【正文】 恩方法變分方法等，以及各種方法的優(yōu)劣勢(shì)。 本章小結(jié) 本章將論文研究所涉及到的理論做了較系統(tǒng)的闡述。對(duì)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模 型，根據(jù)情況應(yīng)用求解器中的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、靜平衡或逆向動(dòng)力學(xué)分析算法，迭代求解，得到所需的分析結(jié)果。物理建模過(guò)程中，有時(shí)候需要根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)約束和初始位置條件對(duì)幾何模型進(jìn)行裝配。幾何模型可以由動(dòng)力學(xué)分析系統(tǒng)幾何造型模塊所構(gòu)造，或者從通用幾何造型軟件導(dǎo)入。 計(jì)算多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析的整個(gè)流程 ，主要包括建模和求解兩個(gè)階段。與一般系統(tǒng)不同，它是一個(gè)高度結(jié)合、高度非線性的復(fù)雜系統(tǒng) [12]。 柔體系統(tǒng)不同于多剛體系統(tǒng)，它包含有柔性部分，其變形不可忽略，其逆運(yùn)動(dòng)學(xué)是不確定的。而多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)模型可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成，不必考慮推導(dǎo)公式的難易程度，所以不但適用于較簡(jiǎn)單的平面模型，而且更適用于復(fù)雜的三維空間模型。 （ 3）模型精度高。 （ 2）可計(jì)算大位移運(yùn) 動(dòng)。 多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論有很多優(yōu)點(diǎn)： （ 1）適用對(duì)象廣泛。 Gauss最小約束原理是變分方法的基本原理，利用優(yōu)化理論求泛函的極值直接得到系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀況。變分方法主要用于工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)，它有利于結(jié)合控制系統(tǒng)的 優(yōu)化進(jìn)行綜合分析。 （ 5）變分方法是經(jīng)典力學(xué)的重要部分。RW方法以相鄰剛體之間的相對(duì)位移作廣義坐標(biāo)，對(duì)復(fù)雜的樹(shù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)關(guān)系給出了統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模式，并據(jù)此推導(dǎo)了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程，相應(yīng)的程序有MESAVERDE 。 RW方法以十分優(yōu)美的風(fēng)格處理了樹(shù)結(jié)構(gòu)的多剛體系統(tǒng)。由此后來(lái)逐步形成了兩大著名多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件 — 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件 ADAMS（ Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）和動(dòng)力學(xué)分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件。導(dǎo)出的以笛卡爾廣義坐標(biāo)為變量的動(dòng)力學(xué) 方程是與廣義坐標(biāo)數(shù)目相同的帶乘子的微分方程，還需要補(bǔ)充廣義坐標(biāo)的代數(shù)約束方程才能封閉。其特點(diǎn)是在列寫(xiě)出系統(tǒng)的牛頓 — 歐拉方程后，將不獨(dú)立的笛卡爾廣義坐標(biāo)變換成獨(dú)立變量，對(duì)完整約束系統(tǒng)用 Alembert原理消除約束反力，對(duì)非完整約束系統(tǒng)用 Jourdain原理消除約束反力，最后得到與系統(tǒng)自由度數(shù)目相同的動(dòng)力學(xué)方程，希林等人編制了符號(hào)推導(dǎo)的計(jì)算機(jī)程序 NEWEUL。多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的主要研究方法有： （ 1）牛頓 —— 歐拉方程法：對(duì)作為隔離體的單個(gè)剛體列寫(xiě)牛頓一歐拉方程時(shí)， 6 鉸約束力的出現(xiàn)使未知變量的數(shù)目明顯增多，故即使直接采用牛頓 —— 歐拉方法，也必須加以發(fā)展，制定出便于計(jì)算機(jī)識(shí)別的剛體聯(lián)系情況和鉸約束形式的程式化方法，并致力于自動(dòng)消除鉸的約束能力。多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是在經(jīng)典力學(xué)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，在發(fā)展過(guò)程中，結(jié)合了運(yùn)動(dòng)生物 力學(xué)、航天器控制、機(jī)器人學(xué)、車輛設(shè)計(jì)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)等學(xué)科，成為一門(mén)具有廣泛用途的新興力學(xué)分支。 多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ) 多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，包括多剛體系統(tǒng)和多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，是研究多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。最后執(zhí)行一組與實(shí)際狀況十分接近的運(yùn)動(dòng)仿真測(cè)試，所得的測(cè)試結(jié)果就是機(jī)械系統(tǒng)工作過(guò)程的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況。既可以是在 ADMAS 軟件中直接建造的幾何模型，也可以是從其它 CAD 軟件中傳過(guò)來(lái)的造型逼真的幾何模型。 ADAMS 軟件的仿真可用于預(yù)測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測(cè)、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等 [10]。在當(dāng)今動(dòng)力學(xué)分析軟件市場(chǎng)上 ADAMS 獨(dú)占鰲頭，擁有 70%的市場(chǎng)份額， ADAMS擁有 Windows版和 Unix兩個(gè)版本，目前最高版本為 ADAMS2020。八十年代商品化以來(lái)， EASYS 首 先滲透到航空市場(chǎng)，現(xiàn)在己應(yīng)用于汽車和其它多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。 （ 4） EASYS 軟件 EASYS 是一個(gè)以圖形為基礎(chǔ)的軟件工具，用于模擬和設(shè)計(jì)具有微分和代數(shù)方程特征的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。它起源于矩陣運(yùn)算，并己經(jīng)發(fā)展成一種高度集成的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。在分析方面，提供了裝配分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、正向動(dòng)力學(xué)分析、逆向動(dòng)力學(xué)分析、靜平衡分析、預(yù)載荷分析等 6 種分析功能。 （ 2） DADS 軟件 比利時(shí) LMS 的 DADS 支持機(jī)械系統(tǒng)的快速裝配、分析和優(yōu)化，并提供了功能虛擬樣機(jī)技術(shù)功能，可以為物理樣機(jī)試驗(yàn)提供設(shè)計(jì)的裝配特性、功能特性和可靠性的預(yù)測(cè)與校驗(yàn)分析。 目前國(guó)內(nèi)外工程仿真軟件層出不窮，但各仿真軟件都有其各自應(yīng)用的范圍，應(yīng)用的仿真軟件主要有： （ 1） PAMCRASCH 軟件 PAMCRASCH 軟件是法國(guó) ESI 公司的碰撞模擬有限元仿真分析軟件的程序包。在借 鑒成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)具體車型初步給出系統(tǒng)解決方案，然后對(duì)之加以分析、改進(jìn)和優(yōu)化，檢驗(yàn)其是否能夠達(dá)到設(shè)計(jì)所追求的指標(biāo)，最后經(jīng)過(guò)反復(fù)修改得到最佳方案，從而達(dá)到根據(jù)設(shè)計(jì)要求向用戶提出設(shè)計(jì)參考和建議的目的 [9]。這又要求懸架設(shè)計(jì)人員在盡可能短的時(shí)間內(nèi)，以盡可能少的花費(fèi)設(shè)計(jì)出好的懸架。這就對(duì)懸架設(shè)計(jì)人員提出了很高的要求。 （ 1）關(guān)于汽車懸架動(dòng)力學(xué)仿真的基本概述 ； （ 2）基于 ADAMS/Car模塊進(jìn)行懸架的建模； （ 3）具體的動(dòng)力學(xué)分析和仿真； （ 4）輸出優(yōu)化后的仿真結(jié)果。運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，可以大大簡(jiǎn)化懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程，大幅度縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)費(fèi)用和成本，明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的系統(tǒng)及性能，獲得最優(yōu)和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。基于 ADAMS的虛擬樣機(jī)技術(shù)，可把懸架視為是由多個(gè)相互聯(lián)結(jié)、彼此能夠相對(duì) 運(yùn)動(dòng)的多體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，其運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真比以往通常用幾個(gè)自由度的質(zhì)量 —— 阻尼剛體（振動(dòng)）數(shù)學(xué)模型計(jì)算描述更加真實(shí)反映懸架特性及其對(duì)汽車行駛動(dòng)力學(xué)影響，也比圖解法更為直接。并且利用前人的經(jīng)驗(yàn)對(duì)這些特性曲線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)原懸架存在不合理的地方，并針對(duì)存在的問(wèn)題提出相應(yīng)的解決方案 [8]。實(shí)現(xiàn)了懸架偏頻的仿真測(cè)量和不同等級(jí)路面、不同車速下隨機(jī)路面輸入的平順性仿真。 3 合肥工業(yè)大學(xué)的喬明俠針對(duì)江淮汽車股份有限公司的瑞風(fēng)商務(wù)車，利用多體動(dòng)力學(xué)分析軟件 ADAMS 建立了包括車身、前后懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、輪胎、人與椅等系統(tǒng)在內(nèi)的整車多體模型。 上海 交通大學(xué)的趙亦希、黃宏成、劉奮以 S 型轎車前懸架系統(tǒng)為實(shí)例，利用ADAMS/Car 模塊，進(jìn)行雙輪反向激振動(dòng)力學(xué)仿真，仿真結(jié)果是各種側(cè)傾特性參數(shù)，對(duì)照轎車標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)，對(duì) S 型轎車側(cè)傾的情況有一個(gè)全面了解，為設(shè)計(jì)和優(yōu)化懸架系統(tǒng)提供了實(shí)用高效的方法 [7]。提出了基于動(dòng)力學(xué)仿真的汽車懸架 CAD 的思路，針對(duì)具體車型，進(jìn)行了鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)，將改進(jìn)后的鋼板彈簧裝車進(jìn)行了平順性和操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)。 武漢理工大學(xué)的鮑衛(wèi)寧利用 ADAMS/View 軟件，建立了麥弗遜式懸架的 某轎車前懸架的多體動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)車輪跳動(dòng)和轉(zhuǎn)向時(shí)，懸架的各種參數(shù)的變化進(jìn)行分析 [6]。 1992年，清華大學(xué)的 張海岑采用多剛體動(dòng)力學(xué)中的牛頓．歐拉方法，建立了汽車列車七十四個(gè)自由度的非線形數(shù)學(xué)模型，其中包括多種輪胎模型、懸架系統(tǒng)模型、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型及帶有比例閥、防抱死裝置及考慮制動(dòng)熱衰退的制動(dòng)系統(tǒng)模型，深入研究了汽車列車操縱穩(wěn)定性和制動(dòng)性 [5]。 1989年，吉林工業(yè)大學(xué)的林逸利用 RW方法，建立了對(duì)汽車獨(dú)立懸架中的單橫臂及擺柱式懸架進(jìn)行空間運(yùn)動(dòng)分析的通用計(jì)算程序 [4]。研究工作集中在平順性、操縱穩(wěn)定性性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法、試驗(yàn)方法及操縱穩(wěn)定性力學(xué)模型的建立、模型的計(jì)算方法、性能預(yù)測(cè)方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法等。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)汽車動(dòng)力學(xué)的研究分析和計(jì)算的工作起步較晚。國(guó)外各主要汽車廠家和研究機(jī)構(gòu)在其 ＣＡＤ 系統(tǒng)中安裝了多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件，并與有限元、模態(tài)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等軟件一起構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，在汽車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中發(fā)揮了重要作用。研究的范圍從局部結(jié)構(gòu)到整車系統(tǒng)，涉及汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方方面面。 國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析 國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外汽車動(dòng)力學(xué)的研究經(jīng)歷了由試驗(yàn)研究到理論研究，由開(kāi)環(huán)研究到閉環(huán)研究的發(fā)展過(guò)程。最后執(zhí)行一組與實(shí)際狀況十分接近的運(yùn)動(dòng)仿真測(cè)試，所得的測(cè)試結(jié)果就是機(jī)械系統(tǒng)工作過(guò)程的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況。既可以是在 ADMAS 軟件中直接建造的幾何模型，也可以是從其它 CAD 軟件中傳過(guò)來(lái)的造型逼真的幾何模型。 ADAMS/Car是 MDI公司與 Audi、 BMW、 Renault和 Volvo等公司合作開(kāi)發(fā)的整車設(shè)計(jì)軟件包，集成了他們?cè)谄囋O(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)方面的專家經(jīng)驗(yàn)，能夠幫助工程師快速建造高精度的整車虛擬樣機(jī) [1]。 the use of multibody dynamics theory and software, on the suspension system of rigid and flexible under conditions of virtual prototype simulation, analysis of various parameters of suspension system. Mainly analyzes the wheel camber and toe angle, kingpin angle, caster angle of the vehicles during the course of handling and stability, tire wear, and the role of orientation angle of each wheel. Then gradually analysis and evaluation of the wheel camber and toe angle, kingpin angle, caster angle range of parameters. Superposition of the final output of the two simulation parison and evaluation plan, to have different constraints on the suspension system. Based on the vehicle ride fort performances， analyzes the relationship between suspension system and the wheel alignment parameters of the suspension system. Key words: ADAMS, dynamics, simulation, suspension system III 目錄 摘 要 ....................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................... II 目錄 ........................................................................................................................ III 第 1 章 緒 論 .........................................................................................................1 課題來(lái)源及研究的目的和意義 .....................................................................1 國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析 .............................................................1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 .........................................................................................1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 .........................................................................................1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 .............................................................................3 主要研究?jī)?nèi)容 .................................................................................................3 第 2 章 懸架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真理論 .........................................................................4 懸架系統(tǒng)仿真概述 .................................................................................