【正文】 本文只研究了懸架系統(tǒng)的仿真分析，要全面。 由于時間和能力有限，尚有許多方面有待進一步的研究和探討。 (3)對仿真結(jié)果進行分析，仿真分析結(jié)果表明，車輪在兩種不同跳動情況下，彈塑性約束下的主銷內(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。論文的主要內(nèi)容及成果體現(xiàn)在以下幾點： (1)利用 ADAMS/Car 模塊建立某車的麥弗遜式前獨立懸架的虛擬樣機模型，并對懸架結(jié)構(gòu)進行分析。本文采用 ADAMS 虛擬樣機技術(shù)，對汽車懸架系統(tǒng)進行了仿真分析，并對車輪定位參數(shù)影響進行了分析。 28 結(jié) 論 近年來，隨著人們對行駛平順性、操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性等整車性能要求的不斷提高，汽車懸架系統(tǒng)及整車系統(tǒng)性能的研究越來越受到人們的重視。然后分別進行了車輪激振仿真和彈塑性仿真，并逐步分析和評價了在車輪跳動時，車輪外傾角和車輪前束角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角的參數(shù)變化范圍。 本章小結(jié) 本章對在 ADAMs/Car模塊里建立的麥弗遜式前獨立懸架系統(tǒng)虛擬樣機模型進行了仿真分析。只有車輪外傾角的范圍在剛性連接的情況下變化范圍比彈性連接情況下小。 25 圖 49 同向跳動前輪外傾角變化曲線 圖 410 同向跳動前輪前束角變化曲線 26 圖 411 同向跳動主銷內(nèi)傾角變化曲線 圖 412 同向跳動主銷后傾角變化曲線 兩次仿真結(jié)果數(shù)據(jù)比較如表 41 表 41 仿真結(jié)果比較 仿真條件 剛性約束（度） 彈性約束（度） 前輪外傾角 ～ ～ 前輪前束角 ～ ～ 主銷內(nèi)傾角 ～ ～ 主銷外傾角 0 ～ 0 從上述仿真分析結(jié)果可以看出，車輪在剛性運動與彈塑性運動情況下的比較。 圖 48 同向跳動主銷后傾角變化曲線 從上述仿真分析結(jié)果可以看出，車輪在彈塑性運動的情況下，車輪外傾角、懸架的車輪前束角、主銷內(nèi)傾角的變化范圍比較大，主銷后傾角的變化基本上在合理范圍內(nèi)?？梢钥闯?，車輪同向跳動時，主銷后傾角的變化范圍為 ~0176。變動量偏大。 圖 45 同向跳動前輪外傾角變化曲線 圖 46 同向跳動前輪前束角變化曲線 （ 3）主銷內(nèi)傾角 圖 47 是主銷內(nèi)傾角隨車輪跳動的變化曲線。前束角的 變化范圍為 23 ~。車輪在跳動的過程中，外傾角的變化范圍比理想稍大。 （ 1）車輪外傾角 根據(jù)輸出的仿真結(jié)果，可以看到，圖 45 為外傾角隨車輪同向跳動變化規(guī)律曲線。 車輪彈塑性運動仿真 同車輪同向激振仿真一樣，按空載時懸架所承受的簧載質(zhì)量要求，將測試臺架上下激振位移設(shè)置為 100mm，在 100mm~100mm 的常見工況下，進行彈塑性仿真分析?？梢钥闯?，車輪同向跳動時，主銷后傾角的變化范圍幾乎不變，符合變化量小的設(shè)計要求。 [21]。但主銷后傾角也不宜過大，否則會造成轉(zhuǎn)向沉重。 圖 43 同向跳動主銷內(nèi)傾角變化曲線 （ 4）主銷后傾角 22 設(shè)計轉(zhuǎn)向橋時，使主銷在汽車的縱向平面內(nèi)有向后的一個傾角，即主銷軸線和地面垂直線在汽車縱向平面內(nèi)的夾角稱為主銷后傾角。由圖可以得出，主銷內(nèi)傾角的變化范圍為 ～ 176。實際設(shè)計時，主銷內(nèi)傾角的大致范圍為 7～ 13176。主銷內(nèi)傾角有使車輪自動回正的作用，也有利于主銷偏距的減小，從而可減少轉(zhuǎn)向時駕駛員加在方向盤上的力，使轉(zhuǎn)向操縱輕便，同時也可減少從轉(zhuǎn)向輪傳到方向盤上的沖擊力。車輪在上跳過程中，前束角的變化范圍比理想值大。前束角的變化范圍都為 ～ 176。 [20]。所以前束角的設(shè)計原則是車輪跳動時，其變化范圍越小越好。采用汽車前束，則可使車輪在每一瞬時滾動方向接近于向著正前方。 （ 2）車輪前束角 車輪有了外傾角后，在滾動時，就類似于滾錐，從而導(dǎo)致兩側(cè)車輪向外滾開。 20 由圖可以看出，外傾角的變化范圍為 ～ 176。 [19]。以內(nèi)。獨立懸架的缺點在于汽車作曲線行駛時車輪隨車身一起傾斜，即車身外側(cè)車輪相對地面向正的外傾角方向變化，從而降低了承載較高一側(cè)的輪胎的側(cè)偏 性能，為消除這一影響，轎車的懸架常常設(shè)計成車輪上跳時外傾角朝負(fù)值方向變化，而在下落時朝正的方向變化 [18]。因此安裝車輪時預(yù)先使車輪有一定的外傾角，使輪胎盡可能垂直于稍許有點拱形的路面滾動，這樣輪胎磨損均勻和滾動阻力小，同時也減輕了輪轂外軸承的負(fù)荷。如果空車時車輪的安裝正好垂直于路面，則滿載時，車橋?qū)⒁虺休d而 變形，而可能出現(xiàn)車輪內(nèi)傾，這樣將加速車輪的磨損。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，從而預(yù)評估懸架系統(tǒng)的性能。 本章將對懸架系統(tǒng)進行車輪同向運動分析（ parallel wheel travel）和車輪彈塑性運動分析（ elasticplastic movement travel），并對不同的仿真結(jié)果進行比較，最終得出結(jié)論。最后對本懸架系統(tǒng)進行了自由度分析。 本章小結(jié) 本章對 ADAMS 軟件進行了簡單的介紹，主要闡述了 ADAMS 軟件建?；A(chǔ)，從一般建模的基本步驟上對如何建模和仿真分析上做了整體的概述。 表 33 前懸架各約束副類型和數(shù)目 約束類型 約束副限制自由度數(shù) 約束副數(shù)量 萬向節(jié) 4 2 移動副 5 2 旋轉(zhuǎn)鉸 5 4 球鉸 3 6 固定鉸 6 3 機械系統(tǒng)的自由度 DOF 可由下式計算： DOF=6n 1niKi pR? ??? 18 式中 n—— 活動構(gòu)件總數(shù)； Pi， m—— 第 i 個運動副的約束條件數(shù)， m為運動副總數(shù)； Rk—— 其他約束條件。 16 圖 33 減振器速度特性曲線 根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可以得到該麥弗遜式前懸架虛擬樣機的模板模型，再在標(biāo)準(zhǔn)模式下由模板模型建立其子系統(tǒng)，最后將懸架子系統(tǒng)和測試臺組裝在一起得到懸架總成系統(tǒng)虛擬樣機模型如圖 34 所示。 123 353177。；前螺旋彈簧的剛度為 ，減振器的阻尼力參數(shù)如表 32 所示。；主銷內(nèi)傾角為 176。前輪定位參數(shù)為：前輪前束角為 0176。 前輪前束角：α =arctan（（ XBXC） /（ YBYC）） （ 3l） 車輪外傾角：β =arctan（（ ZBZC） /（ YBYC）） （ 32） 主銷后傾角：γ =arctan（（ XDXA） /（ ZDZA）） （ 33） 主銷內(nèi)傾角：φ =arctan（（ YDYA） /（ ZDZA）） （ 34） 式中 A— 下控制臂與轉(zhuǎn)向節(jié)總成連接的球鉸中心點； D— 減振器與車體的鉸接點； 1 6 2 3 4 5 7 8 9 7 7 2 1 7 3 4 5 7 8 7 9 A B C D E F 6 15 B、 C— 分別是輪軸內(nèi)外端點。然而，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整導(dǎo)向機構(gòu)的布置，可以車輪定位參數(shù)的變化極小。當(dāng)車輪上下跳動時，轉(zhuǎn)向節(jié)總成沿擺動的主銷軸線 AD轉(zhuǎn)動。輪軸與轉(zhuǎn)向節(jié)總成之間用轉(zhuǎn)動鉸相連；減振器內(nèi)外筒之間通過移動副相連；減 振器外筒與轉(zhuǎn)向節(jié)總成之間通過固定鉸相連；減振器內(nèi)筒與車體之間通過球鉸相連；螺旋彈簧套在減振器的外筒上，其上端與車體相連，下端固定在減振器外筒上；轉(zhuǎn)向橫拉桿一端通過球鉸與轉(zhuǎn)向節(jié)總成相連，另一端通過萬向節(jié)與轉(zhuǎn)向器齒條相連 。9轉(zhuǎn)向器齒條 該麥弗遜式前獨立懸架主要有下控制臂（單斜臂）、轉(zhuǎn)向節(jié)總成、螺旋彈簧、減振器等組成。7車體 。5減振器 。3輪軸 。 14 圖 32 麥弗遜前懸架結(jié)構(gòu)簡圖 1下控制臂 。而在三線不共線的麥弗遜式懸架系統(tǒng)中，對應(yīng)于不同的車輪跳動位置，各點至主銷中心線的距離是變化的。這一布置形式?jīng)Q定了其運動規(guī)律與其它的懸架系統(tǒng)的不同。雖然麥弗遜懸架在行車舒適性上的表現(xiàn)令人滿意，其結(jié)構(gòu)體積不 大，可有效擴大車內(nèi)乘坐空間，但也由于其構(gòu)造為直筒式，對左右方向的沖擊缺乏阻擋力，抗剎車點頭作用較差 [16]。該懸架還具有較為合理的運動特性，能夠保證整車性能要求。簡單地說，麥弗遜懸架的主要結(jié)構(gòu)即是由螺旋彈簧、減振器及下控制臂組成，減振器可以避免螺旋彈簧受力時向前、后、左、右偏移的現(xiàn)象，限制彈簧只能按照特定方向作振動，并可以用減振器的行程長短及松緊，來設(shè)定懸架的軟硬及性能。在進行懸架總成分析 之前，還可調(diào)整輪胎半徑和徑向剛度及相關(guān)的整車數(shù)據(jù)，如簧載質(zhì)量、簧載質(zhì)量質(zhì)心高度和軸距等。在這一階段，用戶可根據(jù)實際需要，將不同的子系統(tǒng)組裝在一起形成完整的分析總成模型。在子系統(tǒng)中，用戶只能對以前創(chuàng)建的零部件進行部分?jǐn)?shù)據(jù)的修改，如調(diào)整硬點位置、部件質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量、彈簧和阻尼及輪胎的屬性等。不考慮彈性橡膠襯套時為運動 13 學(xué)分析模型，考慮彈性橡膠襯套時為彈性運動學(xué)分析模型。零部件之間可以通過約束副接，也可以通過橡膠襯套、彈簧和阻尼來連接。正確建立各個子系統(tǒng)之間的連接關(guān)系至關(guān)重要，這些連接關(guān)系數(shù)據(jù)在以后的子系統(tǒng)和總成系統(tǒng)階段無法修改，而零部件的位置和特征參數(shù)在后續(xù)過程中還可進行調(diào)整。 （ 5）建立懸架模板與 其它模板或測試臺之間進行數(shù)據(jù)交換的輸入、輸出通訊器，以便各個子系統(tǒng)之間進行正確的連接。即定義主銷軸線和輸入車輪前束角與車輪外傾角。即在部件之間添加約束、彈簧、阻尼和力元（如力和力矩）等。利用已經(jīng)創(chuàng)建好的硬點和方向點建立部件（ part），在創(chuàng)建部件之后，可以給新的部件添加幾何。創(chuàng)建硬點只需要輸入相應(yīng)的位置坐標(biāo)，而創(chuàng)建方向點除了輸入相應(yīng)的位置坐標(biāo)外，還得輸入相應(yīng)的方位坐標(biāo)。 懸架模板的建模步驟如下： （ 1）創(chuàng)建硬點和方向點。在子系統(tǒng)里，用戶只能對以前創(chuàng)建的零部件進行部分?jǐn)?shù)據(jù)的修改。模板是用來定義各部件之間的拓?fù)溥B接關(guān)系的，它的建立是整個建模過程中最重要的環(huán)節(jié)，分析總成的絕大部分建模工作都是在模板階段完成的。在建立分析總成模型的過程中， ADAMS/Car 的建模順序自下而上。 ADAMS/Car 建模的原理相對比較簡單，模型原理與實際的汽車系統(tǒng)相一致。 Testing 的作用是給模型施加激勵。例如，對于懸架可以是硬點的位置以及彈簧和阻尼的特性文件。例如，前懸架總成在裝配到整車模型時，需要和轉(zhuǎn)向系以及車身相連接，這些交換的信息可以保證它們被正確的裝配到一起。例如，對于前懸架模板，它定義了前懸架包含的剛體數(shù)目、剛體之間的連接方式（球鉸還是轉(zhuǎn)動鉸或其他）以及與其他總成交換信息的方式。 11 圖 31 模板、子系統(tǒng)、屬性文件、試驗臺之間的關(guān)系 （ 1）模板 ADAMS/Car 的一個主要特點就是基于模板。標(biāo)準(zhǔn)用戶只能基于現(xiàn)有模板進行建模型和仿真國。 ADAMS/Car 建模基本步驟和方法 在 ADAMS/Car 下用戶有兩種工作模式：專家（ expert）和標(biāo)準(zhǔn)用戶（ standard user）。本文在建模時采用 ISO 坐標(biāo)制。本章利用ADAMS/Car 建立前懸架系統(tǒng)模型，并最終進行仿真分析。 建立仿真模型是將汽車系統(tǒng)作一定程度的簡化，使之以數(shù)學(xué)模型的形式來體現(xiàn)?；贏DAMS/CAR 的懸架系統(tǒng)對操縱穩(wěn)定性影響的仿真試驗研究 （ 4）提供了實體動畫顯示功能與運動干涉檢查。實現(xiàn)了 CAD/ CAE/CACE 設(shè)計的一體化。特別是為汽車研發(fā)專用人員提供的專用模塊，例如 :ADAMS/Car 提供汽車動力學(xué)分析模塊，ADAMS/Aril 提供人體模型， ADAMS/TIRE 提供多種輪胎模型， ADAMS/ Vehicle提供懸架模型， ADAMS/Engine 提供發(fā)動機模塊， ADAMS/ Adraulic 提供液壓傳動系統(tǒng)建模模塊， ADAMS/chassis 提供底盤模塊等，極大地方便了汽車設(shè)計階段的建模與汽車動態(tài)仿真分析工作。由此可見， ADAMS 軟件具有強大的功能和影響力 [13]。 ADAMS 具有通用、精確的仿真功能，方便、友好的用戶界面和強大的圖形顯示能力，這使得許多著名大公司都采用它來完成產(chǎn)品輔助設(shè)計、研究開發(fā)、質(zhì)量鑒 定等重要工作。 ADAMS 一方面是虛擬樣機分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析。 ADAMS 軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析，輸出位移、速度、加 速度和反作用力曲線。ADAMS 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)仿真分析軟件。 9 第 3 章 基于 ADAMS/Car 懸架系統(tǒng)建模 ADAMS/Car 軟件概述 ADAMS 即機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析 ，該軟件是美國 MDI 公司開發(fā)的虛擬樣機分析軟件。另外對懸架系統(tǒng)涉及的多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論進行了簡要的概述，介紹了多 體系統(tǒng)動力學(xué)的一般研究方法，包括：牛頓 —— 歐拉方程法、拉格朗日法、圖論方法、凱