【文章內容簡介】 中心 P:主銷軸線與轉向節(jié)軸線的交點 采用空間笛卡兒坐標 [12]來描述雙橫臂獨立懸架系統(tǒng)構件的位置。整體坐標系的選取與整車設計所選取的坐標系相一致， 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為正。 根據(jù)該雙橫臂獨立懸架系統(tǒng)的多體運動學模型 [18]，在整個系統(tǒng)的運動過程中，構件 4通過球鉸與構件 1和構件 3相連接，但是它只提供了構件 1和構件 3之間的距離約束。因此可根據(jù)多體系統(tǒng)運動學理論將構件 4 模型化為一個球面 — 球面組合運動副中的連桿。因此，整個雙橫臂獨立懸架系統(tǒng)的模型可以定義為由 4 個構件組成。在空間笛卡兒坐標系中，采用極大數(shù)目坐標法來描述系統(tǒng)每一個構件的空間位置。即對組成系統(tǒng)的任一構件 i，采用 7 個廣義坐標來描述它的空間位置與姿態(tài)，該構件的廣義坐標為 : q i=[x i,y i,z i,e 0i,e1i,e2i,e3i] 上式中的 e 0i,e1i,e2i,e3i 為描述構件的歐拉參數(shù)。 對于整個雙橫臂獨立懸架系統(tǒng)，其廣義坐標矢量組為 : q =[ q 1T, q 2T, q 3T ,q 5T]T 3 UG 軟件 UG 軟件概述及其相關技術的發(fā)展 UG 是 Unigraphics 的縮寫，這是一個交互式 CAD/CAM(計算機輔助設計 與計算機輔助制造 )系統(tǒng)，它功能強大 ，可以輕松實現(xiàn)各種復雜實體及造型的建構。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著 PC硬件的發(fā)展和個人用戶的迅速增長，在 PC上的應用取得了迅猛的增長，目前已經成為模具行業(yè)三維設計的一個主流應用。 UG 的開發(fā)始于 1990 年 7 月，它是基于 C 語言開發(fā)實現(xiàn)的。 UG NX 是一個在二和三維空間無結構網(wǎng)格 上使用自適應多重網(wǎng)格方法開發(fā)的一個靈活的數(shù)值求解偏微分方程的軟件工具。 12 其設計思想足夠靈活地支持多種離散方案。因此軟件可對許多不 同的應用再利用。 一個給定過程的有效模擬需要來自于應用領域 (自然科學或工程 )、數(shù)學 (分析和數(shù)值數(shù)學 )及計算機科學的知識。 UG的目標是用最新的數(shù)學技術，為復雜應用問題的求解提供一個靈活的可再使用的軟件基礎。 UG 軟件不僅具有強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配和產生工程圖等設計功能；而且，在設計過程中可進行有限元分析、機構運動分析、動力學分析和仿真模擬，提高設計的可靠性；同時，可用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼，用于產品的加工，其后處理程序支持多種類型數(shù)控機床。具體來說，該軟件具有以下特點： l）具有統(tǒng)一的 數(shù)據(jù)庫，真正實現(xiàn)了 CAD/CAE/CAM 等各模塊之間的無數(shù)據(jù)交換的自由切換，可實施并行工程。 2）采用復合建模技術，可將實體建模、曲面建模、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、型膠、槽溝、倒角等）的建模和編輯方法作為實體造型基礎，形象直觀，類似于工程師傳統(tǒng)的設計辦法，并能用參數(shù)驅動。 4）曲面設計采用非均勻有理 B 樣條作基礎，可用多種方法生成復雜的曲面，特別適合于汽車外形設計、汽輪機葉片設計等復雜曲面造型。 5）出圖功能強，可十分方便地從三維實體模型直接生成二維工程圖。能 按 ISO 標準和國標標注尺寸、形位公差和漢字說明等。并能直接對實體做旋轉剖、階梯剖和軸測圖挖切生成各種剖視圖，增強了繪制工程圖的實用性。 6）以 Parasolid為實體建模核心，實體造型功能處于領先地位。目前著名 CAD/CAE/CAM軟件均以此作為實體造型基礎。 7） 具有良好的用戶介面，絕大多數(shù)功能都可通過圖標實現(xiàn)；進行對象操作時，具有自動推理功能；同時，在每個操作步驟中，都有相應的提示信息，便于用戶做出正確的選擇。 UG 各功能模塊 UG 的各功能是靠各功能模塊來實現(xiàn)的，有不同的功能模塊，來實現(xiàn)不同的 用途，從而支持其強大的 Unigraphics 三維軟件。下面簡要介紹各常用模塊。 1． UG/Gateway (入口 ) 提供一個 Unigraphics 基礎， UG/Gateway 在一個易于使用的基于 Motif 環(huán)境中形成 13 連接所有 UG 模塊的底層結構，它支持關鍵操作，包括打開已存的 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，對象信息和分析，顯示控制，存取 “ 幫助 ” 系統(tǒng)，隱藏 /再現(xiàn)對象和實體和曲面模型的著色。 UG/Gateway 包括一個沒有限制的高分率的 繪圖儀許用權，模塊也提供一個現(xiàn)代化的電子表格應用，構造和管理零件家族并操縱部件間表達式 2． UG/Solid Modeling (實體建模 ) 提供業(yè)界最強的復合建模功能 ， UG/Solid Modeling 無縫地集成基于約束的特征建模和顯式幾何建模，用戶可以取得集成于一個高級的基于特征環(huán)境內的傳統(tǒng)實體，曲線和框線建模的功能， UG/Solid Modeling 使用戶能夠方便地建立二維和三維線框模型，掃描和旋轉實體，布爾運算及進行參數(shù)化編輯，包括對快速和有效的概念設計的變量化的草圖繪制工具以及更通用的建模和編輯 任務的工具，模塊的易于了解和基于圖符的圖形環(huán)境是同一基礎 。 3． UG/Features Modeling (特征建模 ) 這個模塊提高了表達式的級別，因而設計可以在工程特征的意義中來定義，提供對建立和編輯標準設計特征的支持，包括幾種變形的孔，鍵槽，型腔，凸墊，凸臺及全集的園柱， 塊，錐，球，管道，桿，倒圓，倒角等等，也包括實體模型控空和建立薄壁對象 。 4． UG/Freeform Modeling (自由形狀建模 ) UG/Freeform 建模形成對合并實體和曲面建模技術到一單個強大功能的工具集的基礎，技術包 括沿曲線的掃描，利用 1， 2 和 3 個軌道方法比例地建立形狀，從標準二次錐方法的放樣體，園形或錐形模截面的倒園 (圓角 )，在二個或更多的其它體間充順橋接間隙的曲面，例如，一個可變半徑的倒園或改變一個掃描的橫截面積， 模型是與所有其它 UG 功能完全集成的， UG/Freeform Modding 也包括為評估復雜模型的形狀、尺寸和曲率的易于使用的工具。 5． UG/UserDefined Features (用戶定義的特征 ) 這個模塊提供一種交互方法，為了易于恢復和編輯、使用一用戶定義特征 (UDF)的概念去捕捉和存貯部 件家族，模塊包括取一個已存參數(shù)化實體模型，它是利用標準Unigraphics 工具創(chuàng)建的，定義特征變量，建立參數(shù)間關系，設置缺省值和決定當調用時特征將取的一般形狀所需的所有工具。 6． UG/Drafting (制圖 ) 14 U UG/Drafting 建立與幾何模型相關的尺寸，確保在一模型改變時，圖將被更新，減少圖更新所需的時間，視圖包括消隱線和相關的模截面視圖，當模型修改時也是自動地更新，自動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，輔助視圖和細節(jié)視圖， UG/Drafting 支持在主要業(yè)界制圖標 準，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，無論是制作一單一片圖或一多片細 節(jié)的裝配和組件工程圖， UG/Drafting 減少工程圖生成的時間和成本。 7． UG/Assembly Modeling (裝配建模 ) 提供一個并行的自頂一向下的產品開發(fā)方法， UG/Assemly Modeling 的主模型可以在總裝配的上下文中設計和編輯，組件被靈活地配對或定位 ,并且是相關的改進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關系和 為規(guī)定共同的緊固件組和其它重復的零件的附加功能，結構體系允許極大的產品結構由一設計隊伍來創(chuàng)建和共享，這個使隊伍成員繼續(xù)它們的工作與其它人并行，部件的版本和 或由用戶規(guī)定的命名規(guī)則或由 UG/Manager 的配置規(guī)則來正確存取。 UG建模 雙橫臂獨立懸架位置坐標 圖 31雙橫臂獨立懸架空間結構 表 31主要空間鉸點坐標 15 前輪定位參數(shù)： 前輪外傾角 : 39。300 ?? 主銷內傾角 : 39。39。 303012 ?? 主銷后傾角 : 39。39。 30303 ?? 前束值 :02 按上述數(shù)據(jù)建模和運動仿真分析，需對雙橫臂獨立懸架、車輪和轉向系統(tǒng)進行如下簡化 : ，在車輪轉向及跳動和懸架運動過程中不發(fā)生變形 。 ，不考慮其變形 。 ，不考慮其厚度 。 ，不考慮零件厚度 。 有桿件全部都為沒有厚度和寬度的空間線段。 三維設計軟件的主要特征有： ①可視化精確零件設計。可以迅速創(chuàng)建基礎零件的外型特征，易于添加常規(guī)通用的機械特征（例如孔，倒圓和倒角）。 ②強大的裝配設計。通過施加約束和裝配關系采用拖放方式操作，使得零件裝配像搭積木一樣方便，對裝配、子裝配、零件、裝配特征、約束等進行管理，可以完成裝配件爆炸、剖切、干涉檢查、運動仿真、最小間隙、物性計算、零件列表等。裝配位置點 x y z 上擺臂前安裝點 上擺臂后安裝點 上擺臂球銷 中心 下擺臂后安裝點 下擺臂球銷中心 輪胎中心點 0 0 輪胎接地點中心 0 740 轉向器橫拉桿球銷 轉向器橫拉桿斷開點 16 同時支持“自頂而下”和“自下而上”的設計技術，既可使用傳統(tǒng)的技術完成裝配，也可以在裝配 環(huán)境設計新的零件。三維軟件可將裝配件進行剖視，以便清晰地觀察裝配件的內部結構及內部零件的裝配情況。三維設計軟件還可以創(chuàng)建爆炸圖，既可產生具有演示質量的渲染圖像，也可方便的進行零件注釋，便于零件的生產，裝配，維修。 ③生成工程圖?？梢匝杆賹⒃O計完成的三維零件和裝配件轉換為二維圖，能夠根據(jù)三維模型的尺寸，準確無誤地自動生成二維尺寸，并可靈活調整尺寸的種類和位置。只要二維裝配件的裝配關系正確，生成的二維工程圖就不會有尺寸上的錯誤。 ④智能渲染和智能動畫。設計者在創(chuàng)建一個三維零件圖，可運用色彩，材質，各種渲染技術達 到逼真效果，還可以進行模擬仿真動畫。 UG 采用基于特征和約束的建模技術，具有交互建立和編輯復雜實體模型的能力，可以快速的進行概念設計和結構細節(jié)設計。它為三維建模提供了多種不同的應用模塊，如實體建模，特征建模，自由曲面建模和自定義特征等。裝配是將產品的各個部件進行組織和定位操作的一個過程，通過配對條件在部件間建立約束關系來確定部件在產品中的位置。 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，而不是簡單的被復制到裝配圖中，其中運用引用集的思想簡化了模型信息。同時以主模型為基礎保持裝配部件的幾 何相關性，如果某部件被修改，則引用它的裝配部件會自動更新，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。即由已建立的單個部件的三維模型逐級的進行組裝，最后組成裝配件。 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）、轉向拉桿（ Tie_rod）、轉向節(jié)（ Knuckle）、車輪（ Wheel）、以及測試平臺（ Text_patch）。 首先設置新模型的工作環(huán)境，創(chuàng)建所需的 9 個設計點，然后完成主銷，上下橫臂，拉臂，轉向拉桿等物體的建立，完成模型的建立， 建立 UG 模型如圖 32所示 17 圖 32 汽車雙橫臂 UG 模型 4 ADAMS 軟件 目前國內外工程仿真軟件層出不窮，但各仿真軟件都有其各自應用的范圍應用的仿軟件主要有 : 1 DADS 軟件 比利時 LMS 的 DADS 支持機械系統(tǒng)的快速裝配、分析和優(yōu)化，并提供了功能虛擬機技術功能，可以為物理樣機試驗提供設計的裝配特性、功能特性和可靠性的預測與校分析。在建模方面，提供的建模元素包括豐富的運動副庫、力庫、約束庫、控 制元件庫、液壓元件庫、輪胎接口等。在分析方面，提供了裝配分析、運動學分析、正向動力學分析、逆向動力學分析、靜平衡分析、預載荷分析等 6 種分析功能。并且針對不同的需求，提了多種模塊，包括 DADS 舊 asci(包括基本動力學仿真的建模、求解、后處理和動畫功能 )、 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 )、 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 禍合的動力學 仿 18 真 )、 DADS腳 gine(發(fā)動機動力系統(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 )。 2 Matlab 軟件 Matlab 由美國州叻 JHWORKs 開發(fā)， MATLAB 是當今國際上科學界 (尤其是自動制領域 )最具影響力、也是最有活力的軟件。它起源于矩陣運算，并己經發(fā)展成一種高集成的計算機語言。它提供了強大