ADAMSCAR環(huán)境下的麥弗遜懸架建模與仿真(共32頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄前 言11 ADAMS/CAR軟件介紹21.1 ADAMS/CAR簡(jiǎn)介31.2 ADAMS/CAR軟件相關(guān)模塊6 1.2.1 懸架設(shè)計(jì)軟件包SD6 1.2.2 概念化懸架模塊CSM7 1.2.3 經(jīng)濟(jì)動(dòng)力學(xué)模型EDM7 1.2.4 駕駛員模塊Driver7 1.2.5 動(dòng)力傳動(dòng)模塊Driveline7 1.2.6 三維路面模塊3D Road7 1.2.7 Solver模塊7 1.2.8Controls模塊9 1.2.9用性分析模塊Durability9 1.2.10Enigine Powered by FEV工具包9 1.2.11 圖形接口模塊Exchange9

2、 1.2.12 Pro/E接口模塊MECHANISM/Pro·9 1.3 ADAMS/CAR的優(yōu)點(diǎn)92 汽車懸架概述112.1 懸架的作用112.2 懸架的分類112.3 懸架的組成112.4麥弗遜懸架的特點(diǎn)132.5麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)分析133 模型的建立16 3.1 物理模型的簡(jiǎn)化16 3.1.1 模型分析16 3.1.2 系統(tǒng)坐標(biāo)系的確立17 3.1.3 模型關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)17 3.1.4 建立仿真模型184 仿真分析20 4.1 ADAMS仿真分析步驟204.2 外傾角224.3 前束角224.4 主銷內(nèi)傾角234.5 主銷后傾角244.6 輪距24結(jié) 論26致 謝27參考文獻(xiàn)28

3、摘 要本文介紹了adams系統(tǒng)的特點(diǎn)、發(fā)展及其應(yīng)用，此基礎(chǔ)上提出數(shù)字化樣機(jī)的概念，并由此引入機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析與仿真，概述了機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析與仿真在數(shù)字化功能樣機(jī)中的重要作用，闡述了機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析與仿真的發(fā)展方向及前沿。并以某車型為例，介紹了基于ADAMS的麥弗遜懸架的運(yùn)動(dòng)仿真。關(guān)鍵詞：ADAMS/ Car，麥弗遜懸架，建模， 仿真AbstractThis paper introduces the characteristics of the system， Adams， the development and application are put forward based on t

4、he concept of digital prototype， thus introducing mechanical system dynamics analysis and simulation， summarizes the mechanical system dynamics analysis and simulation on the important role of digital function prototype， expounds the mechanical system dynamics analysis and simulation development dir

5、ection and front. And with loader as example， the paper introduces the loader working device based on ADAMS of the movement simulation.Key words: ADAMS/Car, McPherson suspension, modeling, simulation 專心-專注-專業(yè)前 言式是當(dāng)今世界用的最廣泛的轎車前懸掛之一。麥弗遜式懸掛由螺旋彈簧、三角形下擺臂組成，絕大部分車型還會(huì)加上橫向穩(wěn)定桿。主要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)就是螺旋彈簧套在減震器上組成，減震器可以避免螺

6、旋彈簧受力時(shí)向前、后、左、右偏移的現(xiàn)象，限制彈簧只能作上下方向的振動(dòng)，并可以用減震器的行程長(zhǎng)短及松緊，來(lái)設(shè)定懸掛的軟硬及性能。 麥弗遜式懸掛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單所以它輕量、響應(yīng)速度快。并且在一個(gè)下?lián)u臂和支柱的幾何結(jié)構(gòu)下能自動(dòng)調(diào)整車輪外傾角，讓其能在過(guò)彎時(shí)自適應(yīng)路面，讓輪胎的接地面積最大化，雖然麥弗遜式懸架并不是技術(shù)含量很高的懸架結(jié)構(gòu)，但麥弗遜式懸掛在行車舒適性上的表現(xiàn)還是令人滿意，不過(guò)由于其構(gòu)造為直筒式，對(duì)左右方向的沖擊缺乏阻擋力，抗點(diǎn)頭作用較差，懸掛剛度較弱，穩(wěn)定性差，轉(zhuǎn)彎側(cè)傾明顯。由于其占用空間小適合小型車以及大部分中型車使用國(guó)內(nèi)常見的廣州、上海通用、一汽等前懸掛均采用了麥弗遜式。 懸架是現(xiàn)代汽車上的

7、重要總成之一，它最主要的功能是傳遞作用在車 輪和車架(或車身)之間的一切力和力矩，并緩和汽車駛過(guò)不平路面時(shí)所產(chǎn)生 的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，以保證汽車的行駛平順性。因此 必須在車輪與車架或車身之間提供彈性聯(lián)接，依靠彈性元件來(lái)傳遞車輪或車 橋與車架或車身之間的垂向載荷，并依靠其變形來(lái)吸收能量，達(dá)到緩沖的目 的。采用彈性聯(lián)接后，汽車可以看作是由懸掛質(zhì)量(即簧載質(zhì)量)、非懸掛質(zhì) 量(即非簧載質(zhì)量)和彈簧 (彈性元件)組成的振動(dòng)系統(tǒng)，承受來(lái)自不平路面、 空氣動(dòng)力及傳動(dòng)系、發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)。為了迅速衰減不必要的振動(dòng)，懸架中還 必須包括阻尼元件，即減振器。此外，懸架中確保車輪與車架或車身之間所 有

8、力和力矩可靠傳遞并決定車輪相對(duì)于車架或車身的位移特性的連接裝置統(tǒng) 稱為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。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，從而在很大程度上提高了整 車的操縱穩(wěn)定性和抗縱傾能力。總之，懸架的設(shè)計(jì)關(guān)系到汽車的操縱穩(wěn)定性、 轉(zhuǎn)向輕便性、行駛舒適性、輪胎壽命以及汽車布置中的運(yùn)動(dòng)干涉等諸多方面。 此次設(shè)計(jì)是對(duì)桑塔納 2000 前獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)。現(xiàn)代汽車懸架的結(jié)構(gòu)形式多種多樣 ,其中以福特公司的工程師 Earel S. Macpherson的名字命名的麥弗遜獨(dú)立懸架是廣泛應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu) ,與其他獨(dú)立懸架相比 ,麥弗遜懸架簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu) ,減小了質(zhì)量 ,還節(jié)省

9、了空間 ,降低了制造成本 ,并且?guī)缀醪徽加脵M向空間 ,有利于車身前部地板的構(gòu)造和發(fā)動(dòng)機(jī)布置 ,這一點(diǎn)在用于緊湊型轎車的前懸架時(shí) ,具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。另外 ,麥弗遜懸架鉸接點(diǎn)的數(shù)目較少;上下鉸點(diǎn)之間有較大的距離 ,下鉸點(diǎn)與車輪接地點(diǎn)之間的距離較小,這對(duì)減少鉸點(diǎn)處的受力有利;彈簧行程較大,當(dāng)車輪跳動(dòng)時(shí),其輪距、前束及車輪外傾角等均改變不大,減輕了輪胎的磨損,也使汽車具有良好的行駛穩(wěn)定性。 現(xiàn)代三維仿真設(shè)計(jì)技術(shù)可以直接應(yīng)用已建立的幾何模型，進(jìn)行二維或三維機(jī)械系統(tǒng)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)分析，可分析機(jī)構(gòu)最小距離、反作用力，圖解合成位移、速度和加速度，繪制運(yùn)動(dòng)軌跡包絡(luò)等。采用多體（剛體和柔體）動(dòng)力學(xué)分析方法進(jìn)行汽車

10、動(dòng)力學(xué)仿真，可在研究階段預(yù)測(cè)整車的動(dòng)力學(xué)性能，對(duì)這些性能進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到提高產(chǎn)品性能、縮短開發(fā)時(shí)間、減少開發(fā)費(fèi)用的目的對(duì)汽車的零部件和整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真和分析，是研究其可靠性、尋求最佳設(shè)計(jì)方案的主要手段。以整車的操縱穩(wěn)定性為例，由于影響因素涉及到輪胎、懸架、轉(zhuǎn)向等多個(gè)方面，簡(jiǎn)單的計(jì)算難以得到合理的結(jié)論，哪怕是定性的結(jié)論往往也不可靠。為此，已開發(fā)出多種機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真軟件。如可以應(yīng)用MSC.ADAMS軟件來(lái)進(jìn)行汽車操縱穩(wěn)定性、汽車行駛平順性的動(dòng)態(tài)仿真。ADAMS中的TIRE模塊提供若干種輪胎模型供分析時(shí)選用，以準(zhǔn)確地建立輪胎的動(dòng)力學(xué)模型。ADAMS中的CAR模塊是專為汽車動(dòng)力學(xué)仿真而設(shè)計(jì)的，使

11、用十分方便。國(guó)內(nèi)已有多家汽車公司利用該軟件進(jìn)行了貨車、轎車、汽車列車和大客車的動(dòng)力學(xué)仿真分析，并取得了較好的效果。論文分為以下幾個(gè)部分，第一部分ADAMS/CAR軟件的介紹，簡(jiǎn)單介紹了ADAMS/CAR軟件,第二部分是懸架的介紹以及麥弗遜懸架的介紹，第三部分是模型的建立，第四部分是仿真以及結(jié)果分析，第五部分就是結(jié)論致謝以及參考文獻(xiàn)。1 ADAMS/CAR軟件介紹1.1 ADAMS/CAR簡(jiǎn)介ADAMS軟件，即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，是美國(guó)MDI公司(Mechanical Dynam

12、ics Inc.)開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。目前，ADAMS己經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。根據(jù)1999年機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析軟件國(guó)際市場(chǎng)份額的統(tǒng)計(jì)資料，ADAMS軟件銷售總額近8千萬(wàn)美元、占據(jù)了51%的份額。ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫(kù)、約束庫(kù)、力庫(kù)，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。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。ADAMS一方面是虛擬樣機(jī)分析

13、的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機(jī)分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開發(fā)工具平臺(tái)。ADAMS軟件有兩種操作系統(tǒng)的版本：UNIX版和Windows NT/2000版。本書將以Windows 2000版的ADAMSl2.0為藍(lán)本。ADAMS軟件由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱5類模塊組成，如表1-1所示。用戶不僅可以采用通用模塊對(duì)一般的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而且可以采用專用模塊針對(duì)特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問(wèn)題進(jìn)行快速有效的建模與仿真分析。表1-1 ADAM

14、S軟件模塊Table 1-1 the ADAMS software modules 基本模塊用戶界面模塊ADAMSView求解器模塊ADAMSSolver后處理模塊ADAMSPostProcessor擴(kuò)展模塊液壓系統(tǒng)模塊ADAMS/Hydraulics振動(dòng)分析模塊ADAMS/Vibration線性化分析模塊ADAMS/Linear高速動(dòng)畫模塊ADAMS/Animation試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析模塊ADAMS/Insight耐久性分析模塊ADAMS/Durability數(shù)字化裝配回放模塊ADAMS/DMU Replay接口模塊柔性分析模塊ADAMS/Flex控制模塊ADAMS/Controls圖形接口模

15、塊ADAMS/ExchangeCATIA專業(yè)接口模塊CAT/ADAMSPro/E接口模塊Mechanical/Pro專業(yè)領(lǐng)域模塊轎車模塊ADAMS/Car懸架設(shè)計(jì)軟件包Suspension Design概念化懸架模塊CSM駕駛員模塊ADAMS/Driver動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模塊ADAMS/Driveline輪胎模塊ADAMS/Tire柔性環(huán)輪胎模塊FTire Module柔性體生成器模塊ADAMS/FBG經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型EDM發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)模塊ADAMS/Engine配氣機(jī)構(gòu)模塊ADAMS/Engine Valvetrain正時(shí)鏈模塊ADAMS/Engine Chain附件驅(qū)動(dòng)模塊Accessory Dr

16、ive Module鐵路車輛模塊ADAMS/RailFORD汽車公司專用汽車模塊ADAMS/Pre（現(xiàn)改名為Chassis）工具箱軟件開發(fā)工具包ADAMS/SDK虛擬試驗(yàn)工具箱Virtual Test Lab虛擬試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析工具箱Virtual Experiment Modal Analysis鋼板彈簧工具箱Leafspring Toolkit飛機(jī)起落架工具箱ADAMS/Landing Gear履帶/輪胎式車輛工具箱Tracked/Wheeled Vehicle齒輪傳動(dòng)工具箱ADAMS/Gear Tool利用ADAMS/Car的數(shù)據(jù)庫(kù)功能，可以有效地選擇襯套、限位塊、減振器等以裝配各個(gè)子系統(tǒng)，

17、節(jié)約用戶每次重復(fù)輸入數(shù)據(jù)的時(shí)間。 通過(guò)高速動(dòng)畫直觀地顯示在各種試驗(yàn)工況下整車動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，并輸出標(biāo)志操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性、乘坐舒適性和安全性的特征參數(shù)，從而減少對(duì)物理樣機(jī)的依賴。ADAMS/CAR是ADAMS系列產(chǎn)品的核心模塊之一，采用以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境，將圖標(biāo)操作、菜單操作、鼠標(biāo)點(diǎn)取操作與交互式圖形建模、仿真計(jì)算、動(dòng)畫顯示、優(yōu)化設(shè)計(jì)、X-Y曲線圖處理、結(jié)果分析和數(shù)據(jù)打印等功能集成在一起。ADAMS/CAR采用簡(jiǎn)單的分層方式完成建模工作。采用Parasolid內(nèi)核進(jìn)行實(shí)體建模，并提供了豐富的零件幾何圖形庫(kù)、約束庫(kù)和力/力矩庫(kù)，并且支持布爾運(yùn)算、支持FORTRAN/77和FORTRAN/9

18、0中的函數(shù)。除此之外，還提供了豐富的位移函數(shù)、速度函數(shù)、加速度函數(shù)、接觸函數(shù)、樣條函數(shù)。自9.0版后，ADAMS/CAR采用用戶熟悉的Motif界面(UNIX系統(tǒng))和Windows界面(NT系統(tǒng))，從而大大提高了快速建模能力。在ADAMS/CAR中，用戶利用TABLE EDITOR，可像用EXCEL一樣方便地編輯模型數(shù)據(jù)，同時(shí)還提供了PLOT BROWSER和FUNCTION BUILDER工具包。DS(設(shè)計(jì)研究)、DOE(實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì))及OPTIMIZE(優(yōu)化)功能可使用戶方地進(jìn)行優(yōu)化工作。ADAMS/CAR新版采用了改進(jìn)的動(dòng)畫/曲線圖窗口，能夠在同一窗口內(nèi)可以同步顯示模型的動(dòng)畫和曲線圖；具有豐

19、富的二維碰撞副，用戶可以對(duì)具有摩擦的二維點(diǎn)曲線、圓曲線、平面曲線、以及曲線曲線、實(shí)體實(shí)體等碰撞副自動(dòng)定義接觸力；具有實(shí)用的Parasolid輸入/輸出功能，可以輸入CAD中生成的Parasolid文件，也可以把單個(gè)構(gòu)件、或整個(gè)模型、或在某一指定的仿真時(shí)刻的模型輸出到一個(gè)Parasolid文件中；具有新型數(shù)據(jù)庫(kù)圖形顯示功能，能夠在同一圖形窗口內(nèi)顯示模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇某一構(gòu)件或約束(運(yùn)動(dòng)副或力)后顯示與此項(xiàng)相關(guān)的全部數(shù)據(jù)；具有快速繪圖功能，繪圖速度是原版本的20倍以上；采用合理的數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)向器，可以在一次作業(yè)中利用一個(gè)名稱過(guò)濾器修改同一名稱中多個(gè)對(duì)象的屬性，便于修改某一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的名稱及其說(shuō)明內(nèi)

20、容；具有精確的幾何定位功能，可以在創(chuàng)建模型的過(guò)程中輸入對(duì)象的坐標(biāo)、精確地控制對(duì)象的位置；多種平臺(tái)上采用統(tǒng)一的用戶界面、提供合理的軟件文檔；支持lntel Windows NT平臺(tái)的快速圖形加速卡，確保ADAMS/CAR的用戶可以利用高性能OpenGL圖形卡提高軟件的性能；命令行可以自動(dòng)記錄各種操作命令，進(jìn)行自動(dòng)檢查。 圖1.1 ADAMS/CAR 模塊界面Figure 1.1 ADAMS/CAR module interface1.2 ADAMS/CAR軟件相關(guān)模塊 圖1.2 ADAMS/CAR軟件相關(guān)模塊Figure 1.2 ADAMS/CAR software related module

21、s1.2.1懸架設(shè)計(jì)軟件包SD Suspension Design中包括以特征參數(shù)（前束、定位參數(shù)、速度）表示的懸架模型。通過(guò)這些特征參數(shù)，設(shè)計(jì)師可以快速確定在任意載荷和輪胎下的輪心位置和方向，在此基礎(chǔ)上，快速建立包括橡膠襯套在內(nèi)的柔體懸架模型。它采用的是全參數(shù)的面板建摸方式。借助懸架模塊，設(shè)計(jì)師可以提出原始的懸架設(shè)計(jì)方案。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整懸架參數(shù)就可以快速確定滿足理想懸架特性的懸架方案。 圖1.3 單輪懸架 圖1.4雙輪懸架 Figure 1.3 single wheel Figure 1.4 double suspensionSuspension Design可以進(jìn)行的試驗(yàn)包括：?jiǎn)屋喖?/p>

22、振試驗(yàn)、雙輪同向激振試驗(yàn)、雙輪反向激振試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向試驗(yàn)和靜載試驗(yàn)等。輸出的參數(shù)包括39種標(biāo)準(zhǔn)懸架特性參數(shù)。1.2.2概念化懸架模塊CSM CSM是一個(gè)選裝模塊，可以是ADAMS/CAR的一部分，也可以單獨(dú)使用。利用CSM，通過(guò)預(yù)先定義懸架運(yùn)動(dòng)時(shí)或受外力作用時(shí)車橋的軌跡，可以在ADAMS/CAR中實(shí)現(xiàn)懸架的運(yùn)動(dòng)分析。利用CSM，不需要建立詳細(xì)的多體懸架模型，就可以研究系統(tǒng)級(jí)的車輛動(dòng)力學(xué)性能。由于特征文件.SCF中不包含任何相關(guān)的幾何信息，所以CSM模型不但可以與他人共享懸架特征文件，而且不必?fù)?dān)心泄密。 另外，使用CSM可以在同一個(gè)車輛裝配中把概念懸架與多體懸架相結(jié)合使用。也可以通過(guò)表格數(shù)據(jù)（二維或

23、三維的樣條函數(shù)）或三元多項(xiàng)式系數(shù)定義懸架特征曲線。從ADAMS/CAR多體懸架分析中可自動(dòng)產(chǎn)生懸架特性 .SCF文件。用戶可以如同懸架設(shè)計(jì)模塊一樣進(jìn)行整車的仿真分析。 SD與CSM的區(qū)別： SD需要建立詳細(xì)的多體懸架模型，或者是借助已有的多體懸架模型進(jìn)行改進(jìn)。CSM不需要建立詳細(xì)的多體懸架模型，只注重懸架布局的最終結(jié)果。1.2.3經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型EDM虛擬樣機(jī)功能的巨大發(fā)展，應(yīng)歸功于MDI公司與MTS系統(tǒng)公司共同開發(fā)的EDM模塊。利用EDM，可快速建立基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的高精度彈性件模型，特別是在設(shè)計(jì)復(fù)雜的懸架、阻尼器、襯套和輪胎等。1.2.4駕駛員模塊DriverADAMS/Driver是一個(gè)可選模

24、塊，是在德國(guó)的IPG-Driver基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)二次開發(fā)形成的成熟產(chǎn)品。利用該模塊，可以提高車輛動(dòng)力學(xué)仿真的真實(shí)感，特別使用與裝備有各種正負(fù)反饋的智能系統(tǒng)（例如：ABS、4WS、CCS）的汽車。1.2.5 動(dòng)力傳動(dòng)模塊Driveline使用ADAMS/Driveline，可以方便的建立整車的傳動(dòng)系統(tǒng)，以研究傳動(dòng)系與懸架的相互作用。動(dòng)力傳動(dòng)模塊提供了一系列的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，可以做前輪驅(qū)動(dòng)，后輪驅(qū)動(dòng)及四輪驅(qū)動(dòng)，力矩轉(zhuǎn)移、分配、陀螺效應(yīng)和平衡效應(yīng)、軸承動(dòng)力學(xué)和彈性、以及部件級(jí)的噪聲和振動(dòng)激勵(lì)等分析。1.2.6 三維路面模塊3D Road應(yīng)用ADAMS/3D Road模塊，用戶可以方便地建立三維光滑的路面，例如

25、：多層停車場(chǎng)，賽車跑道和高速公路。 1.2.7 Solver模塊ADAMS/Solver 是一個(gè)自動(dòng)建立并解算用于機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真方程的，快速、穩(wěn)定的數(shù)值分析工具?？梢詫?duì)以機(jī)械部件、控制系統(tǒng)和柔性部件組成的多域問(wèn)題進(jìn)行分析。ADAMS/Solver支持多種分析類型，其中包括運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)、準(zhǔn)靜力學(xué)、線性或非線性動(dòng)力學(xué)分析。它可以提供多種積分方法以有效的進(jìn)行方程解算。ADAMS/Solver可以用戶化。方便的使用用戶子程序建立特定的用戶模型。1.2.8 Controls 模塊Controls模塊是CAR模塊的一個(gè)可選裝模塊。使用Controls，用戶可以將基于幾何外形的ADAMS完整系統(tǒng)模型方便

26、地放到所使用的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件（例如EASY5， MATLAB or MATRIXx等）所定義的框圖中。 Controls 提供的工具可以將Matlab 輸出的C代碼輸入進(jìn)ADAMS中，這樣就可以方便的在ADAMS統(tǒng)一環(huán)境中進(jìn)行仿真。由于充分考慮了控制系統(tǒng)的行為，用Controls 和控制軟件聯(lián)合求解所得的結(jié)果是真實(shí)而準(zhǔn)確的。1.2.9 耐用性分析模塊Durability 耐用性試驗(yàn)是產(chǎn)品開發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵步驟，主要解決這樣一個(gè)問(wèn)題：“機(jī)構(gòu)何時(shí)報(bào)廢或零件何時(shí)失效？”疲勞測(cè)試是產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。疲勞特性往往與一些其他的設(shè)計(jì)屬性，例如操縱穩(wěn)定性，行駛性和NVH（噪聲，振動(dòng)粗糙度），相矛盾。 使用

27、ADAMS/Durability，可以找到這些因素的平衡點(diǎn)，但又不象傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)菢雍馁M(fèi)大量的時(shí)間。1.2.10 Engine powered by FEV工具包ADAMS/Engine powered by FEV 是一個(gè)工具包， 具有建立并仿真功能化數(shù)字發(fā)動(dòng)機(jī)的功能。 通過(guò)仿真分析，在最短時(shí)間內(nèi)獲得可靠、有效和功率強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)。1.2.11圖形接口模塊ExchangeADAMS/Exchange為ADAMS與其他CAD/CAM/CAE軟件之間的數(shù)據(jù)交換提供了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的接口，實(shí)現(xiàn)雙向傳輸。1.2.12Pro/E接口模塊MECHANISM/Pro使用MECHANISM/Pro，用戶可以方便的將

28、Pro/ENGINEER的數(shù)據(jù)和幾何外形用于機(jī)構(gòu)仿真中。 二者采用無(wú)縫連接的方式。Driveline、Vibration、Controls、Durability、AutoFlex通過(guò)ADAMS/CAR界面中的Tools下的Plugins下拉菜單加載選裝。1.3 ADAMS/CAR的優(yōu)點(diǎn)相對(duì)傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)開發(fā)，使用ADAMS及其CAR模塊，可以在如下方面收到明顯效果：1)分析時(shí)間由數(shù)月減少為數(shù)日；2)降低工程制造和測(cè)試費(fèi)用；3)在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，完善設(shè)計(jì)方案；4)在產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中，減少所需的物理樣機(jī)數(shù)量；5)當(dāng)進(jìn)行物理樣機(jī)測(cè)試有危險(xiǎn)、費(fèi)時(shí)和成本高時(shí)，可利用虛擬樣機(jī)進(jìn)行分

29、析和仿真；6)縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期 。福特汽車公司在一個(gè)新車型的開發(fā)過(guò)程中采用此項(xiàng)技術(shù)，設(shè)計(jì)周期縮短了70天。全公司范圍內(nèi)，由于采用了這項(xiàng)技術(shù)，設(shè)計(jì)費(fèi)用減少了4000萬(wàn)美元，制造費(fèi)用節(jié)省了10億美元。由于設(shè)計(jì)制造周期的縮短，新車上市早，額外贏利達(dá)到其成本的數(shù)倍。在車輛動(dòng)力學(xué)研究的歷史長(zhǎng)廊中，對(duì)汽車的建模與仿真始終是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。汽車本身是一個(gè)由各種力學(xué)鉸鏈和彈性元件構(gòu)成的復(fù)雜的多體系統(tǒng)，加上實(shí)際工況的復(fù)雜性，這給車輛動(dòng)力學(xué)的研究提出了許多挑戰(zhàn)。最初由于計(jì)算機(jī)硬件與軟件方面的限制，人們不得不對(duì)汽車進(jìn)行簡(jiǎn)化，采用經(jīng)典力學(xué)方法，手工推導(dǎo)其動(dòng)力學(xué)方程，手工編制程序，從最初的兩自由度到十幾自由度。這種經(jīng)典

30、方法對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)的研究起了非常重要的作用，特別是在車輛動(dòng)力學(xué)的理論研究方面起了奠基作用。但這種方法均是不同程度對(duì)汽車進(jìn)行某種簡(jiǎn)化下得出的，這使汽車的許多特性無(wú)法精確得到，如在汽車的某種工況下所有鉸鏈的受力情況。 雖然多體分析商品化軟件能夠解決車輛動(dòng)力學(xué)中的模型的復(fù)雜性和精確性，但其本身應(yīng)用也有一些問(wèn)題。由于將汽車考慮為一復(fù)雜的多體系統(tǒng)，與經(jīng)典方法相比建模的工作量明顯增加，而且建模者需有較強(qiáng)的力學(xué)背景知識(shí)，加上車輛動(dòng)力學(xué)的各種工況的復(fù)雜性，以及建模中輸入變量、輸出變量的復(fù)雜性，以及不同模型的變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等問(wèn)題，使一般的產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員較難直接應(yīng)用多體通用程序進(jìn)行虛擬樣機(jī)模擬來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。因此國(guó)外的汽

31、車公司均在多體商品化軟件基礎(chǔ)上開發(fā)有自己特色的虛擬樣機(jī)仿真系統(tǒng)，如福特公司的ADAMS/PRE，ISUZU公司的ADAMS/ISUZU，大約28個(gè)主要汽車。 公司擁有在ADAMS基礎(chǔ)上二次開發(fā)的專用仿真系統(tǒng)，其用戶界面十分友好，一般產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員均可直接使用，大大提高了仿真的工作效率。 ADAMS本身是一個(gè)通用多體分析程序，如果直接利用ADAMS構(gòu)造汽車的整車模型，則十分繁復(fù)，針對(duì)這種情況，MDI公司先后就汽車工業(yè)特點(diǎn)開發(fā)了ADAMS/Vehicle 和ADAMS/Car，ADAMS/Vehicle 是一個(gè)懸架仿真程序，不能完成整車的動(dòng)力學(xué)仿真。ADAMS/Car是針對(duì)整車仿真開發(fā)的一個(gè)平臺(tái)，借

32、助這個(gè)平臺(tái)可以更容易地二次開發(fā)各具特點(diǎn)的整車仿真程序。ADAMS擁有一個(gè)強(qiáng)有力的軟件開發(fā)工具包SDK。SDK使用流行的C或C+語(yǔ)言作為編程接口環(huán)境，利用它用戶可以把運(yùn)動(dòng)仿真功能完全集成到自己的軟件包中，也可以為已有的產(chǎn)品進(jìn)行二次開發(fā)，增加更強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)仿真能力。ADAMS/View本身在開發(fā)整車仿真系統(tǒng)時(shí)雖沒有ADAMS/Car方便，但其有相當(dāng)強(qiáng)的開放性，其模型開發(fā)語(yǔ)言macro功能十分強(qiáng)大。我們可以借鑒ADAMS/Car的特點(diǎn)，在ADAMS/View的基礎(chǔ)上自主開發(fā)一個(gè)專用整車仿真系統(tǒng)-整車操縱穩(wěn)定性多工況自動(dòng)仿真系統(tǒng)。其輸入界面面向設(shè)計(jì)師，讓設(shè)計(jì)師輸入最少的數(shù)據(jù)量，讓大量的建模工作由程序后臺(tái)實(shí)

33、現(xiàn)，盡量減少人的干預(yù)，最大限度地降低使用者對(duì)ADAMS的要求。同時(shí)該程序應(yīng)能根據(jù)研究的需要可改變模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可仿真穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、直線制動(dòng)及轉(zhuǎn)彎制動(dòng)等工況。使用該系統(tǒng)，以提高建模、仿真速度，同時(shí)使ADAMS的應(yīng)用面擴(kuò)大。使產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員可自接使用，為今后真正實(shí)現(xiàn)并行工程打下了基礎(chǔ)?，F(xiàn)代汽車懸架的結(jié)構(gòu)形式多種多樣 ，其中以福特公司的工程師 Earel S. Macpherson的名字命名的麥弗遜獨(dú)立懸架是廣泛應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu) ，與其他獨(dú)立懸架相比 ，麥弗遜懸架簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu) ，減小了質(zhì)量 ，還節(jié)省了空間 ，降低了制造成本 ，并且?guī)缀醪徽加脵M向空間 ，有利于車身前部地板的構(gòu)造和發(fā)動(dòng)機(jī)布置 ，這一點(diǎn)在用于緊

34、湊型轎車的前懸架時(shí) ，具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。另外 ，麥弗遜懸架鉸接點(diǎn)的數(shù)目較少;上下鉸點(diǎn)之間有較大的距離 ，下鉸點(diǎn)與車輪接地點(diǎn)之間的距離較小，這對(duì)減少鉸點(diǎn)處的受力有利;彈簧行程較大，當(dāng)車輪跳動(dòng)時(shí)，其輪距、前束及車輪外傾角等均改變不大，減輕了輪胎的磨損，也使汽車具有良好的行駛穩(wěn)定性。ADAMS/CAR是 MDI公司與 Audi、BMW、Renault和 Volvo等公司合作開發(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)。采用的用戶的特殊使用要求 ，并使常用的或是重復(fù)的設(shè)計(jì)任務(wù)自動(dòng)化 ，提高設(shè)計(jì)效率化界面是根據(jù)汽車工程師的習(xí)慣而專門設(shè)計(jì)

35、的 ，包括整車動(dòng)力學(xué)模塊( Vehicle Dynamics )和懸架設(shè)計(jì)模塊(Suspension Design )。對(duì)于懸架系統(tǒng)來(lái)說(shuō) ， ADAMSCAR在仿真結(jié)束后 ，可自動(dòng)計(jì)算出 30多種懸架特性根據(jù)這些常規(guī)的懸架特性 ，用戶又可定義出更多的懸架特性 ，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員完全可以通過(guò)這些特性曲線來(lái)對(duì)懸架進(jìn)行綜合性能的評(píng)價(jià)和分析2。ADAMS/ Insight模塊能很方便地進(jìn)行試驗(yàn)分析 ，同汽車動(dòng)力學(xué)方面最普遍的分析軟件 ADAMS無(wú)縫集成;能精確地預(yù)測(cè)所設(shè)計(jì)的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)在各種工作條件下的性能并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果提供專業(yè)化的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。為了分析某國(guó)產(chǎn)微型轎車前懸架的性能 ，本文借助 ADAMS/CAR

36、模塊 ，構(gòu)建該懸架的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 ，使用 ADAMS/ Insight模塊進(jìn)行仿真分析及優(yōu)化 ，最終達(dá)到改善懸架性能的目的。2汽車懸架概述2.1 懸架的作用汽車懸架是汽車重要的組成部分，它是連接車輪與車架的彈性傳力裝置。不僅承受作用在車輪和車體之間的力，還可以吸收與緩和汽車在不平的路面上行駛時(shí)，所產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊，從而提高乘坐的舒適性，延長(zhǎng)機(jī)件的壽命。懸架由彈性元件，導(dǎo)向裝置與減振器等三種功能元件和機(jī)構(gòu)組成。根據(jù)汽車兩側(cè)車輪是否相關(guān)聯(lián)，分為非獨(dú)立懸架與獨(dú)立懸架兩種。2.2 懸架的分類（1）非獨(dú)立式懸架兩側(cè)車輪安裝于一根整體式車橋上，車橋通過(guò)懸掛與車架相連。這種懸掛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳力可靠，但兩輪受沖擊

37、震動(dòng)時(shí)互相影響。當(dāng)汽車行駛在左右傾斜的凸凹面上時(shí)。非獨(dú)立懸架車輛的車體發(fā)生明顯的傾斜。而且由于非懸掛質(zhì)量較重，懸掛的緩沖性能較差，行駛時(shí)汽車振動(dòng)，沖擊較大。該懸掛一般多用于載重汽車、普通客車和一些其他車輛上。（2）獨(dú)立式懸架汽車的每個(gè)車輪單獨(dú)通過(guò)一套懸掛安裝于車身或者車橋上，車橋采用斷開式，中間一段固定于車架或車身上;此種懸掛兩邊車輪受沖擊時(shí)互不影響，而且由于非懸掛質(zhì)量較經(jīng)，緩沖與減震能力很強(qiáng)，乘坐舒適。各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于非獨(dú)立式懸掛，但該懸掛結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且還會(huì)使驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向系變得復(fù)雜起來(lái)。采用此種懸掛的轎車、客車及載人車輛，可明顯提高乘坐舒適性，并且在高速行駛時(shí)提高汽車的行駛穩(wěn)定性。而越野車輛、

38、軍用車輛和礦山車輛，在壞路和無(wú)路的情況下，可保證全部車輪與地面的接觸，提高汽車的行駛穩(wěn)定性和附著性，發(fā)揮汽車的行駛速度。獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)分有橫臂式、縱臂式、燭式、麥克弗遜式等多種，其中燭式和麥克弗遜形狀相似，兩者都是將螺旋彈簧與減振器組合在一起，但因結(jié)構(gòu)不同又有重大區(qū)別。燭式采用車輪沿主銷軸方向移動(dòng)的懸架形式，形狀似燭形而得名。特點(diǎn)是主銷位置和前輪定位角不隨車輪的上下跳動(dòng)而變化，有利于汽車的操縱性和穩(wěn)定性麥克弗遜式是絞結(jié)式滑柱與下橫臂組成的懸架形式，減振器可兼做轉(zhuǎn)向主銷，轉(zhuǎn)向節(jié)可以繞著它轉(zhuǎn)動(dòng)_特點(diǎn)是主銷位置和前輪定位角隨車輪的上下跳動(dòng)而變化，這點(diǎn)與燭式懸架正好相反。這種懸架構(gòu)造簡(jiǎn)單，布置緊湊，前

39、輪定位變化小，具有良好的行駛穩(wěn)定性所以，目前轎車使用最多的獨(dú)立懸架是麥弗遜式懸架2.3 懸架的組成 現(xiàn)代汽車的懸架盡管各有所不同的結(jié)構(gòu)型式，但一般都是由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)部分組成，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在輕型汽車中，也是連接車架或車身與車橋的結(jié)構(gòu)，除了傳遞作用力外，還能夠使車架(或車身)隨車輪，按照一定的軌跡運(yùn)動(dòng)。這三部分分別起緩沖，減振和力的傳遞作用轎車土來(lái)講，彈性元件多采用螺旋彈簧，它只承受垂直載荷，緩和不平路面對(duì)車體的沖擊，具有占用空間小，質(zhì)量小，無(wú)需潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)，但沒有減振作用，在車架(或車身)與車橋(或車輪)之間作彈性聯(lián)系，起到承受沖擊的作用采用減振器是為了吸收振動(dòng)，使汽車車身振動(dòng)迅速衰弱(

40、振幅迅速減小)，使車身達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。減振器指液力減振器，是為了加速衰減車身的振動(dòng)，它是懸架機(jī)構(gòu)中最精密和復(fù)雜的機(jī)械件。傳力裝置是指車架的上下擺臂等叉形剛架、轉(zhuǎn)向節(jié)等元件，用來(lái)傳遞縱向力，側(cè)向力及力矩，并保證車輪相對(duì)于車架(或車身)有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。彈性元件的種類(l)鋼板彈簧:由多片不等長(zhǎng)和不等曲率的鋼板疊合而成。安裝好后兩端自然向上彎曲。鋼板彈簧除具有緩沖作用外，還有一定的減震作用，縱向布置時(shí)還具有導(dǎo)向傳力的作用，非獨(dú)立懸掛大多采用鋼板彈簧做彈性元件，可省去導(dǎo)向裝置和減震器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。(2)螺旋彈簧:只具備緩沖作用，多用于轎車獨(dú)立懸掛裝置。由于沒有減震和傳力的功能，還必須設(shè)有專門的減震器

41、和導(dǎo)向裝置。(3)油氣彈簧:以氣體作為彈性介質(zhì)，液體作為傳力介質(zhì)，它不但具有良好的緩沖能力，還具有減震作用，同時(shí)還可調(diào)節(jié)車架的高度，適用于重型車輛和大客車使用。(4)扭桿彈簧;將用彈簧桿做成的扭桿一端固定于車架，另一端通過(guò)擺臂與車輪相連，利用車輪跳動(dòng)時(shí)扭桿的扭轉(zhuǎn)變形起到緩沖作用，適合于獨(dú)立懸掛使用。減震器多采用筒式減震器，利用油液在小孔內(nèi)的節(jié)流作用來(lái)消耗振動(dòng)能量。減震器的上端與車身或者車架相連，下端與車橋相連。多數(shù)為壓縮和伸張行程都能起作用的雙作用減震器，減振器是懸架的阻尼元件。它可將車輪與車身相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能部分地轉(zhuǎn)變?yōu)橛鸵夯蚰Σ帘砻娴臒崮懿⑸l(fā)出去。從而迅速衰弱振動(dòng)?，F(xiàn)代轎車的懸架都有減振

42、器。當(dāng)轎車在不平坦的道路上行駛，車身會(huì)發(fā)生振動(dòng)，減振器能迅速衰減車身的振動(dòng)，利用本身的油液流動(dòng)的阻力來(lái)消耗振動(dòng)的能量。當(dāng)車架與車軸相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的油液會(huì)通過(guò)一些窄小的孔、縫等通道反復(fù)地從一個(gè)腔室流向另一個(gè)腔室，這時(shí)孔壁與油液間的摩擦和油液內(nèi)的分子間的摩擦形成了對(duì)車身振動(dòng)的阻力，這種阻力工程上稱為阻尼力。阻尼力會(huì)將車身的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，并被油液和殼體所吸收。人們?yōu)榱烁玫貙?shí)現(xiàn)轎車的行駛平穩(wěn)性和安全性，將阻尼系數(shù)不固定在某一數(shù)值上，而是能隨轎車運(yùn)行的狀態(tài)而變化，使懸架性能總是處在最優(yōu)的狀態(tài)附近。因此;有些轎車的減振器是可調(diào)式的，將阻尼分成兩級(jí)或三級(jí)，根據(jù)傳感器信號(hào)自動(dòng)選擇所需要的阻尼級(jí)。導(dǎo)

43、向裝置獨(dú)立懸掛上的彈性元件，大多只能傳遞垂直載荷而不能傳遞縱向力和橫向力，必須另設(shè)導(dǎo)向裝置。如上、下擺臂和縱向、橫向穩(wěn)定器等。汽車懸架的彈性元件有鋼板彈簧，螺旋彈簧等輕型汽車的懸架一般很軟，它可以提高汽車的平順性為減少傾斜并提高剛性，通常設(shè)置橫向穩(wěn)定桿。導(dǎo)向裝置可控制車輪相對(duì)車身按設(shè)定的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并在車輪與車架之間傳遞力和力矩。2.4 麥弗遜懸架的特點(diǎn)麥弗遜懸架一般用于轎車的前輪。簡(jiǎn)單地說(shuō)，麥弗遜懸掛的主要結(jié)構(gòu)即是由螺旋彈簧加上減震器組成，減震器可以避免螺旋彈簧受力時(shí)向前、后、左、右偏移的現(xiàn)象，限制彈簧只能作上下方向的振動(dòng)，并可以用減震器的行程長(zhǎng)短及松緊，來(lái)設(shè)定懸掛的軟硬及性能。麥弗遜是個(gè)

44、人名，麥弗遜式懸架系統(tǒng)與其它懸架系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，占用空間少，性能優(yōu)越等特點(diǎn)。該懸架還具有較為合理的運(yùn)動(dòng)特性，能夠保證整車性能要求。因此這種麥弗遜懸架在前置驅(qū)動(dòng)的轎車和微型汽車上有著廣泛的應(yīng)用。被譽(yù)為經(jīng)典的設(shè)計(jì)。雖然麥弗遜懸掛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(kuò)大車內(nèi)乘坐空間，但也由于其構(gòu)造為直筒式，對(duì)左右方向的沖擊缺乏阻擋力，抗剎車點(diǎn)頭作用較差。麥弗遜懸掛是因應(yīng)前置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)(FF)車型的出現(xiàn)而誕生的。FF車型不僅要求發(fā)動(dòng)機(jī)要橫向放置，而且還要增加變速箱、差速器、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)，以往的前懸掛空間不得不加以壓縮并大幅刪掉，因此工程師才設(shè)計(jì)出節(jié)省空間、成本低的

45、麥弗遜懸掛，符合汽車需求?，F(xiàn)在一般轎車的前后懸掛基本都是麥弗遜式或其變型。該懸架系統(tǒng)一大特點(diǎn)是:為了保證系統(tǒng)合理地受力，延長(zhǎng)減振器的壽命并滿足使用性能要求，在布置上采用主銷中心線，減振器中心線以及彈簧中心線不共線的形式。這一布置形式?jīng)Q定了其運(yùn)動(dòng)規(guī)律與其它的懸架系統(tǒng)的不同。一般地，在其它懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，對(duì)應(yīng)于不同的車輪跳動(dòng)位置，各點(diǎn)至主銷中心的距離不變。而在三線不共線的麥弗遜式懸架系統(tǒng)中，對(duì)應(yīng)于不同的車輪跳動(dòng)位置，各點(diǎn)至主銷中心線的距離是變化的。輕型轎車中的麥弗遜懸架是典型的空間機(jī)構(gòu).因此，這種結(jié)構(gòu)形式較其余懸架在一定的程度上減少了滑動(dòng)摩擦。螺旋彈簧套在筒式減振器的外面。主銷的軸線通過(guò)上下鉸鏈中

46、心。當(dāng)車輪上下跳動(dòng)時(shí)，因減振器的下支點(diǎn)隨橫擺臂的擺動(dòng)，故主銷軸線的角度是變化的。這說(shuō)明車輪是沿著擺動(dòng)的主銷軸線而運(yùn)動(dòng)。因此，這種懸架在變形時(shí)，使得主銷的定位角和輪距都有些變化。然而如果適當(dāng)調(diào)整桿系的結(jié)構(gòu)的布置，可以使車輪的這些定位參數(shù)變化極小。該懸架的突出優(yōu)點(diǎn)是增大了兩輪內(nèi)側(cè)的空間，便于發(fā)動(dòng)機(jī)和其它一些部件的布置，因此，多用在前置前驅(qū)動(dòng)的轎車和微型汽車上。 2.5 麥弗遜懸架的結(jié)構(gòu)分析由于麥弗遜懸架是各個(gè)零件組成，在懸架機(jī)構(gòu)分析中采用空間機(jī)構(gòu)分析。機(jī)構(gòu)都是由構(gòu)件組成的。構(gòu)件不同于零件，前者是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的概念，而后者是機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)和機(jī)械制造理論的概念:一個(gè)構(gòu)件可以是一個(gè)零件，也可以是由幾個(gè)甚至很多

47、零件組成。在機(jī)構(gòu)學(xué)中一般認(rèn)為構(gòu)件是剛性，彈性和彈性體不是為構(gòu)件，這與多體運(yùn)動(dòng)學(xué)中把它們視為是不同的。構(gòu)件和構(gòu)件是由運(yùn)動(dòng)副連接成運(yùn)動(dòng)鏈。運(yùn)動(dòng)副是構(gòu)件的一種活動(dòng)連接，它即限制所連接的兩個(gè)構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(即提供一定的約束)，又保留了構(gòu)件間的一定相討運(yùn)動(dòng)，所保留的獨(dú)立相對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)目為運(yùn)動(dòng)副的自由度。運(yùn)動(dòng)副按照其接觸情況分為高副和低副。高副所連接的兩個(gè)構(gòu)件成點(diǎn)接觸或線接觸，在接觸區(qū)域副元素的幾何輪廓是不重合的。低副所連接的兩個(gè)構(gòu)件成面接觸或線接觸，在接觸區(qū)域副元素的幾何輪廓是重合的。車架與橫擺臂是轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)連接:橫擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)總成(包括減振器筒體)是球副(S)連接;減振器桿與轉(zhuǎn)向節(jié)總成(包括減振器筒體)

48、是圓柱副(C);減振器桿與車架是球副(S)連接。麥弗遜式懸架是閉式空間機(jī)構(gòu)，機(jī)架就是車身，沒有原動(dòng)件，只是行駛過(guò)程中.由于車輪的上下跳動(dòng)，帶動(dòng)麥弗遜式懸架機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向節(jié)和橫擺臂被動(dòng)地運(yùn)動(dòng)。 式是當(dāng)今世界用的最廣泛的轎車前懸掛之一。麥弗遜式懸掛由螺旋彈簧、三角形下擺臂組成，絕大部分車型還會(huì)加上橫向穩(wěn)定桿。主要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)就是螺旋彈簧套在減震器上組成，減震器可以避免螺旋彈簧受力時(shí)向前、后、左、右偏移的現(xiàn)象，限制彈簧只能作上下方向的振動(dòng)，并可以用減震器的行程長(zhǎng)短及松緊，來(lái)設(shè)定懸掛的軟硬及性能。 麥弗遜式懸掛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單所以它輕量、響應(yīng)速度快。并且在一個(gè)下?lián)u臂和支柱的幾何結(jié)構(gòu)下能自動(dòng)調(diào)整車輪外傾角，讓其能在

49、過(guò)彎時(shí)自適應(yīng)路面，讓輪胎的接地面積最大化，雖然麥弗遜式懸架并不是技術(shù)含量很高的懸架結(jié)構(gòu)，但麥弗遜式懸掛在行車舒適性上的表現(xiàn)還是令人滿意，不過(guò)由于其構(gòu)造為直筒式，對(duì)左右方向的沖擊缺乏阻擋力，抗點(diǎn)頭作用較差，懸掛剛度較弱，穩(wěn)定性差，轉(zhuǎn)彎側(cè)傾明顯。由于其占用空間小適合小型車以及大部分中型車使用國(guó)內(nèi)常見的廣州、上海通用、一汽等前懸掛均采用了麥弗遜式。 懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它最主要的功能是傳遞作用在車 輪和車架(或車身)之間的一切力和力矩，并緩和汽車駛過(guò)不平路面時(shí)所產(chǎn)生 的沖擊，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，以保證汽車的行駛平順性。因此 必須在車輪與車架或車身之間提供彈性聯(lián)接，依靠彈性元件來(lái)

50、傳遞車輪或車 橋與車架或車身之間的垂向載荷，并依靠其變形來(lái)吸收能量，達(dá)到緩沖的目 的。采用彈性聯(lián)接后，汽車可以看作是由懸掛質(zhì)量(即簧載質(zhì)量)、非懸掛質(zhì) 量(即非簧載質(zhì)量)和彈簧 (彈性元件)組成的振動(dòng)系統(tǒng)，承受來(lái)自不平路面、 空氣動(dòng)力及傳動(dòng)系、發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)。為了迅速衰減不必要的振動(dòng)，懸架中還 必須包括阻尼元件，即減振器。此外，懸架中確保車輪與車架或車身之間所 有力和力矩可靠傳遞并決定車輪相對(duì)于車架或車身的位移特性的連接裝置統(tǒng) 稱為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。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，從而在很大程度上提高了整 車的操縱穩(wěn)定性和抗縱傾能力?？傊?/p>

51、懸架的設(shè)計(jì)關(guān)系到汽車的操縱穩(wěn)定性、 轉(zhuǎn)向輕便性、行駛舒適性、輪胎壽命以及汽車布置中的運(yùn)動(dòng)干涉等諸多方面。 此次設(shè)計(jì)是對(duì)桑塔納 2000 前獨(dú)立懸架設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代汽車懸架的結(jié)構(gòu)形式多種多樣 ，其中以福特公司的工程師 Earel S. Macpherson的名字命名的麥弗遜獨(dú)立懸架是廣泛應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu) ，與其他獨(dú)立懸架相比 ，麥弗遜懸架簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu) ，減小了質(zhì)量 ，還節(jié)省了空間 ，降低了制造成本 ，并且?guī)缀醪徽加脵M向空間 ，有利于車身前部地板的構(gòu)造和發(fā)動(dòng)機(jī)布置 ，這一點(diǎn)在用于緊湊型轎車的前懸架時(shí) ，具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。另外 ，麥弗遜懸架鉸接點(diǎn)的數(shù)目較少;上下鉸點(diǎn)之間有較大的距離 ，下鉸點(diǎn)與車輪接地點(diǎn)之間

52、的距離較小，這對(duì)減少鉸點(diǎn)處的受力有利;彈簧行程較大，當(dāng)車輪跳動(dòng)時(shí)，其輪距、前束及車輪外傾角等均改變不大，減輕了輪胎的磨損，也使汽車具有良好的行駛穩(wěn)定性。3模型的建立研究車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，建立車輛仿真模型，歸納起來(lái)有以下幾個(gè)典型步驟：1)機(jī)械系統(tǒng)的物理抽象；獲取模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)（幾何定位）參數(shù)，建立抽象系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部件、約束，從而建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。2)校驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖杂啥燃罢_性。3)獲得模型的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，定義模型中部件、鉸鏈與彈性元件及外界條件，如道路模型、鐵道輪軌模型、空氣阻力等的特性，建立動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行調(diào)整與仿真計(jì)算。4)對(duì)仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理。 通常 ADAMS/ Car 模塊采用自下

53、而上的建模順序 ，即整車模型和系統(tǒng)總成模型建立于子系統(tǒng)模型基礎(chǔ)之上 ，而子系統(tǒng)需要在模板中建立。因此 ，在模板中建立子系統(tǒng)是關(guān)鍵步驟。本文以某轎車的麥弗遜獨(dú)立懸架為例 ，說(shuō)明在 ADAMS/ Car 模板模式下建立多體系統(tǒng)模型的過(guò)程。3.1 物理模型的簡(jiǎn)化 3.1.1 模型分析實(shí)車的前懸架是結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱的麥弗遜懸架，轉(zhuǎn)向器為齒輪齒條式。根據(jù)實(shí)際懸架及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，可以抽象出動(dòng)學(xué)仿真系統(tǒng)模型。在建立懸架模型前 ，必須先對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化。從汽車動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā) ，對(duì)所建的模型做如下簡(jiǎn)化和假設(shè):前懸架為一個(gè)多剛體系統(tǒng)，系統(tǒng)每個(gè)剛體在各個(gè)方向的慣性力均為零。由于某些鉸鏈在一些方向的力的約束真

54、值比較小 ，對(duì)整車動(dòng)力學(xué)的影響可以忽略不計(jì) ，也假設(shè)其為零;減振器簡(jiǎn)化為線性彈簧和阻尼 ，各運(yùn)動(dòng)副內(nèi)的摩擦力忽略不計(jì);輪胎簡(jiǎn)化為剛性體3。簡(jiǎn)化后麥弗遜獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。麥弗遜懸架左右對(duì)稱于汽車縱向平面，由下擺臂、轉(zhuǎn)向節(jié)總成（包括減震器下體、輪轂軸、制動(dòng)底板等）、轉(zhuǎn)向橫拉桿、減震器上體、轉(zhuǎn)向器齒條、車輪總成及車身組成。各剛體之間的連接關(guān)系如下：減震器上端與車身的連接因?yàn)橹?有個(gè)自由度，故簡(jiǎn)化為球鉸A ，轉(zhuǎn)向節(jié)總成與減震器上體用圓柱鉸 B約束，只能沿軸線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，下擺臂一端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鉸和F與G車身相連（其中一個(gè)為虛約束），另一端通過(guò)球鉸E與轉(zhuǎn)向節(jié)總成相連，轉(zhuǎn)向橫拉桿一端通過(guò)球鉸C與轉(zhuǎn)向

55、節(jié)總成相連，另一端通過(guò)球鉸H與轉(zhuǎn)向齒條相連，運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，轉(zhuǎn)向齒條通過(guò)固I定副與車身相連，車輪總成和轉(zhuǎn)向節(jié)總成也通過(guò)固定副D 相連，車身相對(duì)地面不動(dòng)3。由于運(yùn)動(dòng)學(xué)無(wú)需考慮受力問(wèn)題，因此不考慮減震器的阻尼和彈簧的剛度。圖3.1麥弗遜獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)示意圖Figure 3.1 McPherson independent suspension structure schematic drawing3.1.2系統(tǒng)坐標(biāo)系的確立在建立多體模型時(shí) ，坐標(biāo)系的選擇對(duì)建立樣機(jī)模型的力學(xué)方程的難易程度起到很大的作用。該模型的坐標(biāo)原點(diǎn)為兩側(cè)車輪接地印跡中心點(diǎn)連線的中點(diǎn)。以地面為 XY平面，汽車中心對(duì)稱面為 XZ平面，通

56、過(guò)前輪輪心連線，垂直 XY、XZ兩平面的面為 YZ平面，取豎直向上為 Z軸正向，車身右側(cè)為 Y軸正向，以車前進(jìn)方向的反方向?yàn)?X軸正向3.1.3模型關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)硬點(diǎn)是各零件之間連接處的關(guān)鍵幾何定位點(diǎn)，確定硬點(diǎn)就是在子系統(tǒng)坐標(biāo)系中給出零件之間連接點(diǎn)的幾何位置。模型關(guān)鍵硬點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)和相關(guān)系數(shù)是建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的關(guān)鍵，從廠家提供的零 /部件裝配圖上可以得到硬點(diǎn)的坐標(biāo)值模型關(guān)鍵點(diǎn)的空間坐標(biāo)和相關(guān)參數(shù)是建立ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的關(guān)鍵，使用三坐標(biāo)儀測(cè)繪得到在空載情況下懸架左側(cè)的空間參數(shù)（懸架右側(cè)與左側(cè)對(duì)稱），在adams/car中創(chuàng)建硬點(diǎn)坐標(biāo)。圖3.2 car中創(chuàng)建硬點(diǎn)Fig 3.2 Car creating hard points 3.1.4建立仿真模型進(jìn)入ADAMSCar，利用軟件中自帶的麥弗遜懸架模板，建立皮卡車麥弗遜前懸架子系統(tǒng)（subsystem），然后利用該子系統(tǒng)與輪胎組裝成麥弗遜總成（assembiy）。由于理想的前輪前束角和車輪外傾角之間滿足公式計(jì)算或測(cè)量整合零件的質(zhì)量、質(zhì)心位置及繞質(zhì)心坐標(biāo)系三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，將這些動(dòng)力學(xué)參數(shù)填寫到對(duì)應(yīng)的對(duì)話框中。然后在硬點(diǎn)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建零件的幾何模型，并定義各零