【正文】 仿真技術(shù)得到大量應(yīng)用，從子系統(tǒng)設(shè)計(jì)到整車系統(tǒng)的匹配都采用數(shù)字化虛擬樣機(jī)技術(shù)。近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)、 隨機(jī)振動(dòng)理論、 試驗(yàn)方法以及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究的發(fā)展，使得汽車平順性的仿真分析更為全面、更接近實(shí)際使用情況。多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是在經(jīng)典力學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與車輛設(shè)計(jì)、航天器控制、機(jī)器人學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域密切相關(guān)且起重要作用的新的力學(xué)分支。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一般采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)推導(dǎo)法以及幾何作圖等方法，雖然可以滿足設(shè)計(jì)要求，但精度和效率不高。車輪跳動(dòng)分析可以讓我們發(fā)現(xiàn)懸架垂直跳動(dòng)時(shí)懸架特性如何改變。懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析是汽車布置設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)校核的重要內(nèi)容之一，也是研究汽車平順性、操縱穩(wěn)定性等汽車性能的主要方法。第 4 章 懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 懸架仿真簡(jiǎn)介 懸架仿真發(fā)展與現(xiàn)狀在整車運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)路面存在一定的不平度時(shí)，輪胎和車身之間的相對(duì)位置將發(fā)生變化，這也將造成車輪定位參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變動(dòng)。并應(yīng)用GSA模塊對(duì)各主要零件進(jìn)行了CAE分析，校核了零件的強(qiáng)度與剛度。 本章小結(jié)本章概述了CAD技術(shù)的發(fā)展概況，并簡(jiǎn)要介紹了CATIA這一汽車設(shè)計(jì)過程中常用的軟件。全部小于600MPa，各零件強(qiáng)度符合要求。對(duì)于選用45號(hào)鋼為材料的部件，有限元分析結(jié)果如圖315與圖316。各部件最大位移為：, ,，且各零件變形均在合理范圍內(nèi),強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。計(jì)算結(jié)果將由應(yīng)力云與應(yīng)變?cè)频贸?，文件將由External Storage對(duì)話框選頂保存目錄。首先對(duì)所分析零件限定約束，在預(yù)設(shè)受力點(diǎn)分別設(shè)定X、Y、Z方向的受力。CATIA有限元分析模塊可以進(jìn)行的分析有Static case靜態(tài)分析， Frequency case模態(tài)分析，Buckling Case撓度分析，Combined case組合分析等。而縱向力、側(cè)向力與力矩均由轉(zhuǎn)向節(jié)、連桿及橫臂承受和傳遞，這三種組件受力最為復(fù)雜[12]。前懸架裝配完畢如圖39，后懸架裝配完畢如圖310。并以懸架為父級(jí)裝配模塊引入減振器子裝配，實(shí)現(xiàn)父級(jí)裝配的柔性修改。建立前懸架轉(zhuǎn)向節(jié)如圖35，前懸架下橫臂如圖36，后懸架連桿如圖37，后懸架上橫臂如圖38。以拉伸與剪切建立鉸接點(diǎn)，延連桿軸線設(shè)立平面。組裝后，前懸架減振器如圖33，后懸架減振器如圖34。相合類型約束用于對(duì)齊幾何元素，根據(jù)所選擇的幾何元素，可以獲得同心、同軸或共面約束。粘接結(jié)構(gòu)是橡膠部分和金屬骨架分別加工制造，再用膠粘接在一起成為外露骨架型。工作缸筒與安裝支座采用“Sheet metal Design”鈑金模塊設(shè)計(jì)，并預(yù)先標(biāo)注安裝定位銷位置。本文設(shè)計(jì)的連接結(jié)構(gòu)是一種上部為螺紋連接，下部為吊環(huán)連接形式的減振器，上部以上螺紋及穿在螺紋上的橡膠襯套、墊圈和車身連接，下部以吊環(huán)及吊環(huán)內(nèi)的附件和橫臂連接。使用拉伸切除功能，剪切彈簧兩端，完成彈簧建模。 圖31 前懸架彈簧 圖32 后懸架彈簧 轉(zhuǎn)切除彈簧端部，選中模型樹中的zx參考平面，即進(jìn)入草圖繪制模式。然后建立掃略輪廓，在螺旋線的起點(diǎn)先建立一個(gè)平面，在這個(gè)平面再繪制彈簧的截面，彈簧鋼絲直徑為14mm。建立后懸架彈簧的步驟同上，螺旋線螺距為28mm, 彈簧中經(jīng)為104mm, 彈簧螺旋角為7176。在Profile control(輪廓控制)下拉列表框中選擇Keep angle選項(xiàng)。然后建立掃略輪廓，在螺旋線的起點(diǎn)先建立一個(gè)平面，以此平面為支撐繪制彈簧的截面圓，彈簧鋼絲直徑為12mm。螺旋線螺距為25mm, , 彈簧螺旋角為7176。 CATIA建模過程 前后彈簧的建模在混合建模功能中利用掃略操作來創(chuàng)建彈簧，首先建立前懸架彈簧。該產(chǎn)品同時(shí)具有強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分功能，配以自動(dòng)化的特征，便可生成有限元模型。CATIA/GSA創(chuàng)成式應(yīng)力分析模塊在產(chǎn)品開發(fā)過程中為工程師提供了一個(gè)應(yīng)力分析工具，為鑄件、鍛件或厚壁零件設(shè)計(jì)的提供指導(dǎo)。CATIA的混合建模功能涉及到草圖設(shè)計(jì)模塊、基礎(chǔ)零件模塊、創(chuàng)成曲面模塊及鈑金設(shè)計(jì)模塊。CATIA將機(jī)械設(shè)計(jì)，工程分析及仿真，數(shù)控加工，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用解決方案有機(jī)的結(jié)合在一起，為用戶提供嚴(yán)密的無紙工作環(huán)境。因此，它對(duì)我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造、新技術(shù)的興起，以及汽車工業(yè)提高國際競(jìng)爭(zhēng)力等方面，起到了巨大的推動(dòng)作用[11]。第 3 章 CATIA建模與分析 CAD技術(shù)概述及CATIA簡(jiǎn)介汽車行業(yè)是CAD技術(shù)最先應(yīng)用的領(lǐng)域之一，到現(xiàn)在，CAD技術(shù)幾乎被所有汽車公司所采用，可以說CAD技術(shù)的應(yīng)用水平，已經(jīng)成為評(píng)價(jià)一個(gè)國家汽車工業(yè)水平的重要指標(biāo)。汽車懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括彈性元件、減振器、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)決定著系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能，減振器與彈性元件決定著懸架的振動(dòng)特性。前懸架初選值計(jì)算如圖21，后懸架初選值計(jì)算的如圖22。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)決定了車輪跳動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡和車輪定位參數(shù)的變化，以及汽車前后側(cè)傾中心及縱傾中心的位置。制動(dòng)及加速時(shí)，車身應(yīng)有“抗點(diǎn)頭”及“抗后坐”效應(yīng)。轉(zhuǎn)彎時(shí)，車身在 ，車身側(cè)傾角不大于3—4176。4mm以防止輪胎早期磨損。選擇工作缸直徑D=45mm 的減振器，活塞行程S=100mm， Lmin=L+S=240+100=340mm（壓縮到底的長(zhǎng)度），Lmax=L+S=340+240 =580mm（拉足的長(zhǎng)度），防塵罩直徑Dc = 56mm，壁厚取2mm。 減振器工作缸直徑確定減振器工作缸直徑計(jì)算公式為： (210)式中 [p]——工作缸最大壓力，取3 MPa； λ——連桿直徑與工作缸直徑比值，； F0——伸張行程最大卸荷力(N)；代入計(jì)算得工作缸直徑D為：。該式中，c是沖擊載荷系數(shù)，取c=。=，～。40mm； ——汽車后懸架固有頻率(Hz)；a——后懸架下橫臂長(zhǎng)度(mm)；b——后懸架上橫臂長(zhǎng)度(mm)。 減振器最大卸荷力F0的確定為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減振器打開卸荷閥，此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度vx。后懸架為多連桿懸架，其阻尼系數(shù)為： (27)式中 ψ——相對(duì)阻尼系數(shù)； ms——后懸架簧上質(zhì)量(kg)； ——汽車后懸架固有頻率(Hz)；a——后懸架下橫臂長(zhǎng)度(mm)；b——后懸架上橫臂長(zhǎng)度(mm)。 減振器阻尼系數(shù)設(shè)計(jì) 減振器的阻尼系數(shù)計(jì)算公式為： (24)懸架系統(tǒng)固有頻率為： (25)實(shí)際上，應(yīng)根據(jù)減振器的布置特點(diǎn)確定減振器的阻尼系數(shù)。為避免懸架碰撞車駕，取ψY=。設(shè)計(jì)時(shí)，先選取ψY與ψS的平均值ψ。通常情況下，將壓縮行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)ψY取得小些，伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)ψS取得大些。 相對(duì)阻尼系數(shù)ψ選擇相對(duì)阻尼系數(shù)ψ的物理意義是：減振器的阻尼作用在與不同剛度c和不同簧上質(zhì)量ms的懸架系統(tǒng)匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果。汽車受到不平路面沖擊后，將產(chǎn)生振動(dòng)，這種持續(xù)的振動(dòng)容易使乘員感到不舒適和疲勞，因此懸架中安裝有減振器，使振動(dòng)迅速衰減，以改善汽車的行駛平順性。由計(jì)算知，前懸架彈簧直徑為12mm；后懸架彈簧直徑為14mm。為了緩和這種沖擊力，在汽車行駛系中，除了采用彈性的充氣輪胎以外，還在懸架中裝有彈性元件，使車身(或者車架)和車輪(或者車橋)之間作為彈性聯(lián)系[9]。由于汽車不可能行駛在絕對(duì)平坦的路面上，路面作用于車輪上的垂直反力，往往是沖擊性的。由計(jì)算知：前懸架剛度為： ；后懸架剛度為： 20997N/m。前后懸架fd+fc分別為330mm和287mm，前后懸架皆大約160mm,故前后懸架撓度都設(shè)計(jì)符合要求。懸架的動(dòng)撓度fd是指從滿載經(jīng)平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形時(shí)，車輪中心相對(duì)車架的垂直位移。懸架靜撓度計(jì)算公式為： (21)式中 n——懸架的相應(yīng)偏頻(Hz)。 懸架的工作行程 懸架的工作行程由靜撓度與動(dòng)撓度之和組成，對(duì)于一般轎車而言，懸架總工作行程應(yīng)當(dāng)不小于160mm。 懸架頻率的選擇 對(duì)于大多數(shù)汽車而言，～，由計(jì)算知本設(shè)計(jì)近似取ε=1。 懸架總體設(shè)計(jì)懸架設(shè)計(jì)可以大致分為結(jié)構(gòu)型式及主要參數(shù)選擇和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，有時(shí)還要反復(fù)交叉進(jìn)行。這三部分分別起緩沖、減振和導(dǎo)向作用，共同承擔(dān)傳遞輪胎與車身之間的各種力和力矩的任務(wù)。懸架作為上述各種力和力矩的傳動(dòng)裝置，其傳遞特性的好壞是影響汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性最重要、最直接的因素[8]。第 2 章 懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 懸架的設(shè)計(jì)要求汽車行駛中路面的不平坦、凸起和凹坑使車身在車輪的垂直作用力下起伏波動(dòng)，產(chǎn)生振動(dòng)與沖擊；在加減速及轉(zhuǎn)彎和制動(dòng)時(shí)的傾覆力和側(cè)傾力可使車身產(chǎn)生俯仰和側(cè)傾振動(dòng)。(4)分別繪制懸架總裝圖與重要零件圖。(2)運(yùn)用CATIA建立懸架系統(tǒng)三維模型，校核零件剛度。本課題是以基于大眾集團(tuán)PQ46平臺(tái)的第六代Passat汽車為原型車進(jìn)行研究分析，對(duì)其前后懸架系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。 本課題主要研究?jī)?nèi)容汽車懸架系統(tǒng)在車輛行駛過程在中起著非常的作用，其性能的優(yōu)劣直接影響車輛的平順性與操縱穩(wěn)定性。此外，汽車的主動(dòng)和半主動(dòng)懸架逐漸成為國內(nèi)外懸架技術(shù)研究的熱點(diǎn)，尤其是在懸架參數(shù)的控制方法和控制策略方面，引起了眾多學(xué)者的關(guān)注。因?yàn)槠噾壹芟到y(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)汽車的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性以及汽車零部件的使用壽命等都有十分重要的影響，設(shè)計(jì)中所涉及的因素很多，用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式設(shè)計(jì)出的方案是難以滿足多方面的要求的，優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的出現(xiàn)為這一問題的解決提供了強(qiáng)有力的工具[6]。我國從二十世紀(jì)七十年代中后期開始了機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論、方法和應(yīng)用的研究，并逐漸地將這些研究成果應(yīng)用于汽車工程設(shè)計(jì)之中。與傳統(tǒng)的試算法、表格法、圖算法等設(shè)計(jì)方法相比，優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)可以大大縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，尤其是在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無法涉及的汽車復(fù)雜多體系統(tǒng)的最優(yōu)動(dòng)力學(xué)特性設(shè)計(jì)問題方面[5]。國內(nèi)采用多體動(dòng)力學(xué)研究汽車動(dòng)力學(xué)的工作雖然起步較晚，但發(fā)展還是較快的[4]。二十世紀(jì)八十年代初，不僅有許多通用的軟件可以對(duì)汽車系統(tǒng)進(jìn)行分析計(jì)算，而且還有各種針對(duì)汽車某一類