河南科技學(xué)院 2013 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 論文題目： 基于 輛模塊的創(chuàng)建 學(xué)生姓名： 所在院系： 機(jī)電學(xué)院 所學(xué)專業(yè)： 機(jī)電技術(shù)教育 導(dǎo)師姓名： 完成時(shí)間： 2013 年 4 月 26 日摘 要 本篇論文將以汽車主動(dòng)懸架作為研究對(duì)象，通過 件的建模與仿真，還原了懸架的工作情況。從主動(dòng)懸架的本身出發(fā)，將原本需要在實(shí)驗(yàn)室才能完成的系統(tǒng)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)通過電腦軟件就能模擬出來，大大地節(jié)約了成本和時(shí)間，增加了效率，也可以更直觀的觀察主動(dòng)懸架的工作情況。從而可以 進(jìn)一步改善主動(dòng)懸架，在節(jié)約成本和創(chuàng)造更進(jìn)一步的社會(huì)效益方面有著不可估的影響。 關(guān)鍵詞： 弗遜懸架； 仿真 be as a of ar of be by in to be be of in 錄 1 緒論 . 1 課題的研究背景與意義 . 1 擬試驗(yàn)技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用 . 1 2 基于 仿真模型的建立 . 3 件簡(jiǎn)介 . 3 論基礎(chǔ) . 3 塊組成及特點(diǎn) . 3 于 前懸架系統(tǒng)模型的建立 . 5 子系統(tǒng)模型的建立 . 5 懸架系統(tǒng)的構(gòu)建及校核 . 9 3 前懸架系統(tǒng)的分析 . 10 懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真 . 10 義車輛參數(shù) . 10 模分析結(jié)果圖 . 11 析及施加基本推力 . 14 義和施加載荷 . 14 懸架系統(tǒng)的仿真曲線 . 15 4 結(jié)束語 . 16 致謝 . 16 參考文獻(xiàn) . 17 1 1 緒論 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(fèi)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?，人們?duì)汽車性能的要求也越來越高。然而，由于汽車是一個(gè)包含慣性、彈性、阻尼等動(dòng)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(dòng)態(tài)特性非常復(fù)雜，要想真實(shí)描寫汽車的動(dòng)態(tài)特性，必須考慮盡可能多的零件運(yùn)動(dòng)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(yàn)或人為地把汽車各個(gè)子系統(tǒng)加以簡(jiǎn)化，抽取出能夠代表系統(tǒng)或總成特性的本質(zhì)因素，建立起較簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)、力學(xué)模型進(jìn)行求解，并對(duì)求得的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。但是在建模過程中，許多總成是通過試驗(yàn)或人為簡(jiǎn)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(yàn)參數(shù)，與汽車實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的動(dòng)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(yàn)、修改和驗(yàn)證，工作周期較長(zhǎng)。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(jī)的動(dòng)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(jì)參數(shù)、試驗(yàn)道路環(huán)境等參數(shù)，模擬實(shí)車道路行駛工況，從而驗(yàn)證或修改設(shè)計(jì)方案的過程。它可以有效縮短設(shè)計(jì)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(jī)技術(shù)進(jìn)行轎車平順性研究已經(jīng)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(jī)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(shí)用價(jià)值。 擬試驗(yàn)技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用 虛擬試驗(yàn)就是在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，利用數(shù)字化模型代替實(shí)物原型，進(jìn)行產(chǎn)品性能的試驗(yàn)分析。從廣義上講，任何不使用或部分使用實(shí)際硬件來構(gòu)造試驗(yàn)環(huán)境，完成實(shí)際物理試驗(yàn) 的方法和技術(shù)都可以稱為虛擬試驗(yàn)。虛擬試驗(yàn)可以定義為在虛擬環(huán)境中進(jìn)行的試驗(yàn)。而虛擬試驗(yàn)環(huán)境是基于軟件工程研制的仿真試驗(yàn)系統(tǒng)，它允許設(shè)計(jì)者將虛擬原型安裝在其上進(jìn)行“試驗(yàn)”，借助交互式技術(shù)和試驗(yàn)分析技術(shù)，使設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)階段就能對(duì)產(chǎn)品的運(yùn)行性能進(jìn)行評(píng)價(jià)或體驗(yàn)。虛擬試驗(yàn)就是在計(jì)算機(jī)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(yàn)環(huán)境，使試驗(yàn)者可以如同在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的試驗(yàn)項(xiàng)目，使所取得的試驗(yàn)效果接近或等價(jià)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果。 2 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(jì)開發(fā)領(lǐng)域中廣泛采用信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、 術(shù)等先進(jìn)手段，使設(shè)計(jì)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 5 6年，到 90年代末已降 為 12 18個(gè)月。具體到懸架設(shè)計(jì)方面，仿真分析、虛擬設(shè)計(jì)、反求工程、據(jù)國際聯(lián)機(jī)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(jì)參數(shù)的知識(shí)庫和專家系統(tǒng)，不同類型懸架的設(shè)計(jì)計(jì)算方法在國外已較為成熟，并有多項(xiàng)專利。值得一提的是，國外在懸架設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的一些研究成果已經(jīng)被某些大型的商品化機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件所吸收。例如，由美國著名軟件公司 中就包括了懸架模塊，可以預(yù)測(cè)懸架系統(tǒng)特性、 計(jì)算懸架載荷時(shí)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(jì)任務(wù)。這種軟件采用虛擬樣機(jī)技術(shù) (機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù) )，將強(qiáng)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(jī)軟件，是世界上目前使用范圍最廣、最負(fù)盛名的機(jī)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(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)，真實(shí)地仿真其運(yùn)動(dòng)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(jī) 制造及試驗(yàn)次數(shù)，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短產(chǎn)品研制周期和費(fèi)用等。 隨著國外 幾年國內(nèi)高校和科研機(jī)構(gòu)利用它們對(duì)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 究了懸掛裝置彈簧特性、減振器阻尼特性對(duì)車輛振動(dòng)與沖擊動(dòng)力學(xué)的影響，給出了車輛行駛平穩(wěn)性、沖擊響應(yīng)的動(dòng)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(duì) 把鋼板彈簧處理成多個(gè)無質(zhì)量的 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(duì)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)的通用平臺(tái) ,并實(shí)現(xiàn)了與 無縫連接 ” ,還可以通過專用數(shù)據(jù)接口調(diào)用 從而大大擴(kuò)展了平臺(tái)處理能力；華中科技大學(xué)的研究人員用 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(duì)整車穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)工況進(jìn)行了 動(dòng)力學(xué)仿真；中國農(nóng)業(yè)大學(xué)王樹鳳博士利用 時(shí)配合虛擬儀表準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)顯示了該 3 車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)車輛的虛擬試驗(yàn)過程仿真。 另外，將 型有限元分析軟件 進(jìn)行車輛 的振動(dòng) 分析 已經(jīng)成為 一種新的技術(shù)趨勢(shì)，能為車輛產(chǎn)品開發(fā)提供更高精度的計(jì)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(duì)合二者的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過對(duì)二者的聯(lián)合應(yīng)用， 對(duì)某車 進(jìn)行 了 各種 復(fù)雜工況下的 前懸架參數(shù)匹配對(duì)整車振動(dòng)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(jī)技術(shù)并通過相關(guān)數(shù)字化平臺(tái)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(duì)懸架與整車參數(shù)化匹配對(duì)整車的影響研究還不夠深入，有待進(jìn)一步研究。 2 基于 仿真模型的建立 件簡(jiǎn)介 論基礎(chǔ) 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析 (該軟件是美國 開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。目前， 據(jù) 1999年機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析軟件國際市場(chǎng)份額的統(tǒng)計(jì)資料， 據(jù)了 51%的份額。 束庫，力庫，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。 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。 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)。 T/2000版。 塊組成及特點(diǎn) 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(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對(duì)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。 4 （ 1） 戶界面模塊 ) 戶界面模塊 )是最基本的核心模塊之一。 供了豐富的零件約束庫和力庫，并且支持布爾運(yùn)算。仿真結(jié)果采用強(qiáng)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。富了 外， 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） 解器模塊 ) 發(fā)動(dòng)機(jī) ” 。 供靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)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(xiàng)，以便用戶根據(jù)具體要求精確有效的解決各種工況問題。 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） 處理模塊 ) 該模塊用來輸出各種數(shù)據(jù)曲線、動(dòng)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 （ 4） 計(jì)與分析模塊 ) 該模塊是 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(yàn)置于網(wǎng)頁上，實(shí)現(xiàn)資源共享，加速?zèng)Q策過程?？梢愿斓男薷暮蛢?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） 胎模塊 ) 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(jì)算側(cè)向力、自動(dòng)回正力矩及由于路面坑洼等障礙而產(chǎn)生的力，向和橫向載荷，可仿真研究車輛在制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和滑行、滑移等大變形位 移下的動(dòng)力學(xué)特性 :研究車輛穩(wěn)定性，計(jì)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(jì)算由于制動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩產(chǎn)生的反作用力。 此外，還包括 壓系統(tǒng)模塊 )、 性分析模塊 )、 形接口模塊 ). 制模塊 )、 性體模塊 )、畫模塊 )、 構(gòu)分析模塊 )、 駛員模塊 )等 5 模塊。 （ 6） 車模塊 ) 車模塊 )是 公司合作開發(fā)的整車設(shè)計(jì)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(jī)，包括懸架、車身、轉(zhuǎn)向系、輪胎、制動(dòng)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 (懸架設(shè)計(jì)軟件包 (概念化懸架模塊 (駕駛員模塊 (動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模塊 (輪胎模塊 (發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)模塊 (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(dòng)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、制動(dòng)系統(tǒng)等在內(nèi)的高精度的整車虛擬樣機(jī)，并進(jìn)行仿真， 于 前懸架系統(tǒng)模型的建立 子系統(tǒng)模型的建立 （ 1）前懸架模型 應(yīng)用 型原理要與實(shí)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(duì)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(huì)自動(dòng)生成。 圖 1 前懸架模型 6 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 （ 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(jiǎn)化分析，建立 前懸架動(dòng)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(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng) 麥弗遜式 固定鉸鏈 3 3 10 轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈 3 2 4 平動(dòng)鉸鏈 2 3 2 萬向節(jié)鉸鏈 3 1 2 圓柱鉸鏈 2 2 3 球鉸鏈 3 0 4 等速萬向節(jié)鉸鏈 3 1 6 平面副 1 2 1 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(duì)減振器上半部分可以進(jìn)行軸向移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)；下擺臂一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)鉸與車身相連 （ 其中一個(gè)為虛約束 ） ，可相對(duì)車身上下擺動(dòng)，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 *3+4*5+4*3+2*5+6*4+10*6+2*4+3+1=150 模型中存在兩個(gè) 當(dāng)于兩個(gè)自由度 )，故自由度 5*6+2 1） 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(duì)振動(dòng)，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?dòng)被迅速衰減，車身的強(qiáng)迫振動(dòng)會(huì)受到抑制。在 先建立一個(gè)用戶自定義的減振器文件，然后利用屬性對(duì)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(dòng)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 7 2）前 彈簧模型 的建立 在 件里 首先建立一個(gè)用戶自定義的彈簧特性文件，然后利用屬性對(duì)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(dòng)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 8 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(dòng)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。 建模分析中必須考慮的一個(gè)重要參數(shù)是轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比。轉(zhuǎn)向系的傳動(dòng)比包括力傳動(dòng)比角傳動(dòng)比0i，它直接影響車輛的機(jī)動(dòng)性和操縱輕便性。轉(zhuǎn)向系力傳動(dòng)比向系角傳動(dòng)比0i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(jì)算公式如下： 0 (1) 圖 4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型 式中： M 轉(zhuǎn)向阻力矩； 轉(zhuǎn)向盤的力矩； R 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(zhǎng)線與支承平面的交點(diǎn)至車輪中心平面與支承平面的交線的距離 ； i 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比，等于方向盤轉(zhuǎn)角增量 必與轉(zhuǎn)向搖臂的相應(yīng)增量比 ； i 轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置角傳動(dòng)比，等于搖臂軸轉(zhuǎn)角增量 p ； 與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量比。 4）輪胎模型 輪胎模型是車輛模型中的重要組成部分，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(diǎn)，因此其物理模型的建立較為復(fù)雜。 9 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 中比較知名的是用于理論解析輪胎側(cè)偏特性的 的無限長(zhǎng)梁的一部分，并考慮胎體變形時(shí)受拉以及受力分布載荷作用而彎曲等特點(diǎn)。 梁 ” 模型基礎(chǔ)上考慮了有驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)力情況下的聯(lián)合側(cè)偏特性。 出所謂“ 弦 ” 模型，并在此基礎(chǔ)上考慮了有驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)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(dòng)和制動(dòng)力情況下的聯(lián)合側(cè)偏特性，并與半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)合形成便于仿真的 “ 統(tǒng)一 ” 模型。 在 供了 4種輪胎模型，即 型、 外用戶還可以自定義模型。在這些模型中， A 易得到，而此在本文研究中采用 該 車的車胎型號(hào)是 195/55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) 向剛度 (1) 280 高寬比 55 斷面名義寬度 (195 輪輞直徑 (15 靜摩擦系數(shù) (摩擦系數(shù) ( 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(jì)算機(jī)屏幕上，較真實(shí)和 準(zhǔn)確的反映前懸架各部件在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程中受力運(yùn)動(dòng)情況。對(duì)模型進(jìn)行仿真前需測(cè)試模型的正確 10 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 動(dòng) 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(shí)際系統(tǒng)并能在計(jì)算機(jī)上正確運(yùn)行，因此必須對(duì)仿真模型的有效性進(jìn)行研究與評(píng)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(duì)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(duì)實(shí)際系統(tǒng)的簡(jiǎn)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(duì)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(píng)估主要包括兩方面的內(nèi)容：模型的驗(yàn)證(確認(rèn) (模型的驗(yàn)證主要是考察系統(tǒng)模型與 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)之間的關(guān)系，主要判斷模型的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是否正確。在本文中，利用的 能來驗(yàn)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(shí)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(yùn)行環(huán)境下模型與實(shí)際系統(tǒng)輸出之間的一致性，評(píng)價(jià)模型的可信度。 圖 5 前懸架系統(tǒng) 3 前懸架系統(tǒng)的分析 懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真 義車輛參數(shù) 在標(biāo)準(zhǔn)模式 “ 定義 11 與 前懸架系統(tǒng)分析相關(guān)車輛參數(shù)：輪胎自由半徑為 300胎垂直剛度為200N/上質(zhì)量為 1400心高度為 300距為 2765m，如圖 6 所示。 圖 6 設(shè)計(jì)懸架基本參數(shù) 模分析結(jié)果圖 在 建立前懸架模型后 ,對(duì)模型進(jìn)行了上下跳動(dòng)極限為 100雙輪同向跳動(dòng)試驗(yàn)。評(píng)價(jià)懸架運(yùn)動(dòng)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(shí)車輪 外傾角為正。車輪跳動(dòng)時(shí)的外傾變化對(duì)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(duì)的外傾角，路面對(duì)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(shí)車輪對(duì)地面的傾角最好不變。同時(shí)車輛在直行狀態(tài)下，由于路面不平引起的車輪跳動(dòng)而使外傾變化時(shí)，會(huì)由外傾推力引發(fā)橫向力，這樣較大的對(duì)地外傾變化會(huì)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(duì)車身跳動(dòng)時(shí)的外傾角變化，一般上跳時(shí)，對(duì)車身的外傾變化為50希望在車輪跳動(dòng)時(shí)前輪外傾角向減小的方向變化，而在下落時(shí) 12 朝正方向變化。通過車輪同向激勵(lì)仿真試驗(yàn)可以得出車輪外傾角（ 車輪跳動(dòng)度（ 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(shí)為正。車輪上跳及下落時(shí)的前束角變化對(duì)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(jì)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(shí)有一個(gè)正確的前束更為重要。側(cè)傾時(shí)的前束變化也稱為側(cè)傾轉(zhuǎn)向。對(duì)于汽車前輪，車輪上跳動(dòng)時(shí)的前束值多設(shè)計(jì)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(shí)也能保持不足轉(zhuǎn)向。前束變化的較理想的設(shè)計(jì)特征值為：車輪上跳時(shí)為零至負(fù)前束（ 50 通過車輪同向激勵(lì)仿真試驗(yàn)可以得出前輪前束（ 車輪跳動(dòng)度（ 變化曲線如圖 8 所示。 圖 8 車輪前束角變化 曲線 13 （ 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(shí)驗(yàn)可以得出懸架隨車輪跳動(dòng)度（ 變化曲線如圖 9 所示。 圖 9 懸架剛度變化曲線 14 析 及施加 基本推力 首先創(chuàng)建一個(gè)載荷文件給左右輪施加不等的制動(dòng)力以用來仿真各個(gè)轉(zhuǎn)向角，為了計(jì)算不等的制動(dòng)力，假設(shè)給出質(zhì)量為 1400車輛一個(gè)負(fù) 加速度，其前輪的制動(dòng)比為 64%，后輪的制動(dòng)比為 36%，前左輪分配前制動(dòng)力的 55%、前 右 輪 分 配 前 制 動(dòng) 力 的 45% ， 前 輪 總 的 制 動(dòng) 力 為 ：1400395N，左前輪制動(dòng)力為 2417N、右前輪制動(dòng)力為1978N，如圖 10 所示。 圖10 設(shè)置制動(dòng)力 義和施加載荷 架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真是基于懸架試驗(yàn)臺(tái)對(duì)車輪施加垂直方向運(yùn)動(dòng)的仿真形式，用戶可以通過執(zhí)行車輪激振、隨遇