基于ADAMS的汽车悬架系统动力学分析与仿真试验

密级 公开 基于 ADAMS 的汽车悬架系统动力 学分析与仿真试验 Dynamical Analysis and Simulation Test on Vehicle Suspension System Based on ADAMS 申请石家庄铁道学院授予工学硕士学位论文 培 养 单 位 机 械 工 程 分 院 专业 载 运 工 具 运 用 工 程 研究生 刘 永 强 指 导 教 师 杨绍普教授 二 八年二月 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地 方外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包 含为获得石家庄铁道学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意 签 名 日 期 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石家庄铁道学院有关保留 使用学位论文的规定 即 学院有权保留送交论文的复印件 允许论文被查阅和借阅 学 校可以公布论文的全部或部分内容 可以采用影印 缩印或其他复 制手段保存论文 保密的论文在解密后应遵守此规定 签 名 导师签名 日 期 摘 要 摘 要 虚拟样机技术 VP 是当今先进的机械设计及分析领域重点发展的方向 随着 计算机技术的不断发展 以多体系统动力学为核心的虚拟样机仿真技术已经逐 步应用到了汽车设计中 缩短了车辆研发周期 降低了开发成本 提高了产品 设计和制造质量 论文论述了 ADAMS 软件的理论基础 主要模块及其特点等 运用虚拟样 机技术对某款汽车悬架系统及整车进行了动力学仿真试验 以期为该车型的实 际开发提供理论依据 论文基于虚拟样机技术软件 ADAMS 建立了悬架三维参数化多体动力学模 型 通过对前后悬架进行仿真分析 考察了前轮定位参数和悬架的主要性能指 标随车轮跳动的变化规律 并对前悬架的结构进行了优化 在悬架优化的基础 上建立了三维整车动力学模型 仿真分析了空载和满载时汽车操纵稳定性中的 稳态转向特性和转向盘瞬态响应特性 优化后的悬架设计方案车辆具有一定的 不足转向特性 仿真结果表明随着车速的提高汽车的横摆角速度和侧向加速度 的波动越来越大 进入稳态所经历的时间增长 满载时汽车横摆角速度和侧向 加速度的最大值比空载时的要大 瞬态响应时间也比较长 对整车模型进行了 不同等级路面上随机路面输入的平顺性仿真 进行了空载和满载下直线加速和 紧急制动工况下整车的仿真分析 仿真结果表明悬架制动抗点头和加速抗抬头 效果较差 论文对整车悬架进行的仿真试验及分析结果可以为厂方悬架设计方案提供 可靠的参考依据 具有深远的实际意义 关键词 汽车悬架 ADAMS 整车模型 操纵稳定性 平顺性 Abstract Abstract Virtual Prototyping VP is the developing orientation of modern advanced mechanic design and analysis Along with the developing of computer s Virtual Prototyping simulation technology with Dynamics of Multi body System as the core has gradually been applied to the design of car which has shortened the vehicle development cycle lowered development costs and improved product quality of designing and manufacturing The dissertation summarizes the basic theory of ADAMS the main parts and the characters and so on utilizes Virtual Prototyping to simulate and test the suspension system and the full vehicle of one kind of car expecting that the academic foundations can be provided to the practical exploitation of this vehicle type The dissertation builds 3D parametric multi body dynamics suspension model based on Virtual Prototyping software ADAMS And through the simulation and analysis of front suspension and rear suspension the dissertation inspects the changes in positioning parameters of front wheel and the main parameters of suspension with the wheel jumping and optimizes the structure of front suspension On the basis of optimized suspension we establish a 3D dynamics full vehicle model We simulate assay and analyze steering wheel angle step test and steady static circular test in condition of full case and empty case and finds that the vehicle model with the optimized suspension has suitable under steering characteristics The result of simulation shows that along with the enhancing of speed the fluctuation of rotary angular velocity and side acceleration become larger and instantaneous response time becomes longer and that rotary angular velocity and side acceleration in full case is bigger than that in empty case and instantaneous response time in full case is longer than that in empty case The dissertation uates the ride comfort of full vehicle model with variable road on different random roads There is simulation trial and analysis of the linear acceleration and Abstract urgent brake of the full vehicle model in condition of empty load and full load and the results show that anti dive and anti lift perance of suspension is bad The simulation trial and results of the full vehicle suspension in this dissertation can provide reliable references for the suspension designing schemes of factories and has a far reaching practical significance Key words vehicle suspension ADAMS full vehicle model operating stability ride comfort 目 录 I 目 录 第一章 绪论 1 1 1 研究背景 1 1 2 国内外研究现状 3 1 2 1 国外研究现状 3 1 2 2 国内研究现状 8 1 3 课题来源及其目的意义 9 1 3 1 课题来源 9 1 3 2 课题目的及意义 10 1 4 论文主要研究内容 11 第二章 多体系统动力学基础 12 2 1 多体系统动力学基本理论 12 2 1 1 概述 12 2 1 2 主要研究方法 12 2 2 ADAMS软件 14 2 2 1 ADAMS软件介绍 14 2 2 2 ADAMS软件模块简介 14 2 2 3 ADAMS软件设计流程 16 2 2 4 ADAMS软件计算方法 17 2 3 本章小结 19 第三章 整车多体模型的建立 20 3 1 整车结构参数 20 3 1 1 整车结构分析 20 3 1 2 建模参数的获取 20 3 1 3 建模前的假设 21 3 2 汽车前悬架和底盘模型的建立 22 3 2 1 前悬架模型的建立 22 3 2 2 前悬架模型的改造 23 目 录 II 3 2 3 前悬架模型定位参数的测量 26 3 2 4 前悬架模型的优化 33 3 3 转向机构模型的建立 36 3 4 后悬架模型的建立 37 3 5 轮胎和路面的建立 38 3 5 1 轮胎的添加 38 3 5 2 路面的添加 40 3 6 车身轮廓的创建 41 3 7 整车模型的修正 42 3 7 1 柔性衬套的添加 42 3 7 2 非线性阻尼器的添加 45 3 8 整车模型的自由度 47 3 8 1 添加柔性衬套前的整车模型自由度 47 3 8 2 添加柔性衬套后的整车模型自由度 48 3 9 本章小结 49 第四章 整车模型的仿真分析 50 4 1 整车模型的操纵稳定性仿真 50 4 1 1 转向盘角阶跃输入仿真分析 50 4 1 2 稳态转向特性仿真分析 53 4 1 3 结论 56 4 2 整车模型的随机路面激励仿真 56 4 2 1 仿真前的准备 56 4 2 2 仿真方法 60 4 2 3 仿真结果 60 4 2 4 结论 67 4 3 整车模型加速抬头量 制动点头量仿真试验 68 4 3 1 加速仿真试验 69 4 3 2 制动仿真试验 73 4 3 3 结论 78 4 4 本章小结 79 第五章 结论和展望 80 5 1 主要研究结论 80 目 录 III 5 2 展望 81 参考文献 82 致谢 90 附录A 91 附录B 93 个人简历 在学期间的研究成果及发表的学术论文 94 第一章 绪论 1 第一章 绪论 本章详细介绍了课题的研究背景 国内外同行的研究现状以及课题的来源 目的和意义 简单概括了本课题研究的主要内容 1 1 研究背景 一方面 随着国民经济的迅猛发展 人民生活水平的极大提高 汽车作为 一种不可或缺的交通工具开始逐渐进入了家庭 根据中国机械工业联合会的统 计 2006 年我国共生产汽车 728 万辆 比上年增长 27 6 已超过德国 仅次 于美国 日本 居世界第三位 汽车工业己经发展成为我国工业第五大支柱行 业 1 但是 中国汽车工业拥有巨大发展机遇的同时也面临着严峻的挑