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SY-025-BY-3
畢業(yè)設計（論文）開題報告
學生姓名
李圣明
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級
車輛工程B05-17班
指導教師姓名
王慧文
職稱
教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
√是□否
題目名稱
基于ADAMS軟件轎車前懸架動態(tài)模擬與仿真
一、課題研究現(xiàn)狀，選題的目的、依據(jù)和意義
目的、依據(jù)和意義: 汽車懸架系統(tǒng)對整車行駛動力學（如操縱穩(wěn)定性、行駛平順性等）有舉足輕重的影響，是汽車總布置設計、運動校核的重要內(nèi)容之一，由于汽車懸架系統(tǒng)是比較復雜的空間機構(gòu)，這些就給運動學、動力學分析帶來較大困難。人們采用不同的途徑或手段對其進行分析研究，包括試驗、簡化成理想約束條件下的機構(gòu)分析。過去多用簡化條件下的圖解法和分析計算法對汽車懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運動學及動力學性能進行分析計算，用多自由度的質(zhì)量—阻尼剛體數(shù)學模型對汽車行駛狀況進行仿真。所得的結(jié)果誤差較大，并且費時費力。隨著計算機技術(shù)的長足進步，虛擬技術(shù)已經(jīng)成為世界汽車開發(fā)設計的應用潮流。上世紀90年代中期以來，數(shù)字化設計與虛擬開發(fā)技術(shù)的應用在世界范圍內(nèi)得到大力推廣，這是基于計算機輔助設計（CAD）、計算機仿真分析、計算機輔助制造（CAM）及虛擬制造、計算機輔助實驗及虛擬實驗等先進技術(shù)的全新的汽車設計開發(fā)技術(shù)體系和流程。特別二十世紀八十年代以來這種情況得到了改變，而多體系統(tǒng)動力學的成熟，使汽車動力學的建模與仿真產(chǎn)生了巨大飛躍，特別是ADAMS軟件的成功應用使虛擬樣機技術(shù)脫穎而出。基于ADAMS的虛擬樣機技術(shù)，可把懸架視為是由多個相互連接、彼此能夠相對運動的多體運動系統(tǒng)，其運動學及動力學仿真比以往通常用兒個自由度的質(zhì)量一阻尼剛體（振動）數(shù)學模型計算描述更加真實反映懸架特性及其對汽車行駛動力學影響。
懸架是車輛重要的組成部分。其主要任務是傳遞車輪與車架之間的力和力矩，并緩和沖擊、衰減振動。對改善車輛的行駛平順性、減輕車輛自重以及減少對公路的破壞具有重要息義。
在傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)設計、試驗、試制過程中必須邊試驗邊改進，從設計到試制、試驗、定型，產(chǎn)品開發(fā)成本較高，周期長。運用虛擬樣機技術(shù)，結(jié)合虛擬設計和虛擬試驗，可以大大簡化懸架系統(tǒng)設計開發(fā)過程，大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開發(fā)費用和成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的系統(tǒng)性能，獲得最優(yōu)設計產(chǎn)品。
本課題研究的目的和意義就在于運用ADAMS軟件建立車輛麥弗遜式懸架的虛擬設計及進行動力學仿真，在試制前的階段進行設計和試驗仿真，并且提出優(yōu)化設計的意見，獲得分析車輪垂直跳動與車輪前束角的變化等關(guān)系。獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設計缺陷，完善設計方案，縮短開發(fā)周期，提高設計質(zhì)量和效率，為生產(chǎn)實際提供理論支持。具有一定的經(jīng)濟和社會效益。
研究現(xiàn)狀: 馬車出現(xiàn)的時候, 為了乘坐更舒適, 人類就開始對馬車的懸架（葉片彈簧）進行孜孜不倦的探索。在1776年，馬車用的葉片彈簧取得了專利, 并且一直使用到20世紀30年代葉片彈簧才逐漸被螺旋彈簧代替。
汽車誕生后,隨著對懸架技術(shù)研究的深入，相繼出現(xiàn)了扭桿彈簧、氣體彈簧、橡膠彈簧、鋼板彈簧等彈性件，1934年世界上出現(xiàn)了第一個由螺旋彈簧組成的被動懸架。 被動懸架的參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗或優(yōu)化設計的方法確定, 在行駛過程中路況保持不變，很難適應各種復雜路況，減振的效果較差。為了克服這種缺陷，采用了非線性剛度彈簧和車身高度調(diào)節(jié)的方法，該方法雖然有一定成效，但無法根除被動懸架的弊端。被動懸架主要應用于中低檔轎車上，現(xiàn)代轎車的前懸架一般采用帶有橫向穩(wěn)定桿的麥弗遜式懸架，比如桑塔納、夏利、賽歐等車，后懸架的選擇較多，主要有復合式縱擺臂懸架和多連桿懸架。被動懸架是傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)，剛度和阻尼都是不可調(diào)的，依照隨機振動理論，它只能保證在特定的路況下達到較好效果，但它的理論成熟、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，成本相對低廉且不需額外能量，因而應用最為廣泛，在我國現(xiàn)階段，仍然有較高的研究價值對于汽車懸架系統(tǒng)的研究，國內(nèi)采用多剛體系統(tǒng)動力學進行分析和計算的工作起步較晚。七十年代初，長春汽車研究所和清華大學同時發(fā)展了汽車動力學的研究。研究工作集中在平順性、操縱穩(wěn)定性性能指標的評價方法、試驗方法及操縱穩(wěn)定性力學模型的建立、模型的計算方法、性能預測方法和優(yōu)化設計方法等。力學模型從七十年代研究汽車側(cè)偏和橫擺運動的二自由度線性模型，發(fā)展到包括側(cè)傾和轉(zhuǎn)向系在內(nèi)的三至五自由度乃至十三個自由度的非線性模型，其功能也從對汽車穩(wěn)定性的穩(wěn)態(tài)響應和瞬態(tài)響應的分析，發(fā)展到汽車轉(zhuǎn)彎制動性能的分析。90年代初人們開始把多柔體系統(tǒng)動力學理論和方法用于汽車技術(shù)領(lǐng)域，這標志著汽車多體系統(tǒng)動力學向新的層次發(fā)展，許多有益的工作值得借鑒。
清華大學、吉林大學、武漢理工大學、上海交通大學等高校都運用ADAMS軟件建立多體動力學模型，對懸架系統(tǒng)操縱穩(wěn)定性的影響尤其是麥弗遜獨立懸架的優(yōu)化設計做了深入的研究。也對麥弗遜獨立懸架模型進行了運動學、動力學仿真分析，得出了其車輪外傾角、前輪前束角、主銷后傾角等前輪定位參數(shù)、懸架剛度、側(cè)傾剛度、側(cè)傾中心等參數(shù)在前輪左右輪心上下跳動時的變化規(guī)律。
二、設計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
1、研究的基本內(nèi)容
分析麥弗遜式懸架的結(jié)構(gòu)和懸架設計要求，分析減振器、彈簧的設計計算過程，在懸架設計中，根據(jù)整車的布置要求以及經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定懸架的整體空間數(shù)據(jù)和性能參數(shù)，并在ADAMS軟件平臺上建立麥弗遜懸架的簡化物理模型，進行動力學仿真分析，通過分析車輪垂直跳動與車輪前束角的變化等關(guān)系獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，運用Pro/E建立虛擬麥弗遜懸架模型。
2、擬解決的主要問題
（1）對麥弗遜懸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析和計算；
（2）ADAMS的動力學分析；
（3）優(yōu)化設計結(jié)果。
（4）Pro/E的實體物理建模；
三、技術(shù)路線（研究方法）
調(diào)查研究
懸架的設計計算
數(shù)據(jù)采集、分析、處理
在ADAMS中進行建模、仿真
優(yōu)化設計
基于PRO/E的實體模型的建立
形成研究成果
四、進度安排
（1）調(diào)研、資料收集，完成開題報告 第1、2周 （3月2日～3月15日）
（2）麥弗遜懸架的設計計 第3、4、5周 （3月16日～4月5日）
（3）應用Pro/E建立懸架三維實體模型 第6、7、8周 （4月6日～4月26日）
（4）應用ADAMS進行懸架的動力學仿真分析 第9、10、11周 （4月27日～5月17日）
（5）優(yōu)化設計及運用Pro/E進行模型的重新建模 第12、13、14周 （5月18日～6月7日）
（6）設計審核、修改 第15、16周 （6月8日～6月21日）
（7）畢業(yè)設計答辯準備及答辯 第17周 （6月22日～6月28日）
五、參考文獻
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六、備注
指導教師意見：
簽字： 年 月 日
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