大量有關(guān)人體全身振動的研究工作和文獻的基礎(chǔ)上，訂出了國際標準 ISO2631《關(guān)于人體承受全身振動的評價指南》。 汽車平順性研究 的 國內(nèi)外現(xiàn)狀 國外對 對于汽車平順性的研究，主要經(jīng)歷了以下四個階段 : 第一階段：在二十世紀三十年代前，主要研究成果是從實際經(jīng)驗中觀察和認識到車輛的動力學行為與輪跳現(xiàn)象，認識到乘座舒適性是車輛性能的重要指標。 傳統(tǒng)的平順性研究方法是通過試驗或人為地把汽車各個子系統(tǒng)加以簡化，抽取出能夠代表系統(tǒng)或總成特性的本質(zhì)因素，建立起較簡單的數(shù)學、力學模型進行求解，并對求得的結(jié)果進行驗證。本人完全意識到本聲 明的法律后果由本人承擔。 6. 繪圖及撰寫畢業(yè)論文。 1. 利用 ADAMS/Car 建立起某輕型乘用車前后懸架等各子系統(tǒng)。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 涉密論文按學校規(guī)定處理。 虛擬樣機的動力學仿真分析是利用數(shù)字化分析方法改變汽車設(shè)計參數(shù)、試驗道路環(huán)境等參數(shù)，模擬實車道路行駛工況，從而驗證或修改設(shè)計方案的過程。 在此階段，國外主要從兩方面針對車輛的振動和乘坐舒適性開展研究，一方面從實驗的角度研究人體對振動的感受，以解決平順性評價問題，并于 20 世紀 70 年代制定出了國際標準 ISO 263174《人體承受全身振動的評價指南》， 20 世紀 80 年代經(jīng)修訂后推出了ISO263185。 國外研究者在汽車平順性模型建立問題上，所采用的研究方法主要有集中質(zhì)量法、有限 元法和模態(tài)分析法。近年來，有關(guān)改進汽車平順性的研究工作發(fā)展迅猛，目前的研究主要集中在：汽車結(jié)構(gòu)動力學模型及平順性仿真模型的研究，汽車座椅振動特性及其改進的研究，汽車懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析與改進的研究。 江蘇大學的湯靖、高翔、陸丹以多體系統(tǒng)動力學理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用機械系統(tǒng)動力學仿真分析軟件 ADAMS/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，并采用ADAMS/insight 模塊進行性能分析，找出磨損嚴重的原因，同時進一步進行懸架布置 優(yōu)化設(shè)計，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題 [10]。 道路是汽車振動的最重要激勵源，研究路面不平度的統(tǒng)計規(guī)律則是研究汽車振動與平順性的重要基礎(chǔ)。而虛擬試驗環(huán)境是基于軟件工程研制的仿真試驗系統(tǒng)，它允許設(shè)計者將虛擬原型安裝在其上進行“試驗” ，借助交互式技術(shù)和試驗分析技術(shù)，使設(shè)計者在設(shè)計階段就能對產(chǎn)品的運行性能進行評價或體驗。這種軟件采用虛擬樣機技術(shù)(Virtual Prototype Technology，即機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù) )，將強大的大位移、非線性分析求解功能與使用方便的用戶界面相結(jié)合，是集建模、求解、可視化技術(shù)于一體的虛擬樣機軟件，是世界上目前使用范圍最廣、最負盛名的機械系統(tǒng)仿真分析軟件。 本課題主要研究內(nèi)容包括： 利用 ADAMS 建立前后懸架、輪胎等各子系統(tǒng)、構(gòu)建整車模型，進行平順性仿真。 ADAMS軟件的多剛體動力學分析步驟如下 [18]： （ 1） 自由度的計算 機械系統(tǒng)的自由度表示機械系統(tǒng)中各構(gòu)件相對于地面機架所具有的獨立運動數(shù)量。動力學的運動方程就是機構(gòu)中運動的拉格朗日乘子微分方程和約束方程組成的方程組。 （ 3） 動力學 方程的建立 ADAMS 程序采用拉格朗日乘子法建立系統(tǒng)運動方程： TT TTqqd T T Qdx q q ? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? () 完整約束方程 ? ?,0qt? ? 非完整約束方程 ? ?, , 0q q t? ? 其中： T—— 系統(tǒng)動能； q —— 系統(tǒng)廣義坐標列陣； Q —— 廣義力列陣； ? —— 對應(yīng)于完整約束的拉氏 乘子列陣； ? —— 對應(yīng)于非完整約束的拉氏乘子列陣。 1 0 1 11kn n i n iiy h y y??? ? ? ??? ? ? ? () 其中： 1ny? —— ??yt 在 1ntt?? 時的系數(shù)值； 0, i??—— Gear積分程序的系數(shù)值。 對初始條件位置分析，定義相應(yīng)的位置目標函數(shù) 0L ? ? 2 0001112 nmi i i j jijL W q q ???? ? ? ??? （ ） 其中： n—— 系統(tǒng) 總的廣義坐標數(shù)； m—— 系統(tǒng)約束方程數(shù)； j? ， 0j? —— 分別是約束方程及對應(yīng)的拉式乘子； iW—— 對應(yīng) 0iq 的加權(quán)系數(shù)。l=1,2,? ,m () 上式是關(guān)于 kq ， j?＇ 得線性方程，系數(shù)矩陣只與位置有關(guān)，且非零項已經(jīng)分解 (見式 (),因此，可以直接求解 kq ， j?＇ 。仿真結(jié)果采用強有力的、形象直觀方式描述，并可以將結(jié)果形象逼真的 輸出。用戶可以在該模塊里更方便的觀察、研究仿真將結(jié)果。其輸出力和加速度數(shù)據(jù)可作為有限元分析軟件包的輸入載荷進行相應(yīng)的應(yīng)力和疲勞特性研究 :計算由于制動力矩和轉(zhuǎn)動力矩產(chǎn)生的反作用力。 ADAMS/Car 建模簡介 在 ADAMS/Car下建立一個典型整車系統(tǒng)的動力學仿真模型，大致可分為以下幾個步驟[20][21]: (1) 整車各子系統(tǒng)的分解及運動學、動力學抽象，構(gòu)建各子系統(tǒng)的拓撲圖。 基于 ADAMS 的整車虛擬樣機模型建立 各子系統(tǒng)模型的建立 （ 1） 前懸架模型 應(yīng)用 ADAMS/Car 對懸架系統(tǒng)進行建模，模型原理 要與實際的系統(tǒng)相一致。 圖 前懸架彈簧剛度特性曲線 (2) 橫向穩(wěn)定桿模型 橫向穩(wěn)定桿常用來提高懸架的側(cè)傾角剛度或是調(diào)整前后懸架側(cè)傾角剛度的比值作為剛體模型時，橫向穩(wěn)定桿被分為左右對稱的兩段，并在穩(wěn)定桿的中間對稱剖分面位置以扭轉(zhuǎn)彈簧相連。計算公式如下 ： αRαRαRαRαR 39。 圖 車身及底盤模型 （ 5） 后懸架模型 后懸架系統(tǒng)采用縱臂扭桿彈簧后懸架，由于該懸架結(jié)構(gòu)復雜，加上彈簧、減振器、隔振墊塊等非線性因素，且具有后輪隨動的特點，用傳統(tǒng)的建模 和求解方法難以準確分析其動力 學特性。一般上跳時，對車身的外傾變化為－ 4176。設(shè)計時希望在車輪跳動時，前束不變或變 化幅度較小。其中比較知名的是用于理論解析輪胎側(cè)偏特性的 Fiala 彈性圓環(huán)模型。此輪胎參數(shù)如表 ： 表 輪胎 特性參數(shù) 參數(shù)名稱及單位 數(shù)值 輪胎自由半徑 (R1/m) 徑向剛度 (CN/N 圖 整車模型 （ 2） 整車模型的校核 在建立整車動 力學仿真模型之后，為了得到正確的結(jié)果，必須保證仿真模型能夠準確地反映實際系統(tǒng)并能在計算機上正確運行，因此必須對仿真模型的有效性進行研究與評估。最后，在 ADAMS/Car模塊下 建立各子系統(tǒng) 模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了整車模型，并對其進行驗證。 平順性評價指標 汽車的平順性主要是保持汽車在行駛過程中產(chǎn)生的振動和沖擊環(huán)境對乘員舒適性的影響在一定界限之內(nèi)，因此平順性主要根據(jù)乘員主觀感受的舒適性來評價，對載貨汽車還包括保持貨物完好的性能，它是現(xiàn)代高速汽車的主要性能之一。另外，ISO 2631:1997 (E)還規(guī)定，當評價振動對人體健康的影響時，就考慮 sx 、 sy 、 sz 這三個軸向，且 sx 、 sy 兩個水平軸加權(quán)系數(shù)取 k ＝ ，比垂直向更敏感。在此極限內(nèi)，人體對所暴露的振動環(huán)境主觀感覺良好，并能順利完成吃、讀、寫等動作。在一定的頻率下，隨著暴露 （ 承受振動 ） 時間加長，感覺界限容許的加速度值