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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。隨著計算機技術的長足進步，虛擬技術已經(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的全新的汽車設計開發(fā)技術體系和流程。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脫穎而出。基于ADAMS的虛擬樣機技術，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，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系。獲得相關數(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領域，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系獲得相關數(shù)據(jù)，優(yōu)化相關參數(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 (1) 張俊,麥弗遜懸架的虛擬設計及試驗平臺的研究.[D]武漢理工大學,2007,6. (2) 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].人民教育出版社,2003,7. (3) 曹民,范永法.汽車懸架技術的進展與預測[J].上海汽車,2000,7(3):5-8. (4) 萬鋼,秦明，吳憲.轎車懸架技術及發(fā)展趨勢[J].上海汽車，2004,7(6):656-682. (5) 姚嘉.汽車懸架系統(tǒng)的發(fā)展與控制理論[J].佳木斯大學學報，2004,3(5):431-438. (6) 胡寧,羅素云.麥弗遜懸架運動分析的空間解析法[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車,2007, 34(3):7-10. (7) 夏長高.麥弗遜式獨立懸架運動特性[J].農(nóng)業(yè)機械學報,2004，35(6):744-760. (8) 周水清.基于虛擬樣機的汽車平順性仿真分析[J].汽車科技,2005,36(4):7-9. (9) 陸丹.基于ADAMS的麥弗遜前懸架優(yōu)化設計[J].中國制造信息化,2004，33(8):106-109. (10) 劉惟信.汽車設計[M].清華大學出版社，2001,7. (11) 李軍.ADAMS實例教程[M].北京理工大學出版社,2002，7. (12) 趙新紅.麥弗遜式懸架在車輪轉(zhuǎn)向和跳動時的運動分析 [D],湖南大學,2003. (13) 任志華,吳琦.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 零件設計.中國電力出版社,2007,9. （14）褚志剛，汽車前輪定位參數(shù)優(yōu)化設計，重慶大學學報，2003 2 （15）王國強，虛擬樣機技術及其在ADAMS 上的應用，西安西北工業(yè)大學出版社2002 （16）趙亦同，懸架側(cè)傾特性參數(shù)及動力學仿真，傳動技術，2001 1 （17）丁華，麥弗遜懸架系統(tǒng)性能研究，江蘇大學學報2001 10 （18）孔明樹，解放牌CA10B 型汽車前輪前束的改進，汽車技術1986 3 (19) Daniel A.Mantaras, Pablo Luque and Carlos Vera.Development and validation of a three-dimensional kinematec model for the McPherson steering and suspension meehanisms. Meehanism and Machine Theory, Volume39, Issue6, June 2004, Pages603-619 (20) Jaehyung Lee, D.J.Thompson, Hong Hee Yoo.et al.Vibration analysis of a vehicle body and suspensionInternational Journal of Vehicle system Design a substructure synthesis method.Vol.24, No.4, 2000, Pages471-477 六、備注 指導教師意見： 簽字： 年 月 日 4