基于ADAMS車輛模塊的創(chuàng)建畢業(yè)論文

1、河南科技學(xué)院2013 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）論文題目：基于adams車輛模塊的創(chuàng)建學(xué)生姓名： 所在院系： 機電學(xué)院所學(xué)專業(yè)： 機電技術(shù)教育導(dǎo)師姓名： 完成時間：2013年 4月26日摘 要本篇論文將以汽車主動懸架作為研究對象，通過adams/car軟件的建模與仿真，還原了懸架的工作情況。從主動懸架的本身出發(fā)，將原本需要在實驗室才能完成的系統(tǒng)測試和實驗通過電腦軟件就能模擬出來，大大地節(jié)約了成本和時間，增加了效率，也可以更直觀的觀察主動懸架的工作情況。從而可以進(jìn)一步改善主動懸架，在節(jié)約成本和創(chuàng)造更進(jìn)一步的社會效益方面有著不可估的影響。關(guān)鍵詞：adams；麥弗遜懸架；仿真abstractthis t

2、hesis will be the vehicle active suspension as a research object, the modeling and simulation of the adams/car software, restore the suspension of the work. departure from the active suspension, the original can be simulated by computer software system tests and experiments in the laboratory to comp

3、lete, greatly saving cost and time, increase efficiency, and also can be more intuitive observation active suspension the work. which can be further improved active suspension, has not estimated the impact of social benefits in cost savings and create further.keywords: adams; mcpherson suspension; s

4、imulation目 錄1 緒論11.1 本課題的研究背景與意義11.2 虛擬試驗技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用12 基于adams/car的仿真模型的建立32.1 adams軟件簡介32.1.1 理論基礎(chǔ)32.1.2 adams模塊組成及特點32.2 基于adams的前懸架系統(tǒng)模型的建立52.2.1 各子系統(tǒng)模型的建立52.2.2 前懸架系統(tǒng)的構(gòu)建及校核93 前懸架系統(tǒng)的分析103.1 前懸架系統(tǒng)運動仿真103.1.1 定義車輛參數(shù)103.1.2 建模分析結(jié)果圖113.1.3 分析及施加基本推力143.1.4 定義和施加載荷143.1.5 前懸架系統(tǒng)的仿真曲線154 結(jié)束語16致謝16參考文獻(xiàn)171

5、 緒論1.1 本課題的研究背景與意義隨著我國高速公路網(wǎng)的大力建設(shè)，以及人民生活水平和消費水平的不斷提高，汽車已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠郑藗儗ζ囆阅艿囊笠苍絹碓礁?。然而，由于汽車是一個包含慣性、彈性、阻尼等動力學(xué)特征的非線性系統(tǒng)，零件多、受力復(fù)雜，而且構(gòu)成汽車的各子系統(tǒng)之間存在相互耦合作用，使得汽車的動態(tài)特性非常復(fù)雜，要想真實描寫汽車的動態(tài)特性，必須考慮盡可能多的零件運動來獲得精確的數(shù)學(xué)模型，而太復(fù)雜的模型又給求解帶來了巨大困難，甚至得不到結(jié)果。因此，提出一種合理的轎車研究方法已經(jīng)顯得極為迫切。傳統(tǒng)的研究方法是通過試驗或人為地把汽車各個子系統(tǒng)加以簡化，抽取出能夠代表系統(tǒng)或總成特性

6、的本質(zhì)因素，建立起較簡單的數(shù)學(xué)、力學(xué)模型進(jìn)行求解，并對求得的結(jié)果進(jìn)行驗證。但是在建模過程中，許多總成是通過試驗或人為簡化的，獲得的參數(shù)一般都是系統(tǒng)的靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)試驗參數(shù)，與汽車實際運動狀態(tài)中的動態(tài)參數(shù)有一定的誤差，所以，要想得到高精度的模型，就要經(jīng)過反復(fù)試驗、修改和驗證，工作周期較長。因此，如何更好地建立汽車行駛平順性模型，已成為國內(nèi)外學(xué)者研究汽車的關(guān)鍵問題。虛擬樣機的動力學(xué)仿真分析是利用數(shù)字化分析方法改變汽車設(shè)計參數(shù)、試驗道路環(huán)境等參數(shù)，模擬實車道路行駛工況，從而驗證或修改設(shè)計方案的過程。它可以有效縮短設(shè)計周期、降低開發(fā)成本、達(dá)到提高汽車產(chǎn)品品質(zhì)的目的。采用虛擬樣機技術(shù)進(jìn)行轎車平順性研究已經(jīng)

7、逐漸被國外的汽車企業(yè)所采用，并取得了良好的效果。本課題以數(shù)字樣機技術(shù)為手段，開展輕型乘用車仿真技術(shù)研究。本文研究成果可促進(jìn)整車產(chǎn)品使用性能的提升，具有重要的理論意義和實用價值。 1.2 虛擬試驗技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用虛擬試驗就是在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，利用數(shù)字化模型代替實物原型，進(jìn)行產(chǎn)品性能的試驗分析。從廣義上講，任何不使用或部分使用實際硬件來構(gòu)造試驗環(huán)境，完成實際物理試驗的方法和技術(shù)都可以稱為虛擬試驗。虛擬試驗可以定義為在虛擬環(huán)境中進(jìn)行的試驗。而虛擬試驗環(huán)境是基于軟件工程研制的仿真試驗系統(tǒng)，它允許設(shè)計者將虛擬原型安裝在其上進(jìn)行“試驗”，借助交互式技術(shù)和試驗分析技術(shù)，使設(shè)計者在設(shè)計階段就能對產(chǎn)品的運

8、行性能進(jìn)行評價或體驗。虛擬試驗就是在計算機系統(tǒng)中采用軟件代替部分硬件或全部硬件來建立各種虛擬的試驗環(huán)境，使試驗者可以如同在真實的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的試驗項目，使所取得的試驗效果接近或等價于在真實環(huán)境中所取得的效果。自20世紀(jì)90年代起，一些發(fā)達(dá)的汽車制造國在汽車產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)領(lǐng)域中廣泛采用信息技術(shù)、計算機技術(shù)、cad/cae/cam/pdm技術(shù)、kbe(knowledge based engineering)技術(shù)等先進(jìn)手段，使設(shè)計水平大為提高，新車型的開發(fā)周期大大降低。以美國為例，在90年代初，轎車新車型的開發(fā)周期大約為56年，到90年代末已降為1218個月。具體到懸架設(shè)計方面，仿真分析、虛

9、擬設(shè)計、反求工程、ai技術(shù)等已經(jīng)獲得推廣應(yīng)用。根據(jù)國際聯(lián)機檢索可以看出，國外已建立了懸架結(jié)構(gòu)型式和懸架設(shè)計參數(shù)的知識庫和專家系統(tǒng)，不同類型懸架的設(shè)計計算方法在國外已較為成熟，并有多項專利。值得一提的是，國外在懸架設(shè)計領(lǐng)域中的一些研究成果已經(jīng)被某些大型的商品化機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件所吸收。例如，由美國著名軟件公司mdi與audi、bmw、renault和volvo等汽車公司合作開發(fā)的轎車設(shè)計軟件包adams/car，其中就包括了懸架模塊，可以預(yù)測懸架系統(tǒng)特性、計算懸架載荷時間歷程、進(jìn)行裝配性能研究等，從而有效地協(xié)助工程師完成設(shè)計任務(wù)。這種軟件采用虛擬樣機技術(shù)(virtual prototype

10、technology，即機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù))，將強大的大位移、非線性分析求解功能與使用方便的用戶界面相結(jié)合，是集建模、求解、可視化技術(shù)于一體的虛擬樣機軟件，是世界上目前使用范圍最廣、最負(fù)盛名的機械系統(tǒng)仿真分析軟件。使用這套軟件可以產(chǎn)生復(fù)雜機械系統(tǒng)的虛擬樣機，真實地仿真其運動過程，并且可以迅速地分析和比較多種參數(shù)方案，直至獲得最優(yōu)化的一種方案，這樣可大大減少昂貴的物理樣機制造及試驗次數(shù)，提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，縮短產(chǎn)品研制周期和費用等。隨著國外adams等多體軟件的引進(jìn)，近幾年國內(nèi)高校和科研機構(gòu)利用它們對車輛的懸架系統(tǒng)做了比較深入的研究。主要有：北方車輛研究所cae中心針對履帶車輛用adams/at

11、v建立整車模型，研究了懸掛裝置彈簧特性、減振器阻尼特性對車輛振動與沖擊動力學(xué)的影響，給出了車輛行駛平穩(wěn)性、沖擊響應(yīng)的動力學(xué)分析結(jié)果；上海交通大學(xué)包繼華博士應(yīng)用多體理論對sgz4032型牽引車建立模型，并把鋼板彈簧處理成多個無質(zhì)量的timoshenko梁連接的柔性體，模擬鋼板彈簧的非線性特性，并仿真了方向盤正弦輸入下的整車響應(yīng)；浙江大學(xué)的丁渭平（博士后）提出了開發(fā)汽車懸架系統(tǒng)集成技術(shù)，它以工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為基礎(chǔ),對懸架系統(tǒng)設(shè)計的單元技術(shù)進(jìn)行整合,構(gòu)建起支持懸架系統(tǒng)自主設(shè)計的通用平臺,并實現(xiàn)了與pro/engineer的“無縫連接”,還可以通過專用數(shù)據(jù)接口調(diào)用adams虛擬樣機功能,從而大大擴(kuò)展了平

12、臺處理能力；華中科技大學(xué)的研究人員用adams軟件建立了國產(chǎn)轎車的操縱動力學(xué)多體仿真模型，詳細(xì)考慮了前后懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及輪胎，并考慮了各種連接件中的彈性襯套的影響，對整車穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)工況進(jìn)行了動力學(xué)仿真；中國農(nóng)業(yè)大學(xué)王樹鳳博士利用adams軟件獲取的動力學(xué)分析數(shù)據(jù)來驅(qū)動虛擬場景中的試驗車輛，同時配合虛擬儀表準(zhǔn)確的動態(tài)顯示了該車的運動狀態(tài)參數(shù)，實現(xiàn)車輛的虛擬試驗過程仿真。另外，將adams與大型有限元分析軟件msc.nastran結(jié)合起來，進(jìn)行車輛的振動分析已經(jīng)成為一種新的技術(shù)趨勢，能為車輛產(chǎn)品開發(fā)提供更高精度的計算結(jié)果、更深入的分析結(jié)論，在產(chǎn)品開發(fā)中的作用愈加明顯。例如北京福田公司在對ad

13、ams和msc.nastran深入應(yīng)用的基礎(chǔ)上，結(jié)合二者的技術(shù)優(yōu)勢，通過對二者的聯(lián)合應(yīng)用，對某車進(jìn)行了各種復(fù)雜工況下的前懸架參數(shù)匹配對整車振動影響的分析，為車輛開發(fā)提供更好了較好的技術(shù)支持。總的來說，國內(nèi)在汽車懸架方面已經(jīng)通過數(shù)字樣機技術(shù)并通過相關(guān)數(shù)字化平臺開展了較多的工作，但許多工作僅局限于懸架本身的研究，對懸架與整車參數(shù)化匹配對整車的影響研究還不夠深入，有待進(jìn)一步研究。2 基于adams/car的仿真模型的建立2.1 adams軟件簡介2.1.1 理論基礎(chǔ)adams即機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析(automatic dynamic analysis of mechanical systems)，

14、該軟件是美國mdi公司(mechanical dynamics inc.)開發(fā)的虛擬樣機分析軟件。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年機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析軟件國際市場份額的統(tǒng)計資料，adams軟件銷售總額近八千萬美元，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，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(jìn)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軟件的仿真可用于預(yù)測機械系統(tǒng)的性能，運動范圍，碰撞檢測，峰值載荷以

15、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(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(jìn)行靜力學(xué)，運動學(xué)和動力學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機分析開發(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分析的二次開發(fā)工具平臺。adams軟件有兩種操作系統(tǒng)的版本:unix版和windows nt/2000版。2.1.2 adams模塊組成及特點adams軟件包括基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱。用戶不僅可以采用通用模塊對一般的機械系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而且可以采用專用模塊對特定行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問題進(jìn)行快速有效的建模與仿真分析。（1）adams

16、/view(用戶界面模塊)adams/view(用戶界面模塊)是最基本的核心模塊之一。adams/view采用簡單的分層方式進(jìn)行建模，提供了豐富的零件約束庫和力庫，并且支持布爾運算。仿真結(jié)果采用強有力的、形象直觀方式描述，并可以將結(jié)果形象逼真的輸出。cad幾何造型可通過iges接口輸入adams/view，豐富了adams/view自身的建模功能。另外，adams/view還提供多種位移函數(shù)、速度函數(shù)、加速度函數(shù)、接觸函數(shù)、樣條函數(shù)、力和力矩函數(shù)、用戶子程序函數(shù)等多種函數(shù)。（2）adams/solver(求解器模塊)adams/solver也是adams系列產(chǎn)品的核心模塊之一，是adams產(chǎn)品

17、中處于心臟地位的仿真“發(fā)動機”。adams/solver能自動形成仿真模型的動力學(xué)方程，提供靜力學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)的解算結(jié)果。該軟件模塊提供各種建模和求解選項，以便用戶根據(jù)具體要求精確有效的解決各種工況問題。adams/solver可以對剛體和彈性體進(jìn)行仿真研究，除了輸出力、位移、速度、加速度外，用戶還可以輸出自定義的數(shù)據(jù)以便進(jìn)行有限元分析。（3）adams/postprocessor(后處理模塊)該模塊用來輸出各種數(shù)據(jù)曲線、動畫，還可以進(jìn)行曲線的編輯和數(shù)字的處理。用戶可以在該模塊里更方便的觀察、研究仿真將結(jié)果。該模塊既可以在adams/view環(huán)境下運行也可以獨立運行。（4）adams/in

18、sight(設(shè)計與分析模塊)該模塊是adams軟件的功能擴(kuò)展模塊，它是網(wǎng)頁技術(shù)的新模塊。工程師可以借助該模塊將仿真試驗置于網(wǎng)頁上，實現(xiàn)資源共享，加速決策過程。adams/insight是選裝模塊既可以在adams/view, adams/car運行也可以獨立運行。adams/insight具有多種功能:可以更快的修改和優(yōu)化模型，進(jìn)行模型的參數(shù)化分析、找出模型的關(guān)鍵參數(shù)和非關(guān)鍵參數(shù)等。（5）adams/tire(輪胎模塊)adams / tire(輪胎模塊)是研究輪胎與道路相互作用的可選模塊。該模塊更完善地計算側(cè)向力、自動回正力矩及由于路面坑洼等障礙而產(chǎn)生的力，adams/tire可計算輪胎因克

19、服滾動阻力而受到的垂直、縱向和橫向載荷，可仿真研究車輛在制動、轉(zhuǎn)向和滑行、滑移等大變形位移下的動力學(xué)特性:研究車輛穩(wěn)定性，計算汽車的偏移、俯沖和側(cè)傾特性;其輸出力和加速度數(shù)據(jù)可作為有限元分析軟件包的輸入載荷進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)力和疲勞特性研究:計算由于制動力矩和轉(zhuǎn)動力矩產(chǎn)生的反作用力。 此外，還包括hydraulics(液壓系統(tǒng)模塊)、linear(線性分析模塊)、exchange(圖形接口模塊). controls(控制模塊)、flex(柔性體模塊)、animation(動畫模塊)、mechanism/pro(機構(gòu)分析模塊)、driver(駕駛員模塊)等模塊。（6）adams/car(轎車模塊)ad

20、ams/car(轎車模塊)是adams軟件的專業(yè)模塊之一，是mdi公司與audi、bmw、renault、volvo。等公司合作開發(fā)的整車設(shè)計軟件包。利用該軟件模塊，工程師可以快捷的建立精確的樣機，包括懸架、車身、轉(zhuǎn)向系、輪胎、制動系等。用戶可以在各種不同的路面下仿真，分析模型的操縱穩(wěn)定性，安全性，乘坐舒適性及其它性能參數(shù)。其中，專門為汽車專業(yè)開發(fā)的模塊有:轎車模塊(adams/car)、懸架設(shè)計軟件包(suspension design)、概念化懸架模塊(csm)、駕駛員模塊(adams/driver)、動力傳動系統(tǒng)模塊(adams/driveline)、輪胎模塊(adams/tire)、發(fā)

21、動機設(shè)計模塊(adams/engine)等等。用戶只需在模板中輸入必要的數(shù)據(jù)，就可以快速建造包括車身、懸架、傳動系統(tǒng)、發(fā)動機、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、制動系統(tǒng)等在內(nèi)的高精度的整車虛擬樣機，并進(jìn)行仿真，adams在汽車開發(fā)中的應(yīng)用也越來越廣泛。2.2 基于adams的前懸架系統(tǒng)模型的建立2.2.1 各子系統(tǒng)模型的建立（1）前懸架模型應(yīng)用adams/car對懸架系統(tǒng)進(jìn)行建模，模型原理要與實際的系統(tǒng)相一致?？紤]到汽車基本上為一縱向?qū)ΨQ系統(tǒng)，軟件模塊已預(yù)先對建模過程進(jìn)行了處理，故只需建立左邊或右邊的1/2懸架模型，另一半就會自動生成。圖1 前懸架模型麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)，總成由彈簧、筒式減震器及滑柱、下擺臂、轉(zhuǎn)向節(jié)總成（

22、包括減振器下體、輪轂軸）、轉(zhuǎn)向橫拉桿、球頭銷、轉(zhuǎn)向器齒條、車輪總成、車身等剛體部分組成。經(jīng)結(jié)構(gòu)簡化分析，建立前懸架動力學(xué)模型子系統(tǒng)如圖1所示。表1 前懸架模型的鉸鏈類型與數(shù)目鉸鏈名稱鉸鏈約束的自由度約束鉸鏈數(shù)量平動轉(zhuǎn)動麥弗遜式固定鉸鏈3310轉(zhuǎn)動鉸鏈324平動鉸鏈232萬向節(jié)鉸鏈312圓柱鉸鏈223球鉸鏈304等速萬向節(jié)鉸鏈316平面副121各部件約束如上圖1所示，減振器上體用萬向節(jié)鉸與車身相連，轉(zhuǎn)向節(jié)總成與減振器上體用圓柱鉸約束，相對減振器上半部分可以進(jìn)行軸向移動和轉(zhuǎn)動；下擺臂一端通過轉(zhuǎn)動鉸與車身相連（其中一個為虛約束），可相對車身上下擺動，另一端通過球鉸與轉(zhuǎn)向節(jié)總成相接；轉(zhuǎn)向橫拉桿一端通過

23、球鉸與轉(zhuǎn)向節(jié)總成相連，另一端通過萬向節(jié)鉸與轉(zhuǎn)向齒條相連；懸架模型的鉸鏈類型與數(shù)目如表1所示。麥弗遜式前懸架(不含轉(zhuǎn)向系)的約束方程m1為：m1=4*3+4*5+4*3+2*5+6*4+10*6+2*4+3+1=150模型中存在兩個gruebler count(相當(dāng)于兩個自由度)，故自由度k1為:k1=25*6+2-150=21）前減振器模型的建立減振器是懸架系統(tǒng)的主要阻尼元件，與彈性元件并聯(lián)安裝，車輪與車身間的相對振動，主要是通過減振器衰減的，即由于懸架匹配了適當(dāng)?shù)淖枘彳嚿淼淖杂烧駝颖谎杆偎p，車身的強迫振動會受到抑制。在adams/car中建立減振器模型，首先建立一個用戶自定義的減振器文件，

24、然后利用屬性對話框進(jìn)行修改，也可以直接在速度一力曲線上直接拖改，也可以通過參數(shù)列表進(jìn)行準(zhǔn)確的定義，最終自動進(jìn)行擬合得到滿意的非線性曲線，圖2所示。圖2 前減振器特性曲線2）前彈簧模型的建立在adams軟件里首先建立一個用戶自定義的彈簧特性文件，然后利用屬性對話框進(jìn)行修改，也可以直接在力行程變化曲線上直接拖改，也可以通過參數(shù)列表進(jìn)行準(zhǔn)確的定義，最終自動進(jìn)行擬合得到前懸架彈力隨壓縮、拉伸行程變化曲線如圖3所示。圖3 前懸架彈簧剛度特性曲線3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型的建立該車采用的是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系。它主要包括方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)向傳動軸、橫拉桿、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器等。建立的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如圖4所示。建模分析中

25、必須考慮的一個重要參數(shù)是轉(zhuǎn)向系傳動比。轉(zhuǎn)向系的傳動比包括力傳動比；和角傳動比，它直接影響車輛的機動性和操縱輕便性。轉(zhuǎn)向系力傳動比指的是從輪胎接觸地面中心作用在兩個轉(zhuǎn)向輪上的合力2與作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力之比；轉(zhuǎn)向系角傳動比指轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和駕駛員同側(cè)的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比。計算公式如下： (1)圖4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型式中：轉(zhuǎn)向阻力矩；轉(zhuǎn)向盤的力矩；轉(zhuǎn)向盤的半徑；主銷偏移距，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長線與支承平面的交點至車輪中心平面與支承平面的交線的距離；轉(zhuǎn)向器角傳動比，等于方向盤轉(zhuǎn)角增量必與轉(zhuǎn)向搖臂的相應(yīng)增量之比；轉(zhuǎn)向傳動裝置角傳動比，等于搖臂軸轉(zhuǎn)角增量；與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量之比。4）輪胎模型輪胎模型是車輛模型

26、中的重要組成部分，輪胎結(jié)構(gòu)由橡膠、簾布層等合成的外胎固定于金屬輪輛上，內(nèi)部充入壓縮空氣。輪胎的材料具有非線性、可壓縮、各向異性和粘彈性等特點，因此其物理模型的建立較為復(fù)雜。為了分析輪胎的復(fù)雜特性，國內(nèi)外學(xué)者做了很多研究工作來將輪胎進(jìn)行模型化，并建立了fiala模型、frank模型、sakai模型、pacejka模型等理論模型。其中比較知名的是用于理論解析輪胎側(cè)偏特性的fiala彈性圓環(huán)模型。frank模型把胎體簡化為彈性支承上的無限長梁的一部分，并考慮胎體變形時受拉以及受力分布載荷作用而彎曲等特點。sakai模型在“梁”模型基礎(chǔ)上考慮了有驅(qū)動和制動力情況下的聯(lián)合側(cè)偏特性。pacejka模型將胎

27、體的變形考慮為張緊的弦，提出所謂“弦”模型，并在此基礎(chǔ)上考慮了有驅(qū)動和制動力情況下的聯(lián)合側(cè)偏特性。國內(nèi)主要有郭孔輝從胎體變形與垂直載荷的一般模式出發(fā)，導(dǎo)出側(cè)偏特性的一般理論模型，進(jìn)而考慮了有驅(qū)動和制動力情況下的聯(lián)合側(cè)偏特性，并與半經(jīng)驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)合形成便于仿真的“統(tǒng)一”模型。在adams軟件中，提供了4種輪胎模型，即fiala模型、ua(university of arizona)模型、smithers模型及delet模型，此外用戶還可以自定義模型。在這些模型中，delet, smithers和ua tire輪胎模型所需的參數(shù)較多，不易得到，而fiala輪胎模型所需的參數(shù)較少，因此在本文研究中采用f

28、iala輪胎模型。該車的車胎型號是。此輪胎參數(shù)如表2：表2 輪胎特性參數(shù)參數(shù)名稱及單位數(shù)值輪胎自由半徑(r1/m)297.75徑向剛度(cn/nmm-1)280高寬比55斷面名義寬度(mm)195輪輞直徑(in)15靜摩擦系數(shù)()0.94動摩擦系數(shù)(u1)0.752.2.2 前懸架系統(tǒng)的構(gòu)建及校核（1）前懸架系統(tǒng)的構(gòu)建將上述建好的各子系統(tǒng)按照相應(yīng)的約束連接在一起，即可構(gòu)成完整的汽車前懸架模型。該模型能多方位的呈現(xiàn)在計算機屏幕上，較真實和準(zhǔn)確的反映前懸架各部件在實際運動過程中受力運動情況。對模型進(jìn)行仿真前需測試模型的正確性，要確保模型沒有過約束。模型如圖5所示。（2）前懸架模型的校核在建立前懸架

29、動力學(xué)仿真模型之后，為了得到正確的結(jié)果，必須保證仿真模型能夠準(zhǔn)確地反映實際系統(tǒng)并能在計算機上正確運行，因此必須對仿真模型的有效性進(jìn)行研究與評估。仿真模型往往是為某一特定目的而建立的，絕大多數(shù)仿真模型并不是對原系統(tǒng)完全準(zhǔn)確的描述，其只是在一些假設(shè)條件下對實際系統(tǒng)的簡化，因此它并不能百分之百地反映所研究的系統(tǒng)，模型是否有效是相對于問題的研究目的以及用戶需求而言的。仿真模型有效性的研究和評估主要包括兩方面的內(nèi)容：模型的驗證(verification)和確認(rèn)(validation)。模型的驗證主要是考察系統(tǒng)模型與計算機實現(xiàn)之間的關(guān)系，主要判斷模型的計算機實現(xiàn)是否正確。在本文中，利用adams/view

30、中的model verify功能來驗證模型的正確性，確保前懸架模型中沒有過約束。模型的確認(rèn)考察的是系統(tǒng)模型與實際研究系統(tǒng)之間的關(guān)系，即通過比較在相同輸入條件下和運行環(huán)境下模型與實際系統(tǒng)輸出之間的一致性，評價模型的可信度。圖5 前懸架系統(tǒng)3 前懸架系統(tǒng)的分析3.1 前懸架系統(tǒng)運動仿真3.1.1 定義車輛參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)模式“simulate-suspension analysis-set suspension parameters”中定義與前懸架系統(tǒng)分析相關(guān)車輛參數(shù)：輪胎自由半徑為300mm,輪胎垂直剛度為200n/mm,簧上質(zhì)量為1400kg,質(zhì)心高度為300mm,軸距為2765m，如圖6所示。圖6

31、 設(shè)計懸架基本參數(shù)3.1.2 建模分析結(jié)果圖在adams/car中建立前懸架模型后,對模型進(jìn)行了上下跳動極限為 100mm 的雙輪同向跳動試驗。評價懸架運動學(xué)特性的指標(biāo)主要有:懸架剛度、車輪外傾角、主銷偏距、車輪前束角、側(cè)傾轉(zhuǎn)向、側(cè)傾外傾系數(shù)、側(cè)傾中心高度等。（1）車輪外傾角車輪外傾角是車輪平面與車輛豎直方向上的交角，當(dāng)車輪的上部向外傾斜時車輪外傾角為正。車輪跳動時的外傾變化對車輛的直行穩(wěn)定性、穩(wěn)定響應(yīng)特性等有很大影響。由于輪胎與地面之間有相對的外傾角，路面對車輪作用有外傾推力，該力與側(cè)傾角產(chǎn)生的側(cè)向力匯合而成車輛轉(zhuǎn)向所需要的橫向力。從提高轉(zhuǎn)向性能出發(fā)，側(cè)傾時車輪對地面的傾角最好不變。同時車輛

32、在直行狀態(tài)下，由于路面不平引起的車輪跳動而使外傾變化時，會由外傾推力引發(fā)橫向力，這樣較大的對地外傾變化會使車輛的直行穩(wěn)定性變差。綜合考慮轉(zhuǎn)向性能和直行穩(wěn)定性，應(yīng)盡量減少車輪相對車身跳動時的外傾角變化，一般上跳時，對車身的外傾變化為-20.5/50mm，希望在車輪跳動時前輪外傾角向減小的方向變化，而在下落時朝正方向變化。通過車輪同向激勵仿真試驗可以得出車輪外傾角（camber angle）隨車輪跳動度（wheel travel）的變化曲線如圖7所示。圖7 車輪外傾角變化曲線（2）車輪前束角前束角是車輛的縱向軸與車輪平面在車輛橫向平面(水平面)上投影線的夾角。并且當(dāng)車輪前方向縱向軸轉(zhuǎn)時為正。車輪上

33、跳及下落時的前束角變化對車輛的直行穩(wěn)定性、車輛的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性有很大的影響，是汽車懸架的重要設(shè)計參數(shù)之一。在汽車行駛中保持前束不變或者變化幅度較小非常重要，這比在汽車靜止時有一個正確的前束更為重要。側(cè)傾時的前束變化也稱為側(cè)傾轉(zhuǎn)向。對于汽車前輪，車輪上跳動時的前束值多設(shè)計成零至弱負(fù)前束的變化，確保良好的直行穩(wěn)定性。另外，取弱負(fù)前束變化是為了使車輛獲得弱的不足轉(zhuǎn)向特性，以使裝載質(zhì)量變化引起車高變化時也能保持不足轉(zhuǎn)向。前束變化的較理想的設(shè)計特征值為：車輪上跳時為零至負(fù)前束（0.5/50mm）。通過車輪同向激勵仿真試驗可以得出前輪前束（toe angle）隨車輪跳動度（wheel travel）的變化曲

34、線如圖8所示。圖8 車輪前束角變化曲線（3）懸架剛度懸架剛度是衡量懸架抵抗變形的能力的一種量度，等于懸架承受的載荷與該載荷引起的懸架的變形的比值。通過車輪實驗可以得出懸架隨車輪跳動度（wheel travel）的變化曲線如圖9所示。圖9 懸架剛度變化曲線3.1.3 分析及施加基本推力首先創(chuàng)建一個載荷文件給左右輪施加不等的制動力以用來仿真各個轉(zhuǎn)向角，為了計算不等的制動力，假設(shè)給出質(zhì)量為1400kg的車輛一個負(fù)0.5g的加速度，其前輪的制動比為64%，后輪的制動比為36%，前左輪分配前制動力的55%、前右輪分配前制動力的45%，前輪總的制動力為：1400kg*0.5kg*9.81*0.64=4395n，左前輪制動力為2417n、右前輪制動力為1978n，如圖10所示。圖10 設(shè)置制動力3.1.4 定