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1、湖南大学 硕士学位论文 基于ADAMS的越野车悬架及整车性能仿真研究 姓名：张秋雁 申请学位级别：硕士 专业：车辆工程 指导教师：宋晓琳 20070428 硕士学位论文 II 摘 要 本文在多体系统动力学分析理论及方法的基础上，以某型 SUV 越野车为工程实 例， 运用虚拟样机技术软件 ADAMS， 对悬架系统及整车动力学性能进行了仿真研究， 为该车型的实际开发提供了理论依据。 论文在充分了解和掌握虚拟样机技术软件 ADAMS 的基础理论、ADAMS/View 建模及分析基本原理方法的基础上，根据课题研究内容的要求，考虑到实际悬架系统 零部件的形状复杂性，联合运用三维参数化实体建模软件 Pro
2、/Engineer 及机械系统动 力学仿真软件 ADAMS 对悬架系统进行建模， 以充分利用两种软件各自的优点。 将在 Pro/Engineer 软件中所建立的精确悬架系统实体模型转化后即可导入 ADAMS 环境， 以保证准确的质量特性、空间位置等信息。 在 ADAMS/View 环境下，以该车前、后悬架系统与整车多体刚柔耦合动力学仿 真模型为基础，进行了悬架系统运动学仿真。并根据相关试验国家标准设计、进行了 整车操纵稳定性和平顺性仿真试验。仿真与实车试验结果对比表明，该模型已达到一 定的仿真精确度，可较准确地预测该车在行驶过程中的动力学性能，可以用来代替实 车进行性能试验测试。定量分析了悬架
3、结构参数的变化对整车动力学性能的影响规 律。 论文对该型越野车悬架系统的仿真试验与分析结果可为企业悬架方案决策提供 有价值的参考，具有积极的工程实际意义。 关键词：多体动力学；虚拟样机技术；越野车；悬架；仿真 基于 ADAMS 的越野车悬架及整车性能仿真研究 III Abstract Basing on multi-body dynamics theories and analysis methods, this paper takes a type of SUV off-road vehicle as the research object, and the dynamic simulati
4、on for the whole vehicle and its suspension performance is investigated utilizing Virtual Product Development software package-ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System), The findings can be taken as guideline in design . This dissertation introduces basic theory of ADAMS and principle o
5、f modeling and analysis technique using ADAMS sotfware. In view of complexity of actual suspension parts, Pro/Engineer software is employed to set up 3D suspension model and ADAMS sotfware is assigned establishing dynamics model. In this way, the advantage of those software can be taken respectively
6、. Then the precise 3D model is transformed to dynamics model which keeps the same property of mass and location as 3D model and can be identifed by ADAMS. In ADAMS software, kinematic simulation for suspension and vehicle controllability-and-stability and ride-comfort performance simulations for veh
7、icle are performed on dynamics model according to test criteria. Simulation results indicate that the vehicle dynamics model is valid for simulating dynamics response of real vehicle. In addtion, the rule of vehicle dynamics performance changing along with variety of suspension and vehicle parameter
8、s is summarized. The simulation analysis and trial result of the vehicle and suspension system can provide reliable reference for further decision-making of suspension remodeling with positive significance . Keywords: multi-body dynamics；Virtual Product Development；off-road vehicle； suspension；simul
9、ation I 湖 南 大 学 湖 南 大 学 学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究 成果。 除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权湖南大学可以将本学
10、位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密，在 20 年解密后适用本授权书。 2不保密。 (请在以上相应方框内打”) 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 硕士学位论文 1 第 1 章 绪论 1.1 课题研究背景及意义 1.1.1 课题研究背景 在现代汽车设计中，最为关键的四个方面是整车总体设计、车身设计、发动机设 计和底盘设计。其中，汽车新产品开发的市场认可与否主要取决于其底盘性能。可以 毫不夸张地说，底盘设计是汽车设计的灵魂。悬架作为汽车底盘中最重要、也是车型 变型时经常需要进行重
11、新设计的部件，其性能直接影响到汽车的平顺性、操纵稳定性 等性能。 悬架是汽车的车架(或车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力连接装置的总称，主 要由弹性元件、导向机构和减振器组成，在有些悬架中还有横向稳定杆1。它把车架 (或车身)与车轴(或车轮)弹性地连接起来。 主要任务是传递作用在车轮与车架(或车身) 之间的一切力和力矩，并且缓和由不平路面传给车架(或车身)的冲击载荷，衰减由此 引起的承载系统的振动，以保证汽车平顺地行驶。合理地选择悬架系统的结构型式， 确定各弹性元件、导向机构和减振器的尺寸、结构参数，对于整车设计的成败意义重 大。从这个角度讲，只有拥有了性能优良的悬架系统，才会有性能优良的整
12、车。 现代汽车悬架的发展十分迅速，不断出现崭新的悬架装置。汽车悬架系统的类型 按控制形式不同主要分成两大类，即被动悬架和主动悬架。被动悬架的基本原理在 1934 年由 Olley 提出，此后，被动悬架在各种车辆上得到了广泛的应用，由于其成本 低、维护相对较方便等原因至今仍然是车辆悬架结构的主导结构。 随着计算机技术、控制理论、电子技术和优化理论的发展，车辆悬架技术逐步从 被动悬架向主动和半主动悬架发展。 虽然主动和半主动悬架有着被动悬架所不可比拟 的优点，诸如： 1.悬挂刚度可以设计得很小，使车身具有较低的自然振动频率，以保证正常行驶 时的乘坐舒适性； 2.汽车转向等情况下的车身侧倾，制动、加
13、速等情况下的纵向摆动等问题，由主 动悬挂系统通过调整有关车轮悬挂的刚度予以解决； 3.能保证在车轮行驶中碰抵砖石之类的障碍物时，悬挂系统瞬时将车轮提起，避 开障碍行进，因而汽车的通过性也得以提高； 4.制动时，汽车尾部下倾，因而可以充分利用后轮与地面间的附着条件，加速制 动过程，缩短制动距离，等等。 但是， 成本高、 液压装置噪音较大、 功率消耗大是制约主动悬架普及的主要障碍。 基于 ADAMS 的越野车悬架及整车性能仿真研究 2 针对我国汽车工业目前的实际发展情况， 带有预研性质的半主动和主动悬架的研 究对我国汽车工业的实际推动作用短期很难奏效，因此，当务之急是深入研究最为广 泛使用的被动悬
14、架的设计机理，掌握其设计思想和方法，拥有自主知识产权的悬架设 计系统。 为了能在这方面作一些工作，本课题将针对该公司某新款越野车的被动悬架，采 用虚拟样机技术，建立悬架系统及整车多体动力学仿真模型对其系统性能进行研究。 该课题来源于企业博士后科研工作站科研项目。 1.1.2 课题研究目的与意义 随着高科技在各个产业的渗透和在全球范围的迅速扩散，使得企业提供产品和服 务中的知识含量大大增加。从技术上讲对企业的要求越来越高,企业之间的技术竞争 将成为制胜的焦点。因而，企业必须充分认识技术创新的重要性。在现代汽车行业， 产品创新、性能创新、技术创新已经成为汽车制造企业参与市场竞争并致胜的主要手 段。
15、 悬架系统作为汽车的关键零部件总成之一，其核心技术应主要依靠自主研发。但 是，长期以来，国内汽车行业，特别是轿车、微型车行业基本上依靠国外技术生存。 虽有众多专家、学者、业内人士不断强调培养自主设计开发能力的重要性，但在缺乏 竞争压力的环境下， 相关企业往往出于短期利益考虑， 不愿在此方面进行大规模投入， 致使这项工作难以落实到位。 当前， 国内轿车和微型车几乎都是引进国外技术生产的。 需要特别注意的是，这种“引进技术”实际上只是引进国外现成的产品设计结果，而 不是产品设计开发技术本身，因此国内企业一般很少掌握其设计机理，这就导致在诸 如对引进产品实施改型、国产化时受制于人。 本课题将立足于实
16、际工程应用，着眼于企业汽车设计开发的需要，为企业整车设 计提供参考依据，重点进行某型越野车悬架系统总成的虚拟仿真分析、整车及部件设 计技术等现代汽车核心开发技术的研发应用，研究越野车悬架系统匹配设计技术，实 现悬架系统与整车性能的一对一匹配， 将该型越野车悬架打造成为具有最佳性能价格 比的产品，提高国产汽车的整体技术水平，缩小国产汽车悬架在设计方面与国际先进 水平的差距。通过研究力求总结出该型越野车悬架系统的设计方法，以及悬架系统影 响整车性能的主要参数，形成具体的评价体系。 本文的工作具有以下几方面的意义： 1.通过对悬架系统以及整车系统动力学仿真分析，为开发相同类型悬架结构形式 的越野车找到一种在工程图纸设计阶段即可从整车系统的角度预测其动力学性能的 新的途径，并为汽车设计提供理论依据，促进同类型越野车的技术创新。 2.在复杂系统的研制开发中，工程技术人员能否在昂贵的物理样机建立之前就可 得到准确的、令人信服的设计方案，是区分传统与现代设计方法的一个焦点。通过本 硕士学位
