【正文】 以類似方法，依據(jù)表 所提供的數(shù)據(jù)和名稱創(chuàng)建其他的變量 （ 所有變量的類型為“ Real” ） 。 在 本模型中，由于主要研究的車輪跳動過程中懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的合理性， 研究其中出現(xiàn)的控制參數(shù)，并且考慮初始值的選取，設(shè)計 13 個設(shè)計變量 ： O 點的 X 坐標(biāo)、 O 點的 Y坐標(biāo)、 D 點的 Y坐標(biāo)、下擺臂的長度、下擺臂的水平夾角、下擺臂橫向平面傾角、DE 和 YZ 平面的夾角、 S 點的 X 坐標(biāo)、 S 點的 Y 坐標(biāo)、 S 點的 Z 坐標(biāo)、轉(zhuǎn)向拉桿的長度、 轉(zhuǎn)向拉桿的水平夾角、轉(zhuǎn)向拉桿橫向平面傾角，這 13 個變量都會設(shè)置各自的變化范圍，在后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計中需要進(jìn)行調(diào)整 ； 另外創(chuàng)建 8 個設(shè)計變量作為初始值 ： 主銷本科生畢業(yè)設(shè)計 31 內(nèi)傾角、主銷后傾角、前輪外傾角、前輪前束角、前輪輪距、車輪半徑、車輪寬度、彈簧剛度，其中的 4 個定位角可以在優(yōu)化設(shè)計中作適度的調(diào)整。但是，在優(yōu)化設(shè)計中自由變量太少，將減少設(shè)計的自由度，而所得到的優(yōu)化結(jié)果無法達(dá)到要求的精度。但是如果將所有的影響設(shè)計質(zhì)量和結(jié)果的參數(shù)都選為設(shè)計變量將使優(yōu)化問題復(fù)雜化。 模型參數(shù)化 創(chuàng)建設(shè)計變量 定義設(shè)計變量的方法 在參數(shù)化之前，需要確定 ADAMS/View 在各次分析時使用的設(shè)計變量的參數(shù)值，ADAMS/View 為定義設(shè)計變量提供了兩種方法，一是定義變量的變化范圍另一種是用列表的方式給定在各次分析中每一個變量的參數(shù)值。具體的連接副類型及位置如表 所示。 本科生畢業(yè)設(shè)計 29 圖 懸架模型圖 創(chuàng)建測試平臺 點擊 ADAMS/View 中零件庫的點 （ Point） ，選擇 “Add to Ground”和 “Don’t Attach”，在 （ ， 40， ） 處建一個點，并以該點為對角點建立一個立方體 ,構(gòu)成 測試平臺。 圖 列表編輯器 創(chuàng)建懸架的構(gòu)件 利用 ADAMS/View 中零件庫的圓柱體 （ Cylinder） 和球體 （ Sphere） 命令，根據(jù)設(shè)計點的位置，分別建立汽車懸 架 的各個構(gòu)件：下擺臂 （ Swing_arm） ，轉(zhuǎn)向節(jié)（ Knuckle） ，主銷 （ King_pin） ，轉(zhuǎn)向拉桿 （ Tie_rod） ，車輪 （ Wheel） ，減 振 器上筒（ King_pin） 以及彈簧 （ Spring） 。 創(chuàng)建設(shè)計點 點擊 ADAMS/View 中零件庫的點 （ Point） ，選擇 “Add to Ground”和 “Don’t Attach”，在工作窗口創(chuàng)建如圖 所示的 八 個設(shè)計點。 在 ADAMS/View 菜單欄中，選擇設(shè)置 （ Setting） 菜單中的 （ Gravity） 命令，將重力方向設(shè)置為沿 Y 軸負(fù)方向，大小為 （ 如圖 所示 ） 。 設(shè)置工作環(huán)境 在 ADAMS/View 菜單欄中，選擇設(shè)置 （ Setting） 菜單中的 （ Units） 命令，將模型的長度單位、質(zhì)量單位、力的單位、時 間單位、角度單位和頻率單位分別設(shè)置為毫米、千克、牛頓、秒、度和赫茲 （ 如圖 所示 ） 。 圖 單位設(shè)置窗口 圖 工作網(wǎng)格設(shè)置窗口 圖 重力設(shè)置窗口 在 ADAMS/View 中創(chuàng)建懸架模型 創(chuàng)建新模型 首先啟動 ADAMS/View。運用機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)分析軟件 ADAMS 進(jìn)行仿真分析以及優(yōu)化設(shè)計，可以大大簡化懸架系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)過程。在產(chǎn)品的開發(fā)過程中，工程師通過應(yīng)用 ADAMS 軟件會收到明顯效果： 本科生畢業(yè)設(shè)計 27 （ 1） 分析時間由數(shù)月減少為數(shù)天 ； （ 2） 降低工程制造和測試費用 ； （ 3） 在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計錯誤 ，完善設(shè)計方案 ； （ 4） 在產(chǎn)品開發(fā)過程中，減少所需的物理樣機(jī)數(shù)量 ； （ 5） 進(jìn)行物理樣機(jī)測試有危險、費時和成本高 ，可利用虛擬樣機(jī)進(jìn)行仿真分析 ； （ 6） 縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期 。 ADAMS 軟件的優(yōu)點 ADAMS 軟件一方面是機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件的應(yīng)用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬樣機(jī)進(jìn)行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)進(jìn)行分析。 ADAMS/Rail（ 鐵道模塊 ） 是由美國 MDI 公司、荷蘭鐵道組織 （ NS） 、 Delft 工業(yè)大學(xué)以及德國 ARGE CARE 公司合作開發(fā)的，可以用于研究鐵路機(jī)車、車輛、列車和線路相互作用的動力學(xué)分析軟件。 ADAMS/Car（ 轎車模塊 ） 是 MDI（ Mechanical Dynamics Inc.） 公司與 Audi、 Bmw、 Renault 和 Volvo 等公司合作開發(fā)的整車設(shè)計模塊，它能夠快速建造高精度的整車虛擬樣機(jī)，其中包括車身、懸架、傳動系統(tǒng) 、發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、制動系統(tǒng)等，可以通過高速動畫直觀地再現(xiàn)在各種試驗工況下 （ 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(biāo)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)。利用它與 ANSYS、 MSC/NASTRAN 、 ABAQUS、 IDEAS 等軟件的接口，可以方便地考慮零部件的彈性特性，建立多體動力學(xué)模型，以提高系統(tǒng)的仿真精 度。 ADAMS/Linear（ 系統(tǒng)模態(tài)分析模塊 ） 可以在進(jìn)行系統(tǒng)仿真時將系統(tǒng)的非線性的運動學(xué)或動力學(xué)方程進(jìn)行線性化處理，以便快速計算系統(tǒng)的固有頻率、特征向量和狀態(tài)本科生畢業(yè)設(shè)計 26 空間矩陣，更快更全面地了解系統(tǒng)的固有特性。 ADAMS/Postprocessor （ 后處理 ） 是 ADAMS 軟件仿真結(jié)果的后處理，ADAMS/Postprocessor 模塊 主要有兩個功能：仿真結(jié)果回放功能和分析曲線繪制功能。 ADAMS/Slover（ 求解器 ） 是 ADAMS 軟件的仿真 “ 發(fā)動機(jī) ” ，它自動形成機(jī)械系統(tǒng)模型的動力學(xué)方程，提供靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)的計算結(jié)果。下面介紹一下 ADAMS 軟件的基本模塊。 ADAMS 軟件包括 3 個最基本的解題程序模塊： ADAMS/View（ 基本環(huán)境 ） 、ADAMS/Slover（ 求解器 ） 和 ADAMS/Postprocessor（ 后處理 ） 。 ADAMS 的核心仿真軟件包有交互式圖形環(huán)境 ADAMS/View 和仿真求解器 ADAMS/Solver。 機(jī)械系統(tǒng)分析軟件 ADAMS 使用交互式圖形環(huán)境和部件庫、約束庫、力庫，用堆積木式方法建立三維機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)化模型并通過對其運動性能的仿真分析和比較來研本科生畢業(yè)設(shè)計 25 究 “ 虛擬樣機(jī) ” 可供選擇的設(shè)計方案。該模型可以是在ADAMS 軟件中直接建造的簡化幾 何模型，也可以是從其他 CAD 軟件中轉(zhuǎn)過來的造型逼真的幾何模型；然后，在幾何模型上施加力和力矩及運動激勵；最后執(zhí)行一組與實際狀況十分接近的運動仿真測試，得到實際機(jī)械系統(tǒng)工作過程的運動仿真。目前 ADAMS 軟件在汽車和航天等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。ADAMS 軟件應(yīng)用了解決剛性積分問題的方法，并采用稀疏矩陣技術(shù)提高了計算效率。 仿真軟件 ADAMS 的介紹 ADAMS 的簡介 機(jī)械系統(tǒng)分析軟件 ADAMS 是世界上應(yīng)用 廣泛的機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析軟件。本章將應(yīng)用 ADAMS 軟件，建立 計算汽車前懸架模型。 本科生畢業(yè)設(shè)計 24 第 4 章 基于 ADAMS/View 麥弗遜懸架建模 機(jī)械也稱機(jī)械系統(tǒng)，它是由可以相對運動的剛體通過運動副或約束聯(lián)接形成的多剛體系統(tǒng)。 本科生畢業(yè)設(shè)計 23 轉(zhuǎn)向拉桿 該車采用 13 寸寬輪胎，直徑： 13 英寸（ ），胎寬： 165mm。 接頭處連接方式采用螺紋連接。 ２、 接頭 根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，接頭有軸銷式接頭和球銷式接頭兩種。 為了方便 計算 ，取 S 點的 3 個坐標(biāo)以及 PS 桿的空間位置作為控制參數(shù)，即 ： SX 、SY 、 SZ 、轉(zhuǎn)向拉桿 PS 的長度 PSl 、轉(zhuǎn)向拉桿的水平夾角 ? （ 與 XZ 平面的夾角 ） 和轉(zhuǎn)向拉桿橫向平面的夾角 ? （ 與 XY 平面的夾角 ） 。 將 E、 F 的坐標(biāo)代入到式 （ ） 和 （ ） 中， 2 個方程兩個未知量，求解 FZ 和EY ，得到方程 ： ( ) ta nE E F FY X X Y?? ? ? （ ） 其中 ( ) s inE D D EX X Y Y ?? ? ? 解方程得 ： 本科生畢業(yè)設(shè)計 22 [ s in ] ta n1 s in ta nE D F FE X Y X YY ????? ? ?? ? （ ） ( ) ta nF E E FZ Z X X ?? ? ? （ ） 在此加入一個控制 變 量 ? 。 FG 的長度 （ 車輪半徑 ） 為 r ，由于前輪外傾，則有 c o s , / 2 s i nFGY r X B r??? ? ? ? （ ） 所以 F、 G 點的坐標(biāo)表示為 ： [ ] [ , , ] [ / 2 , c o s , ]TTF F F FF X Y Z B r Z?? ? ? （ ） [ ] [ , , ] [ / 2 s in , 0 , ]G G G FG X Y Z B r Z?? ? ? ? （ ） 其中 FZ 為未知量。 由空間幾何運算，容易計算 出 B 點的坐標(biāo)為 ： 22[ ] [ , , ] [ 1 sin sin , sin , sin ]TTB B B O B O O B O B OB X Y Z X l Y l l? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? （ ） 再根據(jù) 式 （ ） 和 （ ） 反求出 ： ? ?[ ] [ , , ] [ t a n , , ( ) t a n ]D D D B D B D B D BD X Y Z X Y Y Y Z Y Y??? ? ? ? ? ? （ ） B、 O、 D 點的坐標(biāo)就是通過上面提供的 6 個變量來表示的。 B 點的坐標(biāo)可以通過BO 的空間位置來控制， BO 的空間位置由 BO 的長度 BOl 、下擺臂的水平夾角 ? （ 與本科生畢業(yè)設(shè)計 21 XZ 平面的夾角 ） 和下擺臂橫向平面的夾角 ? （ 與 XY 平面的夾角 ） 來確定。 B 點初始位置坐標(biāo) （ 即懸架平衡位置時的坐標(biāo) ） 關(guān)系著主銷 內(nèi)傾角 ? 和主銷后傾角 ? ， B 點坐標(biāo)、 O 點坐標(biāo)、下擺臂 BO的空間位置、 D 點坐標(biāo)、主銷內(nèi)傾角 ? 和主銷后傾角 ? 是相關(guān)聯(lián)的。 arctan EFYYXX? ?? ? （ ） 前輪前束角 ? 在機(jī)構(gòu)里面表示為 EF 和 XY 平面的夾角 。 a r c t a nDBDBXXYY? ?? ? （ ） 主銷后傾角 ? 為主銷中心線 BD 與 XY 平面的夾角。 前輪定位參數(shù)的計算 在麥弗遜式懸架模型中，主銷內(nèi)傾角 ? 、主銷后傾角 ? 、前輪外傾角 ? 、前輪前束角 ? 可以由以下的坐標(biāo)參數(shù)表示。坐標(biāo)系 X_Y_Z 為靜坐標(biāo)系，為了方便后續(xù)的計算，取坐標(biāo)系的原點在懸架對稱中心平面 （ 即 YZ 平面 ） 上，并且 XY平面過 O 點， XZ 平面為地面。 懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計 分析 圖 麥弗遜式懸架結(jié)構(gòu)簡圖 懸架 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)空間位置的 分析 麥弗遜式懸架由橫擺臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、減振器 和車身構(gòu)成機(jī)構(gòu)組成部分。 式 中 ： []p —— 缸內(nèi)最大容許壓力，取 2[ ] 4 /p N mm? ； ep —— 為最大卸荷力 （ 伸張過程 ） ， esp rv? ； sr —— 為伸張阻力系數(shù) ， KN/ms1； ? —— 為缸筒直徑與連桿直徑之比，取 ?? 。打開卸荷閥瞬時的減振器活塞速度稱為卸荷速度 v 。 式中 167?sm kg， 11990sC ? N/m， ?? 。 所計算得到的工作缸徑，要在系列尺寸中找出相近的缸徑作為最后確定尺寸。 為了