基于ADAMSCAR前懸架仿真模板

1、操縱穩(wěn)定性是汽車的重要使用性能之一，它不僅影響到汽車駕駛的操縱方便程度，而且 也是決定高速汽車行駛安全的一個重要性能，被稱為“高速車輛的生命線”。因此操縱穩(wěn)定 性日益受到人們的重視。但是傳統的研究分析方法已無法滿足現代汽車的研究要求，現在虛 擬樣機技術作為一項新的產業(yè)技術，己經開始應用到各個領域。本文正是利用動力學仿真軟 件ADAMS研究探討懸架系統對操縱穩(wěn)定性的影響。 本文以汽車的前懸架系統為研究對象，應用ADAM軟件對汽車做仿真優(yōu)化分析。第二章 和第三章詳細的介紹了汽車操縱穩(wěn)定性在國內外發(fā)展狀況及研究成果及ADAM軟件。然后利 用ADAMS/Ca濮塊建立汽車的前懸架系統并對該系統進行模擬仿

2、真分析。 關鍵字 ADAMS/CAR汽車操縱穩(wěn)定前懸架運動學仿真 Abstract Handling and stability is one of the important performance of the car, it not only affects the ease of man ipulati on of motorists, but also determ ine the performa nce of an importa nt high-speed cars with security, known as high-speed vehicles lifeli ne. T

3、herefore, in creas ing han dli ng stability peoples atte nti on. But the traditi onal an alysis methods have bee n un able to meet the research requireme nts of moder n car, and now virtual prototype tech no logy as a new in dustrial tech no logy, had beg un applied to various fields. This article i

4、s the use of dyn amic simulatio n software ADAMS study in vestigated the effect of steeri ng stability of the suspe nsion system. In this paper, the cars front suspe nsion system for the study, applicati on software ADAMS simulati on and optimizati on an alysis of automobile do. The sec ond and thir

5、d chapters detailed description of the vehicle handling and stability at home and abroad and the research and developme nt of ADAMS software. The n use ADAMS / Car module builds the front suspe nsion system of the vehicle and the system simulati on an alysis.| Keywords ADAMS / CAR car front suspe ns

6、ion kin ematics simulatio n steeri ng stability 摘要 Abstract 1 緒論 1.1 課題研究背景 1.2 課題的研究意義與內容 2汽車操縱穩(wěn)定性的介紹 2.1 汽車操縱穩(wěn)定的基本概念 2.1 汽車操縱穩(wěn)定的研究歷史與現狀 3 ADAMS軟件介紹 3.1軟件簡介 3.2 ADAMS模塊簡介 4 基于ADAMS/Car汽車前懸架系統模型的建立 4.1 ADAMS/Car 建模原理 4.2 懸架系統介紹 4.2.1 雙臂獨立式懸架 4.2.2 麥佛遜式獨立懸架 4.3 前懸架系統模型的建立 4.4 本章小結 5 前懸架系統的仿真 5.1 運動學仿

7、真目的 5.2 前懸架系統的運動學仿真 5.2.1 5.3 本章小結 6 總結與展望 參考文獻 致謝 1.1課題研究背景 當今世界汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，汽車已經成為人們日常生活和工農業(yè)生產中不可缺少的重 要交通運輸工具。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和汽車的普及，人們對汽車的要求也越來越高，在獲得 良好的動力性和經濟性的同時，還要求汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。操縱穩(wěn)定 性是影響汽車安全性的主要因素之一，因此如何評價和設計汽車的操縱穩(wěn)定性、獲得良好的 安全性，一直是汽車領域的重要課題。 在這一領域中，基礎車輛動力學模型理論的研究和利用所得模型進行計算機仿真研究都 顯得十分重要。尤其在計算機工業(yè)高度發(fā)達

8、的今天，在計算機上進行仿真分析是一種既現實 又經濟的方法。而我們所建立的汽車模型也經歷了一個從簡單到復雜、從粗糙到精確的過程。 這是因為汽車是一個包含慣性、彈性、阻尼等動力學特性的一個多自由度非線性連續(xù)體振動 系統。而且由于組成汽車的各機械子系統如轉向系統、懸架系統、輪胎等之間的相互禍合作 用，使汽車的動態(tài)特性非常復雜。要想真實地描述汽車的動態(tài)特性，必須考慮盡可能多零件的 運動,得到精確的數學模型。然而，太復雜的模型方程又給求解帶來巨大困難，甚至得不到結 果。因此，各國學者在這一領域中研究的傳統方法是通過試驗或人為地把汽車各子系統加以 簡化，抽取出能夠代表系統或總成特性的本質因素，建立起較簡單

9、的數學、力學模型進行求解 并把求得的結果試驗加以驗證川。 理論研究的發(fā)展和計算機技術的進步，使得虛擬樣機技術應運而生。以多體系統動力學理 論為基礎編寫的大型通用軟件為工程技術人員提供了方便的建模手段。應用大型通用軟件能 自動生成運動學和動力學方程，并利用軟件內部的數學求解器準確的求解，不需要人工建立、 求解方程，編寫程序，因而能夠節(jié)省大量的時間和人力物力，提高工作效率。這對于行業(yè)競爭逐 漸加劇的汽車工業(yè)行業(yè)來說無疑是一大福音。在產品開發(fā)中采用虛擬樣機分析的開發(fā)策略， 成為各大汽車公司縮短產品開發(fā)周期、減少產品開發(fā)費用、提高產品開發(fā)質量，從而提高競 爭能力的主要做法。 隨著CAD/CAE/CAM

10、在汽車產品設計開發(fā)中的廣泛采用，人們逐漸意識到提高產品質量、 縮短產品開發(fā)周期及降低產品開發(fā)最有效的途徑應用數字化功能樣機進行系統水平的設計。 它可以有效地將三維實體模型及應用有限元FEA(Finite Element Analysis)軟件描述的零部件 模態(tài)有機地結合起來，準確地預測機械系統在虛擬實驗室、虛擬場地上進行的各種模擬試驗 的性能。在這一領域美國MSC公司的ADAMS軟件是目前無可基于的汽車操縱穩(wěn)定性仿真 試驗初步研究爭議的領導者 ，是世界上市場占有率最高的機械系統仿真MSS(Mecha nical System Simulation)軟件。汽車的操縱穩(wěn)定性是影響其主動安全性的主要

11、性能之一,而且計算 機仿真技術日益成熟，在這種背景下軟件將越來越廣泛的應用于汽車操縱穩(wěn)定性研究中。 1.2課題的研究意義與內容 SUV (運動型多功能車)通常采用非承載式車身結構，底盤有堅固的車架，使得SUV 在碰撞或者翻車時對乘員有良好的保護作用；同時SUV離地間隙大使得汽車有良好的通 過性能和良好的視野。這些特點使得SUVM有很好的道路適應性和更多的駕駛樂趣，于 是越來越受到大家的歡迎。但是SUV重心高非簧載質量大等缺點使得汽車的操縱穩(wěn)定性 受到很大的影響，使得 SUV的側傾穩(wěn)定性比較差在避讓或轉彎時側翻的事故率很高，這 已經成為生產廠家和交通安全部門一個十分頭疼的問題。據資料統計，在美國

12、，2004 年SUV翻車造成的悲劇在 SUV的各類車禍中占到 61%，是一般轎車翻車事故死亡率的三 倍，所以SUV的安全問題越來越受到人們的關注。 如果采用傳統的設計方法來解決這一問題，也是國內目前普遍采用的方法，就是先分析SUV 產生側翻的原因主要為汽車重心高度、懸架側傾角剛度、側傾中心高度等，然后計算在某一 狀態(tài)下汽車的側傾剛度、側傾中心的一系列的參數，由于汽車的懸架系統是個很復雜的運動 系統，整個運動過程的計算過于繁瑣，這些參數都只能在很小的范圍內保證其準確性，并且 還沒法考慮其系統中的橡膠襯套等元件的變形，往往通過多次試驗才能達到設計要求，并且 通過試驗發(fā)現的問題也很難找到產生問題的原

13、因。于是人們想到了如果利用計算機來解決這 一問題會大大縮短開發(fā)周期，并能提高分析的準確性。 內容還沒有完 2汽車操縱穩(wěn)定性的介紹 2.1 汽車操縱穩(wěn)定的基本概念 汽車操縱穩(wěn)定性，是指在駕駛員不感覺過分緊張、疲勞的條件下，汽車能按照駕駛員通過轉向系 及轉向車輪給定的方向（直線或轉彎）行駛；且當受到外界干擾（路不平、側風、貨物或乘客偏載） 時, 汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的性能。 操縱穩(wěn)定性不僅影響到汽車駕駛的操縱方便程度，而且也是決定高速汽車安全行駛 的一個主要性能，所以被稱為“高速車輛的生命線”。隨著道路條件的不斷改善，汽車在公路上的行駛速 度也不斷提高。因此汽車的高速操縱穩(wěn)定性日益受到人們

14、的重視，如何研究和評價汽車的操縱穩(wěn)定性 ， 以獲得良好的汽車主動安全性也成為一個重要的課題。 2.2 汽車操縱穩(wěn)定的研究歷史與現狀 汽車操縱穩(wěn)定性的研究，是與汽車車速的不斷提高分不開的。早期的低速汽車，還談不上操縱穩(wěn)定性 問題，最早提出操縱穩(wěn)定性的問題是在具有較高車速的賽車上。后來，隨著車速的不斷提高，在轎車、大 客車和載重汽車上也都不同程度地出現了類似的問題。操縱穩(wěn)定性不好的汽車通常會有“飄”、“反應 遲鈍”、“晃”、“喪失路感”和“失去控制”等現象。 在國外，二十世紀三十年代才開始對汽車的操縱穩(wěn)定性進行系統的研究。并取得了不少有價值的研 究成果。1925年法國工程師喬治布勞海特發(fā)現了輪胎側

15、偏現象。同時，這一年也建立起了驅動力學的 普遍原理。但由于缺乏對輪胎產生的橫向力的理解，此項理論一直沒有得到全面的應用。1935年Evans 給出了有關輪胎力學特性較為深入的結果，包括輪胎側偏剛度隨著側偏角變化的規(guī)律。 隨后的幾年里，汽車操縱穩(wěn)定性理論的一些重要的基本概念，如不足轉向、過度轉向、臨界車速等已 被汽車工程師們所熟悉。英國的 Lanchester法國的Broulhet開始了車輛獨立懸架的研究，并對轉向運 動學和懸架運動學對車輛性能的影響進行了分析。并月人們開始認識到了輪胎側向力學的重要性。 1934年Olley首先提出車速是一個關鍵因素。固特異輪胎公司根據他們的研究成 果,進行了轉

16、鼓實驗，研究了輪胎特性。1935年,Evans發(fā)表了關于輪胎橫向特性的文 章,并給出了轉向力和回正力矩”。 1956 年 Cornell Aero nautical實驗室的 William F.Millike n,David W.Whitcomb和 Leo nard Segel 發(fā)表了一套較為完整的關于車輛操縱穩(wěn)定性的理論和定量分析的文章。其中很多的理論到現在仍被引 用。在Whitcomb的文章中，他利用兩自由度模型得出了一系列汽車穩(wěn)定性和操縱性方面的結論。由于不 考慮側傾自由度,Whitcomb把汽車簡化成了相當于自行車的兩自由度模型，研究了兩自由度模型的穩(wěn)態(tài) 響應和瞬態(tài)響應。在研究汽車橫擺

17、響應時，引入了穩(wěn)定性因數 K的概念。 在二十世紀60年代以前，對操縱穩(wěn)定性的研究主要以開環(huán)研究為主，所謂開環(huán)研究就是把汽車作為 一個開環(huán)控制系統，求出汽車曲線行駛的時域響應和頻率響應特性，對系統進行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)分析，用橫擺 角速度頻率響應特性、方向盤轉角階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)響應、方向盤轉角階躍輸入下的瞬態(tài)響應、不足轉 向特性和過度轉向特性等來表征汽車的特性。按照這種方法研究汽車操縱穩(wěn)定性，需要建立精確的汽車 動力學模型。之前的開環(huán)研究取得了許多的研究成果，詳細討論了汽車的不足轉向和過度轉向特性分析 了保持汽車行駛方向的穩(wěn)定性條件是臨界車速必須大于汽車最高車速等。其應用的基礎是經典控制理論 依據汽車的

18、穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)分析，使用不足一過度轉向特性和轉向輸入的階躍響應特性，來對汽車的操縱穩(wěn) 定性進行評價。 Martin Goland 和Frederick Jindra 在1961年發(fā)表的文章中用兩個自由度的模型研究了四輪汽車 的操縱性和穩(wěn)定性。他將側傾自由度用作用于輪胎上的垂直載荷來近似模擬，考慮了輪荷轉移效應，并分 析輪胎的力學特性隨著車輪載荷的變化而改變。結果表明操縱穩(wěn)定性隨著質心的變化而變化，并且輪胎 壓力和輪胎寬度都在改變。 1967年，通用公司的R.Thomas Bundorf在文章中討論了汽車參數設計和不足轉向以及特征車速的 關系,并提出如何預測和實際測量車輛的不足轉向特性。他指出特征車

19、速是線性模型的產物；在正常行駛 條件下（橫向加速度小于1/3g）,車輛可由線性模型模擬，并且需要建立大直徑側滑試驗場來測量特征車 速。Bundorf還推導出了在給定設計參數下預測特征車速的表達式。 在日本，自從近藤提出了關于駕駛員對車輛操縱動作的基本觀點以來，藤井、井口、三川等人的研究 中采用了各種傳遞函數來描述駕駛員的操縱和汽車的運動。因為有精確的數學模型，能夠得出精確的數 字解,這些研究工作對車輛的設計、分析和評價車輛性能是很有價值的。電子計算機的發(fā)展和對輪胎側 偏特性的深入研究，使得已經有可能對汽車的動態(tài)響應做出相當全面而逼真的仿真，人們提出了自由度 越來越多的數學力學模型，同時也提出了

20、各種評價指標來評價汽車的操縱穩(wěn)定性。 七十年代初期，EVS研究計劃開始實施，促使人們去研究實用的操縱穩(wěn)定性設計方法。鑒于當時的 駕駛員模型仍處于提高閉環(huán)跟蹤響應的仿真精度的水平，各國研究人員主要采用系統工程學的方法去探 索操縱穩(wěn)定性的評價方法。依據大量的試驗與理論分析，首先指出了穩(wěn)態(tài)響應特性、瞬態(tài)響應特性、回 正特性和側向滑移特性的安全容許范圍或極限，對操縱性進行了客觀評價。從七十年代開始，計算機技術 迅猛發(fā)展，操縱穩(wěn)定性的研究和計算機緊密地結合起來，車輛仿真模型變得更加復雜和真實，對操縱穩(wěn)定 性的研究也更加逼真。先期的仿真工作都在模擬計算機上進行，它能解決實時動力學問題，但其致命缺點 是不能

21、解決非線性問題。70年代早期，工程師設計了在數字和模擬聯合計算機上運行的代碼，使車輛動 力學模型既可實時仿真又可包含非線性因素。具有代表性的工程師有Murpphy Tiffa ny Hick ner。 七十年代中期以后，開始利用駕駛員對汽車直線行駛性能、轉彎性能和轉向輕便性等特性的感覺， 進行主觀評價。主觀評價方法雖然沒有經過理論推導 ,但是由于考慮了駕駛員因素和道路環(huán)境的特點 所以在一定程度上體現了閉環(huán)設計的思想。但由于對汽車的瞬態(tài)響應等特性的主、客觀評價不一致，難 以有效地設計汽車的操縱穩(wěn)定性。 八十年代初，人們從理論和試驗兩方面入手 ，重新開始深入研究人一車閉環(huán)系統。在理論方面，充分 地

22、考慮到人的學習性和適應性 ，建立了許多確定性駕駛員方向控制模型，有效地仿真了人一車閉環(huán)系統 對給定路徑的跟隨過程。在試驗方面，考慮到駕駛員模型的進展程度不能滿足主動安全性閉環(huán)設計的要 求以及安全試驗設計方法只能在樣車試制后采用并受自然條件限制等缺陷，研制了開發(fā)型駕駛模擬器。 這種駕駛模擬器采用先進的實時仿真、數字成像、液壓控制等技術，將真實的人和模型化的汽車相結合， 通過室內計算機仿真代替場地試驗 ，緩和了理論研究的發(fā)展程度與汽車主動安全性閉環(huán)設計要求之間的 矛盾。 九十年代以來，利用開發(fā)型駕駛模擬器進行人一車閉環(huán)系統主動安全性研究，改進汽車運動性能是 國際上近期主要的發(fā)展方向之一。1991年

23、日本馬自達汽車公司興建了運動車型開發(fā)型駕駛員模擬器。 1993年初，美國福特汽車公司也研制出開發(fā)型駕駛員模擬器。我國吉林大學汽車動態(tài)模擬國家重點實驗 室建設成功的開發(fā)型駕駛模擬器也投入使用，現屬世界一流水平。 在我國，汽車操縱穩(wěn)定性研究始于七十年代。清華大學和長春汽車研究所都同時系統地開展了這方 面研究工作。我國開展汽車操縱穩(wěn)定性研究的歷史雖不太長，但吸取了國外的研究成果和經驗，進展較 快。其中，成就最突出的是吉林大學的郭孔輝院士。郭孔輝教授在駕駛員模型、人一車閉環(huán)系統特性及 人一車閉環(huán)系統的定量評價方面做了大量研究工作。他在研究駕駛員一汽車一道路閉環(huán)操縱系統模型且 考慮了影響汽車操縱性的諸多

24、因素的基礎上，提出了物理意義明確的各個單項總方差評價指標，并應用 頻率統計分析方法提出了閉環(huán)系統主動安全性的綜合評價與優(yōu)化設計方法，在工程實際中得到了廣泛應 用。 3 ADAMS軟件介紹 3.1 軟件簡介 ADAMS，即機械系統動力學自動分析(Automatic Dyn amic An alysis of Mecha nical Systems) 該軟件是美國機械動力公司 (Mechanical Dynamics Inc.)(現已并入美國 MSC公司)開發(fā)的虛擬樣機分 析軟件。ADAM已經被全世界各行各業(yè)的數百家主要制造商采用。根據1999年機械系統動態(tài)仿真分析 軟件國際市場份額的統計資料，

25、ADAM歎件銷售總額近八千萬美元、占據了51%勺份額，現已經并入美 國MSC公司。 ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數化的機械系統幾何模型, 建立系統動力學方程，對虛擬機械系統進 其求解器采用多剛體系統動力學理論中的拉格朗日方程方法, 行靜力學、運動學和動力學分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAM軟件的仿真可用于 預測機械系統的性能、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。 ADAMS 一方面是虛擬樣機分析的應用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統進行 靜力學、運動學和動力學分析。另一方面，又是虛擬樣機分析開發(fā)工具，其

26、開放性的程序結構和多種接 口，可以成為特殊行業(yè)用戶進行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發(fā)工具平臺。 3.2 ADAMS模塊簡介 ADAMS軟件由基本模塊、擴展模塊、接口模塊、專業(yè)領域模塊及工具箱5類模塊組成。用戶不僅 可以采用通用模塊對一般的機械系統進行仿真，而且可以采用專用模塊針對特定工業(yè)應用領域的問題進 行快速有效的建模與仿真分析。 Adams是全球運用最為廣泛的機械系統仿真軟件，用戶可以利用 Adams在計算機上建立和測試虛擬 樣機，實現實時在線仿真，了解復雜機械系統設計的運動性能。 MD Adams （MD代表多學科）是在企業(yè)級 MSC SimEnterprise 仿真環(huán)境中與 MD Na

27、stran相互補充， 提供了對于復雜的高級工程分析的完整的仿真環(huán)境，SimE nterprise 是當今最為完整的集成仿真和分 析技術。 MDAdams的發(fā)布完全支持運動-結構耦合仿真，與 MDNastran的雙向集成可以釋放便利地將Adams 的模型輸出到Nastran進行更為詳細的 NVH分析或應力恢復，繼而進行壽命/損傷計算。 MD Adams/Car 應用MD Adams/Car，技術團隊可以快速建立和測試整車和子系統的功能化虛擬樣車。 這可以幫助在車輛研發(fā)過程中節(jié)省時間、降低費用和風險，提升新車設計的品質。通過 MD Adams/Car的仿真環(huán)境，汽車工程師們可以在虛擬環(huán)境中對于不同

28、的路面、不同的 實際條件反復測試他們的設計，從而得到滿意的結果。 MD Adams/Car包含許多的功能模塊用于多學科仿真。 Multidiscipli ne Value多學科價值 多學科的價值在于大大地拓廣了數字分析的能力，MSC勺MD技術是優(yōu)化的涵蓋跨學科/多學科的集 成，可以充分利用現有的高性能計算技術解決大量大規(guī)模的問題。多學科技術聚焦于提升仿真效率、 保 證設計初期設計的有效性、提升品質、加速產品投放市場。 4 基于ADAMS/Car汽車前懸架系統模型的建立 4.1 ADAMS/Car建模原理 DAMS/Car模塊通常的建模程序是：設計人員首先在“Template Budider ”

29、 （模板）下創(chuàng)建所需的 模板，或對已有的模板進行修改以適應建模要求；然后根據建立的模板在Sta ndard In terface （標 準界面）下建立子系統模型，并將子系統模型組裝成系統總成或整車模型；最后根據研究目標對組裝好 的懸架或整車模型給出不同的分析命令，即可進行不同工況下的仿真分析或優(yōu)化設計8。 由于ADAMS/Car模板采用的是自下而上的建模順序（即懸架整車總成模型都是建立于子系統模型基 礎之上，而不同的子系統則需要建立不同的模板），因此，在“Template Builder ”中建立模板是 ADAMS/Car 仿真分析首要的關鍵步驟。 （1）物理模型的簡化 根據物理模型中各零件之

30、間的相對運動關系，定義出各零件的拓撲結構，把沒有相對運動關系 的零件進行整合，定義為“ Ge neral Part ”。 （2）確定“ Hard Point ” （硬點） 硬點即為各零件間連接處的幾何定位點，確定硬點就是在模板坐標系內給出零件之間連接點的 幾何位置。 （3）創(chuàng)建零件 根據硬點位置或零件質心的絕對坐標創(chuàng)建零件，并將實際零件的參數（如質量、轉動慣量、質 心位置等）輸入到相應的對話框中。 注意，零件的三個坐標軸方向必須與絕對坐標系的相應坐標軸平行。 （4）定義“ Mount”（組裝） 系統總成或整車模型都是由多個子系統裝配而成，因而要在各子系統中定義“ Mount”（組裝）， 以方便

31、各子系統模型之間的裝配連接。 （5）創(chuàng)建零件的“ Geometry ” （幾何形體） 在硬點的基礎上建立零件的幾何形體。由于零件的動力學參數已經確定，因此幾何形體對動 力學仿真結果實際上沒有影響4。但在運動學分析中，零件的外形輪廓直接關系到機構的運動干涉。 考慮到模型的直觀性，零件的幾何形狀應盡可能地貼近實際結構。 （6）定義“ Attachment ” （連接） 按照各個零件間的運動關系確定約束類型，通過“Joi nt ” （約束）或“ Bush ing ” （襯套）等將 各零件連接起來，從而構成子系統模板的結構模型。定義連接是正確建模的重要步驟，它直接關系著系 統自由度的合理性。 （7）定

32、義“ Parameter Variable ” （參數變量） 對不同的子系統模板， 通常還需定義相應的參數變量，例如懸架模型中通常需對前輪定位參數進 行定義。 (8) 定義、測試通訊器( Communicator )。 創(chuàng)建、核對與外部連接的通訊器的類型、名稱、對稱性。 4.2 越野車前懸架模型的建立 4.2.1 簡化模型 設懸架模型的絕對坐標系的坐標原點為兩側車輪接地印跡中心點連線之中點，車輛行駛方向為x 軸負向，y軸由坐標原點指向駕駛員右側，z軸符合右手螺旋法則垂直向上。假設前懸架關于整車縱向 中心對稱面對稱，這樣在建模過程中將 type選為left，只需建立半個前懸架模型，另一半模型(包

33、括 零件、硬點、約束)可由 ADAMS/Car自動生成。忽略導向桿件的柔性和變形，假設前懸架是一個多缸體 系統，除了在減振器與車身及控制臂與副車架等連接處定義了“Bushing ” (襯套)的彈性特性之外，系 統各零件及車身均假定為缸體。假設所研究的越野車前后部符合不耦合力學條件，即前后懸架彈簧上質 量的垂向運動相互獨立，無軸荷縱向轉移。簧上質量根據質心位置安比例分配與前、后車架上。 表4-1前懸架簡化模板的約束情況 類型 約束自由度 個數 萬向副 4 2 圓柱副 4 2 球形副 3 2 移動副 5 1 轉動副 5 2 固定副 6 1 點線約束 2 1 由表4-1可知，汽車前懸架的約束方程數目

34、為: (4.1 ) m=4*2+4*2+5*1+5*2+6*1+2* 仁45 汽車前懸架的自由度為： DOF=6*8-m=48-45=3（ 4.2） 汽車懸架共有3個自由度，分別為車輪繞車軸的轉動、車輪繞主銷的轉動和車輪的上下跳動。 4.2.2 確實硬點坐標 表4-2前懸架定位參數 序號 硬點 HardPoi nt x/mm y/mm z/mm 1 驅動軸內支點 drive_shaft_i nr 0 -200 280 2 下控制臂前支點 lca_fr ont -169 -327 233 3 下控制臂外支點 lca_outer 0 -690 220 4 下控制臂后支點 lca_rear 230

35、-342 233 5 上控制臂前支點 uca_fr ont 15 -345 636 6 上控制臂外支點 uca_outer 23 -604 661 7 上控制臂后支點 uca_rear 139 -375 622 8 減振器下女裝點 lwr_strut_m ount 0 -517 226 9 減振器上女裝點 top_m ount 0 -517 636 10 轉向橫拉桿內支點 tierod_ inner 200 -420 336 11 轉向橫拉桿外支點 tierod_outer 150 -720 336 12 車輪中心 wheel_ce nter 0 -750 336 13 副車架前支點 subf

36、rame_fro nt -400 -380 233 14 副車架后支點 subframe_rear 400 -380 233 將硬點坐標輸入到Hardpoint Table 中如圖所示 圖4-1 硬點(hardpoint )坐標 4.2.3生成懸架系統模型 在ADAMS/Car中建立的部件主要包括一般部件和安裝部件。一般部件是指確定了初始位 置、方向、質量、慣量和質心的剛性體，所建模型中主要包含：下控制臂(lower_control_arm )、 轉向節(jié)(upright )、加強臂(yoke)、減振器(strut )、轉向橫拉桿(tierod )等；安裝 部件用于模型內部部件與其他子系統、試驗

37、臺或地面連接，所建模型中主要包含：減振器與 車身子系統連接件(strut_to_body )、轉向橫拉桿與轉向子系統連接 (tierod_to_steeri ng )、 下擺臂與車身子系統連接件(lca_to_body )等。在ADAMS/Car中建立的前懸架系統仿真模 型如圖所示。 圖4-2前懸架仿真模型 4.4本章小結 5前懸架系統的仿真 5.1 運動學仿真的目的 懸架系統可以用來傳遞車輪與車架之間的力與力矩，它的運動學特性影響著汽車 的使用性能，特別是汽車的操縱穩(wěn)定性、轉向輕便性和輪胎的磨損。所以對前懸架系統進行 運動學仿真的目的是考察隨著車輪的跳動，車輪定位參數前輪前束角、車輪外傾角、

38、主銷內 傾角、主銷后傾角、輪距變化等相關參數的變化是否合理。 5.2 前懸架系統的運動學仿真 5.2.1 懸架雙輪同向跳動試驗 對于懸架來說，可以進行很多種仿真，如：雙輪同向跳動 (Parallel Wheel Travel)； 雙輪反向跳動(Oppssite Wheel Travel);單輪跳動(Single Wheel Travel) ;轉向 (Steering);靜載(Static Load);側傾和垂向力(Roll & Vertical Force)等。在這里我進 行的是雙輪同向跳動試驗，這是懸架最常做的試驗之一。仿真過程參數的設置如圖 IE jj Pane & Let IYUM bd

39、lM IA r 站便 i妙1 bJMfi 1b EWdlt LI 圖5-1仿真過程參數 5.2.2 仿真結果分析 仿真前定義的測量函數一前輪的定位參數,在ADAMS/PostProcessor模塊中以曲線圖形 或表格數據的形式輸出，可以清楚的看出車輪上下輪跳動時各種參數的變化。 主銷內傾角 主銷內傾有利于主銷橫向偏移距的減小，從而可減少轉向時駕駛員加在方向盤上的力， 使轉向操縱輕便，同時也可減少從轉向輪傳到方向盤上的沖擊力。內傾角不宜過大，否則在 轉向時，車輪繞主銷轉動的過程中，輪胎與路面之間將產生較大的滑動，增加了輪胎與路面 間摩擦阻力，這不僅使轉向發(fā)沉，而且加速了輪胎的磨損。實際設計時，大致范圍為：7 - 13，希望取較小的數值。從圖可以看出，在車輪跳動過程中，主銷內傾角變化幅度不大， 其變化范圍也較為理想。 Kingpin Incknajon Angk? Wheel Trawl 4