【正文】 (l)整車虛擬樣機模型的建立。 (2)對該前懸架進行了運動學(xué)仿真，分別在不同約束條件下進行了車輪跳動激振仿真。而隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，虛擬樣機技術(shù)作為一種便捷的研究手段也越來越多的被廣大研究者所采用。首先分析了車輪外傾角和車輪前束角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角對車輛行駛過程中對操縱穩(wěn)定性、輪胎的磨損等的作用以及各角度合理的參數(shù)范圍。可以看出，彈塑性運動情況下的主銷內(nèi)傾角、車輪前束角、主銷后傾角的變化范圍較剛性運動情況下的范圍都要大。符合變化量小的設(shè)計要求。由圖可以得出，主銷內(nèi)傾角的變化范圍為 ~176。 （ 2）車輪前束角 圖 46 是前輪前束角隨車輪跳動行程的變化曲線。將分析模式從運動學(xué)切換到順應(yīng)態(tài)（ pliant），用彈性軸套取代剛性約束機構(gòu)，其他條件和參數(shù)不變的情況下，分析車輪在上下跳動過程中車輪定位參數(shù)及其它懸架特性隨車輪跳動的變化規(guī)律，預(yù)評估懸架系統(tǒng)的性能。圖 44 是主銷內(nèi)傾角隨車輪跳動的變化曲線。主銷后傾角能形成回正的穩(wěn)定力矩，同時還有抑止制動時點頭的作用。圖 43 是主銷內(nèi)傾角隨車輪跳動的變化曲線。 圖 41 同向跳動前輪外傾角變化曲線 21 圖 42 同向跳動前輪前束角變化曲線 （ 3）主銷內(nèi)傾角 在設(shè)計轉(zhuǎn)向橋時，主銷在汽車的橫向平面內(nèi)向內(nèi)傾斜一個角稱為主銷內(nèi)傾角。圖 42 是前輪前束角隨車輪跳動行程的變化曲線。 在車輛行駛過程中，過大的前束角變化，將會影響車輛的直線行駛穩(wěn)定性，同時增大輪胎與地面間的滾動阻力，加劇輪胎的磨損。車輪在上下跳動的過程中，外傾角的變化范圍比理想值大。該懸架系統(tǒng)虛擬樣機模型處于靜平衡位置時，外傾角為 176。但外傾角也不宜過大，因為過大的外傾角會使輪胎產(chǎn)生偏磨損。 （ 1）車輪外傾角 車輪外傾角是指車輪中心平面和道路平面垂直線之間的夾角，是汽車車輪定位的一個重要參數(shù)。 19 第 4 章 基于 ADAMS/Car 的動力學(xué)仿真分析 麥弗遜前懸架系統(tǒng)仿真分析 ADAMs/Car 提供了強大的懸架系統(tǒng)分析功能，可以進行的懸架分析包括 :車輪同向運動分析（ parallel wheel travel）、車輪彈塑性運動分析（ elasticplastic movement travel）、側(cè)傾和垂直力分析（ roll and vertical forces）、單輪運動分析（ single wheel travel）、轉(zhuǎn)向分析（ steering）、靜態(tài)分析（ static load）、外部文件分析（ external file）等試驗仿真分析 [17]。 因此，該前懸架總成系統(tǒng)的自由度數(shù)為 : DOF=6 13－ 2 4－ 2 5－ 4 5－ 6 3－ 3 6＝ 4 即該懸架總成模型有 4 個自由度，分別是左右車輪的上下跳動和繞主銷的轉(zhuǎn)動。 108 1225 608 根據(jù)表 32 可以在 ADAMS 里編制減振器速度 —— 阻尼力特性樣條曲線，如圖 33 所示。；主銷后傾角為 4176。 虛擬樣機模型的建立 建模所需的有關(guān)硬點坐標數(shù)據(jù)由廠家提供，具體數(shù)據(jù)如表 31 所示。因此，該懸架在變形時，主銷的定位角和輪距都有些變化。各剛體之間的連接關(guān)系如下：下控制臂一端通過轉(zhuǎn)動副與車體相連，另一端通過球鉸與轉(zhuǎn)向節(jié)總成下端相連；車輪與輪軸之間用固定鉸相連 。6螺旋彈簧 。2轉(zhuǎn)向節(jié)總成 。一般地，在其它懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，對應(yīng)于不同的車輪跳動位置，各點至主銷中心的距離不變。因此麥弗遜式懸架在前置前驅(qū)的轎車和微型汽車上有著廣泛的應(yīng)用。 基于 ADAMS/Car 汽車懸架系統(tǒng)建模 麥弗遜式前獨立懸架建模實例 麥弗遜式懸架屬于獨立懸架，一般用于轎車的前橋。建立仿真分析模型的最后一步是建立分析總成系統(tǒng)。二者的區(qū)別在于約束副是剛性連接的，不允許過約束的運動，它是在運動學(xué)分析時采用的；橡膠襯套屬于 柔性連接，允許部件之間過約束運動，在彈性運動學(xué)分析時采用。通訊器是用來進行數(shù)據(jù)傳遞信息的，這些信息包括：拓撲結(jié)構(gòu)、位置、方位和連接、數(shù)組和參數(shù)。 （ 4）創(chuàng)建懸架特性參數(shù)。 （ 2）創(chuàng)建部件。最后是總成模型的組建。首先建立模板文件，然后有模板文件生成子系統(tǒng)文件，最后將子系統(tǒng)與測試臺）裝配在一起形成總成（ Assembly）分析系統(tǒng)模型。 ADAMS/Car 里主參考系是 OXYZ，原點位于兩前輪輪心連線的中點， X 軸正方向與汽車行駛方向相反， Y 軸正方向指前懸架模 板 子系統(tǒng)文件 子系統(tǒng)文件 裝 配 試驗臺 ? 懸架系統(tǒng) ? 整車 ? 自定義 ? 屬性文件 屬性文件 屬性文件 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 模板 12 向汽車右側(cè)， Z 軸正方向垂直向上，遵守右手法則。 （ 2）子系統(tǒng)子系統(tǒng)是基于模板創(chuàng)建的，也可以認為它是特殊的模板，即對模板的某些特性做了調(diào)整。模板定義了車輛模型的拓撲結(jié)構(gòu)。專家用戶可以創(chuàng)建和修改模板，即可以使用創(chuàng)建模板的工具 （ Template builder）。 在建立多體模型時，坐標系的選擇對所建模型的復(fù)雜程度及方程求解的難易程度起到很大的作用。 ADAMS/Car 是 MDI 公司與 Audi， BMW， Renault 和 Volvo 等公司合作開發(fā)的整車設(shè)計軟件包，集成了他們在汽車設(shè)計，開發(fā)方面的專家經(jīng)驗，能夠幫助工程師快速建造高精度的整車虛擬樣機，其中包括車身、懸架、傳動機構(gòu)、發(fā)動機、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、制動系統(tǒng)等，工程師可以通過高速動畫直觀地再現(xiàn)在各種試驗工況下（例如：天氣、道路狀況、駕駛員經(jīng)驗）整車的動力學(xué)響應(yīng)，并輸出標志操縱穩(wěn)定性、制動性、乘坐舒適性和安全性的特征參數(shù)，從而減少對物理樣機 的依賴，而仿真時間只是物理試驗樣機的幾分之一 [14]。 10 （ 2）開放的軟件環(huán)境為研發(fā)人員集成 CAD/CAMCAE 軟件、開發(fā)用戶專用模塊提供了方便。國外一些著名大學(xué)也都開始了介紹 ADAMS 軟件的課程，而將三維 CAD 軟件，有限元分析軟件和虛擬樣機軟件作為機械類專業(yè)學(xué)生所必須了解的工具軟件。 ADAMS 軟件的仿真可用于預(yù)測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷等。目前， ADAMS 己經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。根據(jù)論文需要重點介紹了懸架系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件的種類和各仿真軟件的主要優(yōu)勢，針對本論文采用的ADAMS 軟件進行了詳細的講解，闡述了其發(fā)展歷程、主要功能和主要優(yōu)勢特點。由物理模型，采用笛卡爾坐標或拉格朗日坐標建模方法，應(yīng)用自動建模技術(shù)，組裝 8 系統(tǒng)運動方程中的各系數(shù)矩陣，得到系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。建模分為物理建模和數(shù)學(xué)建模，物理建模是指由幾何模型建立物理模型，數(shù)學(xué)建模是指從物理模型生成數(shù)學(xué)模型。它與結(jié)構(gòu)力學(xué)不同，部件在自身變形運動同時，空間中經(jīng)歷著較大的剛性移動和轉(zhuǎn)動，剛性運動和變形運動相互影響、強烈結(jié)合 。研究汽車動力學(xué)的困難之一就是建立準確的動力學(xué)方程，模型越復(fù)雜，困難越大，有時甚至是無法實現(xiàn)的。由于多剛體系統(tǒng)動力學(xué)由計算機按程式化方法自動建模和分析，并且只要輸入少量信息就可對多種結(jié)構(gòu)及多種連接方式的系統(tǒng)進行計算，因此其通用性非常強，同一程式可對各類復(fù)雜系統(tǒng)進行分析。由于變分方 7 法不受鉸的約束數(shù)目的影響，因此尤其適用于帶多個閉環(huán)的復(fù)雜系統(tǒng)。 （ 4）凱恩方法： RW方法提出了解決多剛體系統(tǒng) 動力學(xué)統(tǒng)一公式 ,而凱恩方法提供了分析復(fù)雜機械系統(tǒng)動力學(xué)性能的統(tǒng)一方法，并沒有給出一個適合于任意多剛體系統(tǒng)的普遍形式的動力學(xué)方程，廣義速度的選擇也需要一定的經(jīng)驗和技巧，這是它的缺點，但這種方法不用動力學(xué)函數(shù)，無需求導(dǎo)計算，只需進行矢量點積、叉積等計算，節(jié)省時間。 （ 3）圖論（ RW）方法： 剛體系統(tǒng)動力學(xué)，利用其中的一些基本概念和數(shù)學(xué)工具成功地描述了系統(tǒng)內(nèi)各剛體之間的聯(lián)系狀況，即系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 （ 2）拉格朗日法：由于多剛體系統(tǒng)的復(fù)雜性，在建立系統(tǒng)的動力學(xué)方程時，采用系統(tǒng)獨立的拉格朗日坐標非常困難，而采用不獨立的笛卡爾廣義坐標則比較方便，對于具有多余坐標的完整或非完整約束系統(tǒng)，用帶乘子的拉格朗日方程處理是十分規(guī)格化的方法。 多剛體系統(tǒng)動力學(xué)主要解決多個剛體組成的系統(tǒng)動力學(xué)的問題。 通過上述對比分析可知， ADAMS 軟件在建模與仿真分析等很多其他方面都強大的優(yōu)勢。 ADAMS 軟件用戶可以快速、方便地創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型。 （ 5） ADAMS 軟件 ADAMS （ Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）軟件，是由美國機械動力公司（ Mechanical Dynamics Inc.）開發(fā)的最優(yōu)秀的機械系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件，是世界上最具權(quán)威性的，使用范圍最廣的機械系統(tǒng)動力學(xué)分析軟件。它提供了強大的 5 科學(xué)運算、靈活的程序設(shè)計流程、高質(zhì)量的圖形可視化與界面設(shè)計、便捷的與其他程序和語言接口的功能。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。 懸架仿真軟件概述 國際各大汽車公司都著力開發(fā)了具有自身特色的懸架快速開發(fā)系統(tǒng)。而在一個車型的設(shè)計過程中，人們往往只關(guān)注看得到的部分，例如汽車的車身和內(nèi)飾等，而對看不見的懸架投入的精力就比較少。 主要研究內(nèi)容 本課題的主要任務(wù)是基于 ADAMS/Car模塊 懸架的建模，然后進行懸架的優(yōu)化和運動學(xué)仿真分析，最后輸出仿真分析的結(jié)果。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 ADAMS軟件的成功應(yīng)用使虛擬樣機技術(shù)脫穎而出。開發(fā)了隨機路面生成軟件和平順性評價程序。并將遺傳算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)模糊控制策略應(yīng)用到汽車半主動懸架的控制中。 1997年，清華大學(xué)的張今越采用多體系統(tǒng)動力學(xué)的理論方法，應(yīng)用機械系統(tǒng)分析軟件 ADAMS，進行了汽車前后懸架系統(tǒng)和整車動力學(xué)性能仿真及優(yōu)化研究，分析了汽車中柔性元素（橡膠減振元件）對動力學(xué)性能的影響。首次分析了汽車懸置以上結(jié)構(gòu)彈性體的一階扭轉(zhuǎn)振動對擺振性能的影響。目前市場上占有率最高的是美國 MDI公司開發(fā)的 ADAMS，其在汽車行業(yè)中的使用率為 43%，該軟件在為客戶提供通用平臺時，還專門提供了用于車輛分析的專門模塊 （ ADAMS/Car） ，使用起來非常方便 [3]。早在 80年代初，就有許多通用的軟件可以對汽車系統(tǒng)進行分析計算，而且還有各種針對汽車某一類問題的專用多體軟件。然后，在幾何模型上施加力、力矩和運動激振。懸架結(jié)構(gòu)形式和性能參數(shù)的選擇合理與否，直接對汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性有很大的影響。最后輸出兩次仿真的疊加圖進行比較與評價，得出不同約束對懸架系統(tǒng)的影響。為汽車懸架系統(tǒng)及整車系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計提供了一種現(xiàn)代化手段和方法。 同組設(shè)計者及分工： 自己獨立完成 指導(dǎo)教師簽字 ___________________ 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字 ___________________ 年 月 日 I 摘 要 20 世紀 80 年代以來，國內(nèi)、國際汽車市場的競爭變得空前激烈，用戶對汽車安全性、行駛平順性、操縱穩(wěn)定性的要求越來越高。 技術(shù)要求與主要內(nèi)容： 技術(shù)要求： 1）查詢與本畢業(yè)設(shè)計相關(guān)的資料； 2）對查詢到的資料進行整理，分析； 3）嚴格按照《哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文撰寫規(guī)范》撰寫畢業(yè)論文。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評價： 一、撰寫（設(shè)計）過程 學(xué)生在論文（設(shè)計）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 完成畢業(yè)論文（設(shè)計）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）質(zhì)量 論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □