第2章 懸架系統(tǒng)仿真建模及行駛穩(wěn)定性

本章利用ADAMS軟件建立懸架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析模型，并且應(yīng)用該模型對懸架運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，通過優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果指導(dǎo)設(shè)計(jì)改進(jìn)懸架的運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)。充分分析汽車橫擺穩(wěn)定性影響因素，合理分配懸架系統(tǒng)的阻尼系數(shù)，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法實(shí)現(xiàn)對車輛的懸架系統(tǒng)前、后阻尼的分別控制，提高汽車的行駛平順性及操縱穩(wěn)定性。應(yīng)用模板化建模方法構(gòu)建懸架及整車模型，模型建立后，以操縱穩(wěn)定性和行駛平順性為例，通過仿真結(jié)果與相應(yīng)的實(shí)車試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗(yàn)證仿真分析結(jié)果的正確性。

本書在進(jìn)行整車建模時(shí)，采用的多體動(dòng)力學(xué)軟件平臺是ADAMS，它是由美國MDI公司開發(fā)的大型機(jī)械系統(tǒng)自動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析軟件。1973年，美國Michigan大學(xué)的N. Orlandeae和M. A. Chace等人研制出第一版以來，該軟件不斷發(fā)展，專用模塊逐漸豐富，功能日益強(qiáng)大。2002年被MSC公司收購，成為CAE領(lǐng)域使用范圍最廣、應(yīng)用行業(yè)最多的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真工具，占據(jù)了該領(lǐng)域53%的市場份額。用戶可以在ADAMS軟件中建立所要設(shè)計(jì)的機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)，并根據(jù)需要對模型樣機(jī)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段即可發(fā)現(xiàn)諸如結(jié)構(gòu)干涉、系統(tǒng)可行性等諸多問題，使工程技術(shù)人員在昂貴的物理樣機(jī)試制之前，就可以得到準(zhǔn)確的、令人信服的設(shè)計(jì)方案。

ADAMS軟件由眾多模塊組成，其核心的產(chǎn)品是ADAMS/View和解算器ADAMS/Solver，并針對汽車領(lǐng)域建模開發(fā)專用模塊ADAMS/Car，它根據(jù)汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為用戶制定了許多方便之處，如在建立左右對稱懸架時(shí)，用戶建立好左邊物體后，系統(tǒng)能自動(dòng)生成右邊物體。企業(yè)可以利用其方便的建模功能建立產(chǎn)品的總成模型庫，構(gòu)建整車模型時(shí)，通過選取相應(yīng)的總成子系統(tǒng)并調(diào)整參數(shù)，就能快速建立整車模型并進(jìn)行計(jì)算分析。

ADAMS軟件也有不足之處，在其進(jìn)行整車計(jì)算時(shí)可利用的路面較少，特別是沒有與試驗(yàn)場相關(guān)的路面。而數(shù)字化試驗(yàn)場技術(shù)對整車仿真有重要的意義，是目前車輛仿真領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。雖然美國VPG公司已經(jīng)推出數(shù)字化試驗(yàn)場的商業(yè)軟件，但它的路面建立方法與ADAMS軟件不同，無法直接借用，且路面建立方法屬于其商業(yè)秘密，不可能對外公布。本書提出用計(jì)算幾何算法，通過分層計(jì)算成功構(gòu)建了三維數(shù)字路面，并通過實(shí)測某試驗(yàn)場試驗(yàn)路面數(shù)據(jù)，建立了多種耐久性路面文件，路面種類的豐富也使整車可靠性試驗(yàn)的內(nèi)容得到拓展。

汽車是由成千上萬個(gè)零件組裝而成的復(fù)雜系統(tǒng)，建立整車模型是一件非常復(fù)雜的工作，用傳統(tǒng)的建模方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后不容易修改。本章利用ADAMS模板化建模方法構(gòu)建整車模型，這種方法將整車模型按總成分解為多個(gè)子系統(tǒng)，使整個(gè)模型層次分明，拓?fù)潢P(guān)系清晰。模板化建模的優(yōu)點(diǎn)是修改模型方便，若發(fā)現(xiàn)模型有錯(cuò)誤，只需修改相應(yīng)的子系統(tǒng)即可，簡化了建模的煩瑣工作。機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS是集建模、求解和可視化于一體的數(shù)字化虛擬樣機(jī)技術(shù)，它可以有效地將三維實(shí)體模型和應(yīng)用有限元分析軟件描述的零部件模型有機(jī)地結(jié)合起來，準(zhǔn)確地進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的各種模擬，分析和評估系統(tǒng)的性能，為物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)和制造提供依據(jù)。ADAMS所提供的汽車專業(yè)模塊，能夠幫助汽車工程師快速創(chuàng)建高精度的參數(shù)化數(shù)字樣機(jī)和汽車的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真模型，進(jìn)行汽車的操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性、乘坐舒適性和安全性等整車性能仿真分析，目前已被廣大汽車工程技術(shù)人員廣泛應(yīng)用。