【正文】 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下降。另外，ISO 2631:1997 (E)還規(guī)定，當(dāng)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。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。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設(shè)計時希望在車輪跳動時，前束不變或變 化幅度較小。 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(fù)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(zhǔn)確分析其動力 學(xué)特性。 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。 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(xué)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(xué)、動力學(xué)抽象，構(gòu)建各子系統(tǒng)的拓?fù)鋱D。用戶可以在該模塊里更方便的觀察、研究仿真將結(jié)果。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?＇ 。 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。動力學(xué)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。 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。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。 江蘇大學(xué)的湯靖、高翔、陸丹以多體系統(tǒng)動力學(xué)理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用機械系統(tǒng)動力學(xué)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(yán)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]。 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。 虛擬樣機的動力學(xué)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。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。 6. 繪圖及撰寫畢業(yè)論文。 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(xué)、力學(xué)模型進行求解，并對求得的結(jié)果進行驗證。 1978 年國際標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn) ISO2631《關(guān)于人體承受全身振動的評價指南》。 合肥工業(yè)大學(xué)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(xué)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]。 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。 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(fù)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。在運動學(xué)分析中，當(dāng)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。首先，根據(jù)當(dāng)前時刻的系統(tǒng)狀態(tài)矢量值，用泰勒級數(shù)預(yù)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。 對初始速度分析，定義相應(yīng)的速度目標(biāo)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(zhǔn)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。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)。 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(dāng)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(dāng)?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。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。～ 176。 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。模型的確認(rèn)考察的是系統(tǒng)模型與實際研究系統(tǒng)之間的關(guān)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。 ISO 2631:1997 (E)標(biāo)準(zhǔn)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]。 三個界限只是振動加速度容許值不同。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。 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(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 提出了 ISO2631《人體承受全身振動的評價指南》。振動影響著人的舒適性、工作效能和身體健康。修改剛體質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量為簧載質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量以定義與各子系統(tǒng)之間正確的連接關(guān)系?！?76。 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。它主要包括方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)向傳動軸、橫拉 桿、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器等。 (3) 獲取各子系統(tǒng)的幾何定位參數(shù)、 質(zhì)量特性參數(shù)、 物理參數(shù)和力學(xué)參數(shù)。工程師可以借助該模塊將仿真試驗置于網(wǎng)頁上，實現(xiàn)資源共享，加速決策過程。j=1,2,? ,m () 上式中的非零項已經(jīng)分解，見式 ()和 ()，因此，可以求解。如果預(yù)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。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(zhì)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。 3. 進行隨機路面平順性的仿真。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。 浙江 工業(yè) 大學(xué) 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(xué)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(xué)模型，對其進行平順性仿真，并通過試驗驗證仿真結(jié)果。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(shù)在汽車行業(yè)中的普及與應(yīng)用 ，以及一些先進測試設(shè)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。本課題以數(shù)字樣機技術(shù)為手段，開展輕型乘用車平順性仿真技術(shù)研究。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 3. 進行隨機路面平順性的仿真。 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(wǎng)的大力建設(shè)，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?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?，人們對汽車性能的要求也越來越高? 第四階段：進入二十世紀(jì)八十年代后，計算機技術(shù)和控制理論的發(fā)展推動了車輛懸架系統(tǒng)動力學(xué)的進一步研究，人們開始應(yīng)用 多剛體系統(tǒng)動力學(xué)軟件 (例如 :ADAMS,DADS)建立車輛及懸架系統(tǒng)的復(fù)雜動力學(xué)模型，并通過分析得出了許多有益結(jié)論 [1] [2] [3]。 武漢工學(xué)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(yīng)的預(yù)測。與此同時，長春汽車研究所開始了路形計的研制工作，經(jīng)過多年的努力，研制成功具有國際水平的雙跡真實路形計。 隨著國外 ADAMS等多體軟件的引進，近幾年國內(nèi)高校和科研機構(gòu)利用它們對車輛的懸架系統(tǒng)做了比較深入的研究。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(zhuǎn)動，共提供了 4個約束條件。 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(xué)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(shù)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) )。 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。另外， ADAMS/View 還提供多種位移函數(shù)、速度函數(shù)、加速度函數(shù)、接觸函數(shù)、樣條函數(shù)、力和力矩函數(shù)、用戶子程序函數(shù)等多種函數(shù)。 （ 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。 圖 前懸架模型 麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)， 總成由 彈簧、筒式減震器及滑柱、下擺臂、轉(zhuǎn)向節(jié)總成 （ 包括減振器下體、輪轂軸 ） 、轉(zhuǎn)向橫拉桿、球頭銷、轉(zhuǎn)向器齒條、車輪總成、車身等剛體部分組成。i? － 轉(zhuǎn)向傳動裝置角傳動比，等于搖臂軸轉(zhuǎn)角增量 178。 /100mm。 Sakai 模型在“梁”模型基礎(chǔ)上考慮了有驅(qū)動和制動力情況下的聯(lián)合側(cè)偏特性。 仿真模型有效性的研究和評估主要包括兩方面的內(nèi)容：模型的驗證 (Verification)和確認(rèn)(Validation)。直到 1974 年 ，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO)在綜合大量有關(guān)人體全身振動研究成果的基礎(chǔ)上，制定了國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 2631:《人體承受全身振動評價指南》，后來對它進行過修訂、補充。當(dāng)駕駛員承受振動在此極限內(nèi)時，能保持正常地進行駕駛。 （ 2） 總加權(quán)值評價方法 [32][33][34][35][36] ISO 26311:1997 (E)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)振動波形峰值系數(shù) 9(峰值系數(shù)時加權(quán)加速度時間歷程aw(t) 的峰值與加權(quán)加速度均方值 aw 的比值 )時，用基本的評價方法 — 加權(quán)加速度均方根值來評價振動對人體舒適和健康的影響。 ISO2631 用加速度均方根值給出了人體在 1～ 80Hz 振動頻率范圍內(nèi)對振