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基于ADAMSCAR前悬架仿真

摘要

操纵稳定性是汽车的重要使用性能之一,它不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度,而且也是决定高速汽车行驶安全的一个重要性能,被称为“高速车辆的生命线”。因此操纵稳定性日益受到人们的重视。但是传统的研究分析方法已无法满足现代汽车的研究要求,现在虚拟样机技术作为一项新的产业技术,己经开始应用到各个领域。本文正是利用动力学仿真软件ADAMS研究探讨悬架系统对操纵稳定性的影响。

本文以汽车的前悬架系统为研究对象,应用ADAMS软件对汽车做仿真优化分析。第二章和第三章详细的介绍了汽车操纵稳定性在国内外发展状况及研究成果及ADAMS软件。然后利用ADAMS/Car模块建立汽车的前悬架系统并对该系统进行模拟仿真分析。

关键字 ADAMS/CAR 汽车操纵稳定前悬架运动学仿真

Abstract

Handling and stability is one of the important performance of the car, it not only affects the ease of manipulation of motorists, but also determine the performance of an important high-speed cars with security, known as "high-speed vehicles lifeline." Therefore, increasing handling stability people's attention. But the traditional analysis methods have been unable to meet the research requirements of modern car, and now virtual prototype technology as a new industrial technology, had begun applied to various fields. This article is the use of dynamic simulation software ADAMS study investigated the effect of steering stability of the suspension system.

In this paper, the car's front suspension system for the study, application software ADAMS simulation and optimization analysis of automobile do. The second and third chapters detailed description of the vehicle handling and stability at home and abroad and the research and development of ADAMS software. Then use ADAMS / Car module builds the front suspension system of the vehicle and the system simulation analysis.

Keywords ADAMS / CAR car front suspension kinematics simulation steering stability

摘要............................................................... Abstract...........................................................

1 绪论............................................................

1.1 课题研究背景...............................................

1.2 课题的研究意义与内容.......................................

2 汽车操纵稳定性的介绍............................................

2.1 汽车操纵稳定的基本概念...................................

2.1 汽车操纵稳定的研究历史与现状.............................

3 ADAMS 软件介绍.................................................

3.1 软件简介...................................................

3.2 ADAMS 模块简介.............................................

4 基于ADAMS/Car 汽车前悬架系统模型的建立.........................

4.1 ADAMS/Car 建模原理..........................................

4.2 悬架系统介绍...............................................

4.2.1 双臂独立式悬架.......................................

4.2.2 麦佛逊式独立悬架.....................................

4.3 前悬架系统模型的建立.......................................

4.4 本章小结...................................................

5 前悬架系统的仿真................................................

5.1 运动学仿真目的.............................................

5.2 前悬架系统的运动学仿真.....................................

5.2.1

5.3 本章小结...................................................

6 总结与展望...................................................... 参考文献............................................................ 致谢................................................................

1 绪论

1.1 课题研究背景

当今世界汽车工业迅猛发展,汽车已经成为人们日常生活和工农业生产中不可缺少的重

要交通运输工具。随着汽车工业的发展和汽车的普及,人们对汽车的要求也越来越高,在获得良好的动力性和经济性的同时,还要求汽车具有良好的操纵稳定性和行驶平顺性。操纵稳定性是影响汽车安全性的主要因素之一,因此如何评价和设计汽车的操纵稳定性、获得良好的安全性,一直是汽车领域的重要课题。

在这一领域中,基础车辆动力学模型理论的研究和利用所得模型进行计算机仿真研究都

显得十分重要。尤其在计算机工业高度发达的今天,在计算机上进行仿真分析是一种既现实又经济的方法。而我们所建立的汽车模型也经历了一个从简单到复杂、从粗糙到精确的过程。这是因为汽车是一个包含惯性、弹性、阻尼等动力学特性的一个多自由度非线性连续体振动系统。而且由于组成汽车的各机械子系统如转向系统、悬架系统、轮胎等之间的相互祸合作用,使汽车的动态特性非常复杂。要想真实地描述汽车的动态特性,必须考虑尽可能多零件的运动,得到精确的数学模型。然而,太复杂的模型方程又给求解带来巨大困难,甚至得不到结果。因此,各国学者在这一领域中研究的传统方法是通过试验或人为地把汽车各子系统加以简化,抽取出能够代表系统或总成特性的本质因素,建立起较简单的数学、力学模型进行求解,并把求得的结果试验加以验证川。

理论研究的发展和计算机技术的进步,使得虚拟样机技术应运而生。以多体系统动力学理论为基础编写的大型通用软件为工程技术人员提供了方便的建模手段。应用大型通用软件能自动生成运动学和动力学方程,并利用软件内部的数学求解器准确的求解,不需要人工建立、求解方程,编写程序,因而能够节省大量的时间和人力物力,提高工作效率。这对于行业竞争逐渐加剧的汽车工业行业来说无疑是一大福音。在产品开发中采用虚拟样机分析的开发策略,成为各大汽车公司缩短产品开发周期、减少产品开发费用、提高产品开发质量,从而提高竞争能力的主要做法。

随着CAD/CAE/CAM在汽车产品设计开发中的广泛采用,人们逐渐意识到提高产品质量、缩短产品开发周期及降低产品开发最有效的途径应用数字化功能样机进行系统水平的设计。它可以有效地将三维实体模型及应用有限元FEA(Finite Element Analysis)软件描述的零部件模态有机地结合起来,准确地预测机械系统在虚拟实验室、虚拟场地上进行的各种模拟试验的性能。在这一领域美国MSC公司的ADAMS软件是目前无可基于的汽车操纵稳定性仿真

试验初步研究争议的领导者,是世界上市场占有率最高的机械系统仿真MSS(Mechanical System Simulation)软件。汽车的操纵稳定性是影响其主动安全性的主要性能之一,而且计算机仿真技术日益成熟,在这种背景下软件将越来越广泛的应用于汽车操纵稳定性研究中。

1.2 课题的研究意义与内容

SUV（运动型多功能车）通常采用非承载式车身结构，底盘有坚固的车架，使得 SUV

在碰撞或者翻车时对乘员有良好的保护作用；同时SUV离地间隙大使得汽车有良好的通

过性能和良好的视野。这些特点使得SUV具有很好的道路适应性和更多的驾驶乐趣，于

是越来越受到大家的欢迎。但是 SUV重心高非簧载质量大等缺点使得汽车的操纵稳定性

受到很大的影响，使得SUV的侧倾稳定性比较差在避让或转弯时侧翻的事故率很高，这

已经成为生产厂家和交通安全部门一个十分头疼的问题。据资料统计，在美国，2004

年SUV翻车造成的悲剧在SUV的各类车祸中占到61％，是一般轿车翻车事故死亡率的三倍，所以SUV的安全问题越来越受到人们的关注。

如果采用传统的设计方法来解决这一问题，也是国内目前普遍采用的方法，就是先分析 SUV 产生侧翻的原因主要为汽车重心高度、悬架侧倾角刚度、侧倾中心高度等，然后计算在某一状态下汽车的侧倾刚度、侧倾中心的一系列的参数，由于汽车的悬架系统是个很复杂的运动系统，整个运动过程的计算过于繁琐，这些参数都只能在很小的范围内保证其准确性，并且还没法考虑其系统中的橡胶衬套等元件的变形，往往通过多次试验才能达到设计要求，并且通过试验发现的问题也很难找到产生问题的原因。于是人们想到了如果利用计算机来解决这一问题会大大缩短开发周期，并能提高分析的准确性。

内容还没有完

2 汽车操纵稳定性的介绍

2.1 汽车操纵稳定的基本概念

汽车操纵稳定性，是指在驾驶员不感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽车能按照驾驶员通过转向系及转向车轮给定的方向（直线或转弯）行驶；且当受到外界干扰（路不平、侧风、货物或乘客偏载）时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的性能。

操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度,而且也是决定高速汽车安全行驶

的一个主要性能,所以被称为“高速车辆的生命线”。随着道路条件的不断改善,汽车在公路上的行驶速度也不断提高。因此汽车的高速操纵稳定性日益受到人们的重视,如何研究和评价汽车的操纵稳定性,以获得良好的汽车主动安全性也成为一个重要的课题。

2.2 汽车操纵稳定的研究历史与现状

汽车操纵稳定性的研究,是与汽车车速的不断提高分不开的。早期的低速汽车,还谈不上操纵稳定性问题,最早提出操纵稳定性的问题是在具有较高车速的赛车上。后来,随着车速的不断提高,在轿车、大客车和载重汽车上也都不同程度地出现了类似的问题。操纵稳定性不好的汽车通常会有“飘”、“反应迟钝”、“晃”、“丧失路感”和“失去控制”等现象。

在国外,二十世纪三十年代才开始对汽车的操纵稳定性进行系统的研究。并取得了不少有价值的研究成果。1925年法国工程师乔治·布劳海特发现了轮胎侧偏现象。同时,这一年也建立起了驱动力学的普遍原理。但由于缺乏对轮胎产生的横向力的理解,此项理论一直没有得到全面的应用。1935年Evans 给出了有关轮胎力学特性较为深入的结果,包括轮胎侧偏刚度随着侧偏角变化的规律。

随后的几年里,汽车操纵稳定性理论的一些重要的基本概念,如不足转向、过度转向、临界车速等已被汽车工程师们所熟悉。英国的Lanchester法国的Broulhet开始了车辆独立悬架的研究,并对转向运动学和悬架运动学对车辆性能的影响进行了分析。并月人们开始认识到了轮胎侧向力学的重要性。

1934年 Olley首先提出车速是一个关键因素。固特异轮胎公司根据他们的研究成

果,进行了转鼓实验,研究了轮胎特性。1935年,Evans发表了关于轮胎横向特性的文

章,并给出了转向力和回正力矩”。

1956年,Cornell Aeronautical实验室的William https://www.wendangku.net/doc/9a4524775.html,liken,David W.Whitcomb和Leonard Segel

发表了一套较为完整的关于车辆操纵稳定性的理论和定量分析的文章。其中很多的理论到现在仍被引用。在Whitcomb的文章中,他利用两自由度模型得出了一系列汽车稳定性和操纵性方面的结论。由于不考虑侧倾自由度,Whitcomb把汽车简化成了相当于自行车的两自由度模型,研究了两自由度模型的稳态响应和瞬态响应。在研究汽车横摆响应时,引入了稳定性因数K的概念。

在二十世纪60年代以前,对操纵稳定性的研究主要以开环研究为主,所谓开环研究就是把汽车作为

一个开环控制系统,求出汽车曲线行驶的时域响应和频率响应特性,对系统进行稳态和瞬态分析,用横摆角速度频率响应特性、方向盘转角阶跃输入下的稳态响应、方向盘转角阶跃输入下的瞬态响应、不足转向特性和过度转向特性等来表征汽车的特性。按照这种方法研究汽车操纵稳定性,需要建立精确的汽车动力学模型。之前的开环研究取得了许多的研究成果,详细讨论了汽车的不足转向和过度转向特性分析了保持汽车行驶方向的稳定性条件是临界车速必须大于汽车最高车速等。其应用的基础是经典控制理论,依据汽车的稳态和瞬态分析,使用不足一过度转向特性和转向输入的阶跃响应特性,来对汽车的操纵稳定性进行评价。

Martin Goland和Frederick Jindra在1961年发表的文章中用两个自由度的模型研究了四轮汽车的操纵性和稳定性。他将侧倾自由度用作用于轮胎上的垂直载荷来近似模拟,考虑了轮荷转移效应,并分析轮胎的力学特性随着车轮载荷的变化而改变。结果表明操纵稳定性随着质心的变化而变化,并且轮胎压力和轮胎宽度都在改变。

1967年,通用公司的R.Thomas Bundorf在文章中讨论了汽车参数设计和不足转向以及特征车速的关系,并提出如何预测和实际测量车辆的不足转向特性。他指出特征车速是线性模型的产物;在正常行驶条件下(横向加速度小于1/3g),车辆可由线性模型模拟,并且需要建立大直径侧滑试验场来测量特征车速。Bundorf还推导出了在给定设计参数下预测特征车速的表达式。

在日本,自从近藤提出了关于驾驶员对车辆操纵动作的基本观点以来,藤井、井口、三川等人的研究中采用了各种传递函数来描述驾驶员的操纵和汽车的运动。因为有精确的数学模型,能够得出精确的数字解,这些研究工作对车辆的设计、分析和评价车辆性能是很有价值的。电子计算机的发展和对轮胎侧偏特性的深入研究,使得已经有可能对汽车的动态响应做出相当全面而逼真的仿真,人们提出了自由度越来越多的数学力学模型,同时也提出了各种评价指标来评价汽车的操纵稳定性。

七十年代初期,EVS研究计划开始实施,促使人们去研究实用的操纵稳定性设计方法。鉴于当时的驾驶员模型仍处于提高闭环跟踪响应的仿真精度的水平,各国研究人员主要采用系统工程学的方法去探索操纵稳定性的评价方法。依据大量的试验与理论分析,首先指出了稳态响应特性、瞬态响应特性、回正特性和侧向滑移特性的安全容许范围或极限,对操纵性进行了客观评价。从七十年代开始,计算机技术迅猛发展,操纵稳定性的研究和计算机紧密地结合起来,车辆仿真模型变得更加复杂和真实,对操纵稳定性的研究也更加逼真。先期的仿真工作都在模拟计算机上进行,它能解决实时动力学问题,但其致命缺点是不能解决非线性问题。70年代早期,工程师设计了在数字和模拟联合计算机上运行的代码,使车辆动力学模型既可实时仿真又可包含非线性因素。具有代表性的工程师有Murpphy Tiffany Hickner 。

七十年代中期以后,开始利用驾驶员对汽车直线行驶性能、转弯性能和转向轻便性等特性的感觉,进行主观评价。主观评价方法虽然没有经过理论推导,但是由于考虑了驾驶员因素和道路环境的特点,

所以在一定程度上体现了闭环设计的思想。但由于对汽车的瞬态响应等特性的主、客观评价不一致,难以有效地设计汽车的操纵稳定性。

八十年代初,人们从理论和试验两方面入手,重新开始深入研究人一车闭环系统。在理论方面,充分地考虑到人的学习性和适应性,建立了许多确定性驾驶员方向控制模型,有效地仿真了人一车闭环系统对给定路径的跟随过程。在试验方面,考虑到驾驶员模型的进展程度不能满足主动安全性闭环设计的要求以及安全试验设计方法只能在样车试制后采用并受自然条件限制等缺陷,研制了开发型驾驶模拟器。这种驾驶模拟器采用先进的实时仿真、数字成像、液压控制等技术,将真实的人和模型化的汽车相结合,通过室内计算机仿真代替场地试验,缓和了理论研究的发展程度与汽车主动安全性闭环设计要求之间的矛盾。

九十年代以来,利用开发型驾驶模拟器进行人一车闭环系统主动安全性研究,改进汽车运动性能是国际上近期主要的发展方向之一。1991年日本马自达汽车公司兴建了运动车型开发型驾驶员模拟器。1993年初,美国福特汽车公司也研制出开发型驾驶员模拟器。我国吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室建设成功的开发型驾驶模拟器也投入使用,现属世界一流水平。

在我国,汽车操纵稳定性研究始于七十年代。清华大学和长春汽车研究所都同时系统地开展了这方面研究工作。我国开展汽车操纵稳定性研究的历史虽不太长,但吸取了国外的研究成果和经验,进展较快。其中,成就最突出的是吉林大学的郭孔辉院士。郭孔辉教授在驾驶员模型、人一车闭环系统特性及人一车闭环系统的定量评价方面做了大量研究工作。他在研究驾驶员一汽车一道路闭环操纵系统模型且考虑了影响汽车操纵性的诸多因素的基础上,提出了物理意义明确的各个单项总方差评价指标,并应用频率统计分析方法提出了闭环系统主动安全性的综合评价与优化设计方法,在工程实际中得到了广泛应用。

3 ADAMS 软件介绍

3.1 软件简介

ADAMS，即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国机械动力公司(Mechanical Dynamics Inc.)(现已并入美国MSC 公司)开发的虚拟样机分析软件。ADAMS已经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额，现已经并入美国MSC公司。

ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，

其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。

ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。

3.2 ADAMS 模块简介

ADAMS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成。用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真，而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。

Adams是全球运用最为广泛的机械系统仿真软件，用户可以利用Adams在计算机上建立和测试虚拟样机，实现实时在线仿真，了解复杂机械系统设计的运动性能。

MD Adams（MD代表多学科）是在企业级 MSC SimEnterprise仿真环境中与MD Nastran相互补充，提供了对于复杂的高级工程分析的完整的仿真环境， SimEnterprise是当今最为完整的集成仿真和分析技术。

MD Adams的发布完全支持运动-结构耦合仿真，与MD Nastran的双向集成可以释放便利地将Adams 的模型输出到Nastran进行更为详细的NVH分析或应力恢复，继而进行寿命/损伤计算。

MD Adams/Car

应用MD Adams/Car，技术团队可以快速建立和测试整车和子系统的功能化虚拟样车。

这可以帮助在车辆研发过程中节省时间、降低费用和风险，提升新车设计的品质。通过

MD Adams/Car的仿真环境，汽车工程师们可以在虚拟环境中对于不同的路面、不同的

实际条件反复测试他们的设计，从而得到满意的结果。

MD Adams/Car包含许多的功能模块用于多学科仿真。

Multidiscipline Value多学科价值

多学科的价值在于大大地拓广了数字分析的能力，MSC的MD技术是优化的涵盖跨学科/多学科的集成，可以充分利用现有的高性能计算技术解决大量大规模的问题。多学科技术聚焦于提升仿真效率、保证设计初期设计的有效性、提升品质、加速产品投放市场。

4 基于ADAMS/Car 汽车前悬架系统模型的建立

4.1 ADAMS/Car 建模原理

DAMS/Car模块通常的建模程序是：设计人员首先在“Template Budider”（模板）下创建所需的模板，或对已有的模板进行修改以适应建模要求；然后根据建立的模板在“Standard Interface”（标准界面）下建立子系统模型，并将子系统模型组装成系统总成或整车模型；最后根据研究目标对组装好的悬架或整车模型给出不同的分析命令，即可进行不同工况下的仿真分析或优化设计[8]。

由于ADAMS/Car模板采用的是自下而上的建模顺序(即悬架整车总成模型都是建立于子系统模型基础之上，而不同的子系统则需要建立不同的模板)，因此，在“Template Builder”中建立模板是ADAMS/Car 仿真分析首要的关键步骤。

（1）物理模型的简化

根据物理模型中各零件之间的相对运动关系，定义出各零件的拓扑结构，把没有相对运动关系的零件进行整合，定义为“General Part”。

（2）确定“Hard Point”(硬点)

硬点即为各零件间连接处的几何定位点，确定硬点就是在模板坐标系内给出零件之间连接点的几何位置。

（3）创建零件

根据硬点位置或零件质心的绝对坐标创建零件，并将实际零件的参数（如质量、转动惯量、质心位置等）输入到相应的对话框中。注意，零件的三个坐标轴方向必须与绝对坐标系的相应坐标轴平行。

（4）定义“Mount”（组装）

系统总成或整车模型都是由多个子系统装配而成，因而要在各子系统中定义“Mount”（组装），以方便各子系统模型之间的装配连接。

（5）创建零件的“Geometry”(几何形体)

在硬点的基础上建立零件的几何形体。由于零件的动力学参数已经确定，因此几何形体对动力学仿真结果实际上没有影响[4]。但在运动学分析中，零件的外形轮廓直接关系到机构的运动干涉。考虑到模型的直观性，零件的几何形状应尽可能地贴近实际结构。

（6）定义“Attachment”(连接)

按照各个零件间的运动关系确定约束类型，通过“Joint”（约束）或“Bushing”(衬套)等将各零件连接起来，从而构成子系统模板的结构模型。定义连接是正确建模的重要步骤，它直接关系着系统自由度的合理性。

（7）定义“Parameter Variable”(参数变量)

对不同的子系统模板，通常还需定义相应的参数变量，例如悬架模型中通常需对前轮定位参数进

行定义。

（8）定义、测试通讯器（Communicator）。

创建、核对与外部连接的通讯器的类型、名称、对称性。

4.2 越野车前悬架模型的建立

4.2.1 简化模型

设悬架模型的绝对坐标系的坐标原点为两侧车轮接地印迹中心点连线之中点，车辆行驶方向为x 轴负向，y轴由坐标原点指向驾驶员右侧，z轴符合右手螺旋法则垂直向上。假设前悬架关于整车纵向中心对称面对称，这样在建模过程中将type选为left，只需建立半个前悬架模型，另一半模型（包括零件、硬点、约束）可由ADAMS/Car自动生成。忽略导向杆件的柔性和变形，假设前悬架是一个多缸体系统，除了在减振器与车身及控制臂与副车架等连接处定义了“Bushing”(衬套)的弹性特性之外，系统各零件及车身均假定为缸体。假设所研究的越野车前后部符合不耦合力学条件，即前后悬架弹簧上质量的垂向运动相互独立，无轴荷纵向转移。簧上质量根据质心位置安比例分配与前、后车架上。

表4-1 前悬架简化模板的约束情况

类型约束自由度个数

万向副 4 2

圆柱副 4 2

球形副 3 2

移动副 5 1

转动副 5 2

固定副 6 1

点线约束 2 1

由表4-1可知，汽车前悬架的约束方程数目为：

m=4*2+4*2+5*1+5*2+6*1+2*1=45 （4.1）

汽车前悬架的自由度为：

DOF=6*8-m=48-45=3 （4.2）

汽车悬架共有 3 个自由度，分别为车轮绕车轴的转动、车轮绕主销的转动和车轮的上下跳动。

4.2.2 确实硬点坐标

表 4-2 前悬架定位参数

序号硬点Hard Point x/mm y/mm z/mm

1 驱动轴内支点drive_shaft_inr 0 -200 280

2 下控制臂前支点lca_front -169 -327 233

3 下控制臂外支点lca_outer 0 -690 220

4 下控制臂后支点lca_rear 230 -342 233

5 上控制臂前支点uca_front 15 -345 636

6 上控制臂外支点uca_outer 23 -604 661

7 上控制臂后支点uca_rear 139 -375 622

8 减振器下安装点lwr_strut_mount 0 -517 226

9 减振器上安装点top_mount 0 -517 636

10 转向横拉杆内支点tierod_inner 200 -420 336

11 转向横拉杆外支点tierod_outer 150 -720 336

12 车轮中心wheel_center 0 -750 336

13 副车架前支点subframe_front -400 -380 233

14 副车架后支点subframe_rear 400 -380 233

将硬点坐标输入到 Hardpoint Table 中如图所示

图4-1 硬点（hardpoint）坐标

4.2.3 生成悬架系统模型

在ADAMS/Car 中建立的部件主要包括一般部件和安装部件。一般部件是指确定了初始位置、方向、质量、惯量和质心的刚性体，所建模型中主要包含：下控制臂（lower_control_arm）、转向节（upright）、加强臂（yoke）、减振器（strut）、转向横拉杆（tierod）等；安装部件用于模型内部部件与其他子系统、试验台或地面连接，所建模型中主要包含：减振器与车身子系统连接件（strut_to_body）、转向横拉杆与转向子系统连接（tierod_to_steering）、下摆臂与车身子系统连接件（lca_to_body）等。在ADAMS/Car 中建立的前悬架系统仿真模型如图所示。

图 4-2 前悬架仿真模型

4.4 本章小结

5 前悬架系统的仿真

5.1 运动学仿真的目的

悬架系统可以用来传递车轮与车架之间的力与力矩，它的运动学特性影响着汽车

的使用性能，特别是汽车的操纵稳定性、转向轻便性和轮胎的磨损。所以对前悬架系统进行运动学仿真的目的是考察随着车轮的跳动，车轮定位参数前轮前束角、车轮外倾角、主销内倾角、主销后倾角、轮距变化等相关参数的变化是否合理。

5.2 前悬架系统的运动学仿真

5.2.1 悬架双轮同向跳动试验

对于悬架来说，可以进行很多种仿真，如：双轮同向跳动(Parallel Wheel Travel)；双轮反向跳动(Oppssite Wheel Travel)；单轮跳动(Single Wheel Travel)；转向

(Steering)；静载(Static Load)；侧倾和垂向力(Roll & Vertical Force)等。在这里我进

行的是双轮同向跳动试验，这是悬架最常做的试验之一。仿真过程参数的设置如图

图 5-1 仿真过程参数

5.2.2 仿真结果分析

仿真前定义的测量函数—前轮的定位参数,在ADAMS/PostProcessor模块中以曲线图形或表格数据的形式输出,可以清楚的看出车轮上下轮跳动时各种参数的变化。

5.2.2.1 主销内倾角

主销内倾有利于主销横向偏移距的减小，从而可减少转向时驾驶员加在方向盘上的力，使转向操纵轻便，同时也可减少从转向轮传到方向盘上的冲击力。内倾角不宜过大，否则在转向时，车轮绕主销转动的过程中，轮胎与路面之间将产生较大的滑动，增加了轮胎与路面间摩擦阻力，这不仅使转向发沉，而且加速了轮胎的磨损。实际设计时，大致范围为:7°- 13°，希望取较小的数值。从图可以看出，在车轮跳动过程中，主销内倾角变化幅度不大，其变化范围也较为理想。

图 5-2 主销内倾角曲线

The kingpin inclination curve

5.2.2.2 主销后倾角

主销后倾角对转向时的车轮外倾变化影响较大。假若主销后倾角设计较大，则外侧转向轮的外倾角会向负方向变化。因此，当前轮主销后倾角较大时，需增加前轮转向所必须的横向力，以抵消外倾推力，这样不足转向弱，最大横向加速度会增大。一般认为2°-- 3°。是合理的范围。图为车轮跳动时主销后倾角的变化曲线。可以看出，主销后倾角在2.54°附近变化，满足设计要求。

图 5-3 主销后倾角曲线

The caster angle curve

5.2.2.3 前轮外倾角

除上述主销后倾和内倾两个角度保证汽车稳定直线行驶外，前轮外倾角也具有定位作用。如果空车时车轮的安装正好垂直于路面，则满载时，车桥将因承载变形，而可能出现车轮内倾。这样将加速汽车轮胎的偏磨损。另外，路面对车轮的垂直反作用力沿轮毅的轴向

分力将使轮毅压向轮毅外端的小轴承，加重了外端小轴承及轮毅紧固螺母的负荷，降低它们的使用寿命。因此，为了使轮胎磨损均匀和减轻轮毅外轴承的负荷，安装车轮时预先使车轮有一定的外倾角，以防止车轮内倾。同时，车轮有了外倾角也可以与拱形路面相适应。但是外倾角也不宜过大，否则也会使轮胎产生偏磨损。

另外，车轮跳动时的外倾变化对车辆的稳态响应特性等有很大影响I11，应尽量减少车轮相对车身跳动时的外倾角变化，一般上跳时，对车身的外倾变化为一2°-- 0.5°/50mm。图4.6为左右车轮同步上下跳动时车轮外倾角的变化曲线。可以看出，在车轮上跳过程(横坐标0--50mm)中，车轮外倾角在1.0 -- 1.1°之间变化，变化范围约为0.1° /50mm，满足设计要求。

图 5-4 前轮外倾角曲线

The camber angle curve

5.2.2.4 前轮前束角

车轮跳动时的前束变化对车辆的直线稳定性，车辆的稳态响应特性有很大的影响，是汽车悬架的重要参数之一。设计时希望在车轮跳动时，前束不变或变化幅度较小。图为车轮上下跳动时前束角的变化曲线。可以看出，车轮上下跳动时前轮的前束角变化范围为0.04°一 0.25 °/50mm，变化范围合理且幅度较小，满足设计要求。

图 5-5 前轮前束角曲线 The toe angle curve

5.3 本章小结

法学虚拟仿真实训平台软件

法源法律实务综合模拟软件一、产品名称及规格型号法源法律实务综合模拟软件V1.0 二、产品说明（一）系统介绍法源法律实务综合模拟软件是完全模拟诉讼实务中的程序和标准的法律案件审理程序的整个过程的一套训练系统。系统覆盖现今所有法律机构办案流程，通过模拟了解法院、检察院、公安机关、仲裁、行政机构如何进行案件审理，以及在整个诉讼、侦查等过程中，如何去实现自己的诉讼权利等等。系统内置的业务涉及法院、检察院、公安侦查、仲裁、行政复议（处罚）、调解的四十余种诉讼与非讼业务流程。（二）系统价值 1、通过软件的案件和流程设置，学生通过模拟了解法院、检察院、公安机关、仲裁、行政机构如何进行案件审理，以及在整个诉讼、侦查等过程中，如何去实现自己的诉讼权利等等。 2、软件内置的业务涉及法院、检察院、公安侦查、仲裁、行政复议（处罚）、调解等。 3、软件内置的教学案例为真实的案例，并且在教师端可以进行自由添加删除修改。所谓的真实案例是该案件要求附带整套证据扫描件。 4、教师端可以进行实时庭审的监控以及对实验的所有学生进行实验进度的监控和评分。 5、管理员端可以进行班级、账号的添加，可以对软件的数据进行添加修改（如添加视频）。 6、学生端可以完成老师安排的实验也可以自行添加实验进行练习（实验的业务详见参数），可以进行单人多角色模式和多人互动模式进行操作，庭审中即可用语言视频操作也可以用文字录入模式进行操作。 7、业务流程以流程图式和 flash两种方式嵌入，即让学生和教师快速清楚了解诉讼侦查等业务的整个概况，又增加了趣味性。

8、考核功能：具有主观与自动评分相结合来（实验完成的时间、完成程度、教师预先设定的实验要求）考核学生的整个实验。 9、诉讼流程：系统用流程图跟踪颜色变动方式来显示，可以清楚直观的显示学生的实验情况，以及教师对其的监控。 10、实验数据：实验数据可以在教师端口导出所有学生的所有已完成实验的案件文书，可保存WORD打印。 11、软件数据：（1）真实案件 50 例；（2）文书模版：内置 1400 份各类型的法律文书模板；（3）司法案例，内置上千例司法案例、两高公报等; （4）合同模板：内置上千份合同模板库。（5）法律法规：内置40余万的法律法规、司法解释等 12、软件为B/S架构网络版，客户端没有站点限制。三、系统优势 A功能： 1、操作模式：单人模式：单帐号扮演案件中的所有角色，让学生独立完成实验，方便其熟悉诉讼中的每个环节。多人模式：多帐号互动扮演案件中的角色，让学生之间互动操作来配合完成实验，可根据分析案情、证据、焦点等全面提高法律技能。 2、实验流程：（1）法院：民事诉讼 A民事一审程序、B民事一审反诉程序、C民事二审程序、D民事非诉特别程序：督促程序、E民事非诉特别程序：公示催告程序F民事非诉特别程序：企业破产程序、G民事特别程序：选民资格案件程序H民事特别程序：宣告公民失踪和宣告公民死亡案件程序、I民事特别程序：认定公民无行为能力或者限制行为能力案件程序、J民事特别程序：认定财产无主案件程序K民事特别程序：宣告婚

全地面起重机油气悬挂简介

随着我国经济的飞速发展，基础建设力度的日益加大，市场对工程机械的适应性要求越来越广。为此，徐州重型厂自行研制了ＱＡＹ２５全地面起重机，该起重机与其他起重机的不同之处是悬挂系统采用了油气悬挂的形式，该系统与其他悬挂相比较有非常显著的优越性。一、系统的组成油气悬挂系统主要由泵，蓄能器，控制阀，悬挂油缸组成。二、系统的功能１．缓冲联接支撑功能：该系统的蓄能器可对由于路面的高低不平而产生的冲击通过悬挂缸的液压油传递给存有一定压力气体的蓄能器，通过压缩气体把油液的压力能转化成气体的势能，从而起到缓冲和吸收振动的作用；２．整车的升降功能：为提高整车的越野性能，该车可通过操作控制电磁阀，使液压油进入悬挂油缸，实现车架的整体升高；同时通过操作控制电磁阀使悬挂油缸在整车自重力的作用下回油，从而使整车的高度下降，为通过上方有障碍物的路面创造了条件，也为机车的高速行驶创造了条件；３．整车的手动调平和自动调平：手动调平可通过手动控制阀的控制开关，并通过悬挂油缸上的传感器检测，来调节油缸的伸缩，以达到整车调平的目的；自动调平是由右悬挂缸的大、小腔分别与左悬挂缸的小、大腔通过控制阀沟通，形成差动缸，并在两缸受力不同的条件下实现的。４．自锁功能：通过悬挂阀的控制，使悬挂缸与蓄能器及其他液压元件断开，此时悬挂系统处于刚性悬挂状态，在这种条件下可实现上车的吊重行驶功能。

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基于MATLAB_SIMULINK的油气悬架动力学仿真

基于MATLAB /SIMULINK 的油气悬架动力学仿真段俊法,孙永生,杨振中 (华北水利水电学院机械学院,郑州 450011) 摘要:建立了单气室油气悬架的非线性数学模型和二自由度汽车振动模型,利用蒙特卡洛法构造了路面不平度时间函数,利用M ATLAB /S I M ULI NK 进行了时域仿真。分析了油气悬架主要参数包括蓄能室初始体积、主活塞杆面积、阻尼孔面积变化对车辆平顺性、安全性的影响,得出了某型油气悬架结构参数的可行设计范围。关键词:MATLAB /S I M ULI NK ;油气悬架;动力学;仿真中图分类号:U 463.33+4.3 文献标识码:B 文章编号:1006-0006(2010)04-0059-03 Dyna m ics Simulation of Hydro pneu matic Suspension Based on MATLAB /SIM UL INK DUA N Jun fa,SUN Yong sheng,Y ANG Zhen zhong (M echanica l Schoo,l N o rth Ch i na U n i v ers it y o fW ater R esources and E l ec tric P o w er ,Zhengzhou 450011,China) Abstr ac:t T he non linear m at hema ti ca lm ode l s of a si ng le aux iliary gas room hydro pneu m a tic s uspens i on and a t wo DOF veh icle v i brati on model w ere built .A m ode l of ro ad roughness i n ti m e do m a i n was structured by us i ng M ontecar l o m ethod .A s i m u l ation i n ti m e do m a i n was operated w it h M ATLAB /S I M U L I NK.T he si m u lati on m odel w as e mp l oyed to st udy t he e ffect o fm a i n pa rame ters i nc l uded the i n iti a l vo l u m e o f t he aux iliary gas roo m,m ain pist on area ,da mp i ng ho l e area on vehic l e ri de co m f o rt and security perfor m ance ,then the scope o f the m a j or desi gn para m ete rs w as d iscussed . Key wor ds :MAT LAB /SI M UL I NK;H ydro pneu m atic suspensi on ;D ynam ics ;S i m ulati on 自20世纪60年代后期由Karnopp 发明油气减振器以来,车辆油气悬架的优良特性即被广大工程技术及研究人员所关注。油气悬架的结构最先应用在德国和日本的重型车辆上,以后逐步推广应用到军用特种车辆、工程机械等车辆上[1-2]。悬架直接影响车辆的平顺性和安全性,传统车辆悬架刚度和阻尼均不可变,仅可适用于某些路面。而油气悬架具有良好的非线性弹性特性和阻尼特性,较好地满足了不同路面的使用要求,提高了车辆的平均行驶车速和坏路的通过性能。车辆油气悬架系统是典型非线性系统,传统的基于叠加规律的频域分析方法不能适用,应采用时域分析的方法求得振动响应的解。路面对车辆的激励通常是不确定和满足统计规律,求解困难。应用M ATLAB /SI MULI NK 进行仿真计算可以获得较好的效果[3]。 1 油气悬架原理和建模单气室油气悬架一般由悬架缸、主活塞、蓄能器和活塞杆组成。某单气室油气悬架结构如图1所示,主活塞与悬架缸构成了主油室 ,中空的活塞杆内腔为副油室 ,把主油室和蓄能器以浮动活塞分割,蓄能器的气囊和浮动活塞组成气室!,各腔的压力、体积、面积如图1所示。当悬架处在压缩行程(活塞杆向上运动)时,I 腔的油液受到压缩向两个方向运动,一部分油液经过单向阀2和阻尼孔1流入腔;另一部分油液进入蓄能器,使气室容积减小,氮气压力升高。在这一过程中由于单向阀2和阻尼孔1同时使中心腔与腔连通,油液流经单向阀2和阻尼孔1的流速较低,产生的油液阻尼力比较小,因此主要由蓄能器内的气体受到压缩产生弹性作用来抑制活塞杆的向上运动。图1 油气悬架模型 Fig .1M odel o f H ydro pneu ma ti c Suspen s i o n 伸张行程时,活塞杆向下运动,I 腔的体积增大、压力减小, 腔体积减小、压力增大, 腔和气室!中的部分油液流向I 腔,此时因油液单向阀关闭,产生的阻尼力较大,用于衰减振动。分析物理模型时作如下简化:油液的质量与悬架油缸组件的质量均忽略不计;各构件没有弹性变形;各密封环节工作可靠、系统没有内泄漏和外泄漏;悬架油缸润滑良好、忽略库仑摩擦的影响;油液是连续不可压缩的、不考虑油液流动过程中气穴现象的影响、不考虑管路的沿程损失和局部损失。可得 F =p 1A 1-p 2A 2 (1) 静平衡位置时,各腔室的压力相同,设为p s ,即 p 1=p 2=p 4=p s (2) 在活塞被压缩和伸张时,主油室内油液体积变化等于蓄能器内油液体积变化,即收稿日期:2010-05-14 ? 59?第37卷第4期拖拉机与农用运输车 V o.l 37N o .42010年8月 T racto r&F ar m T ransporter A ug .,2010

汽车油气悬架系统设计

目录一、绪论 (5) 1.1概述 (5) 1.2油气悬架特性 (6) 1.3国内外研究现况 (7) 1.4本课题研究意义和研究内容 (9) 二、油气悬架的结构形式和工作原理 (10) 2.1系统分类 (10) 2.2单气室油气弹簧 (10) 2.3双气室油气弹簧 (12) 2.4两级压力气室油气弹簧 (12) 三、油气悬架系统建模 (13) 3.1概述 (13) 3.2单气室油气弹簧非线性模型 (13) 3.2.1单气室油气悬架物理模型的建立 (13) 3.2.2单气室油气悬架数学模型的建立 (14) 3.2.3单气室油气悬架参数的确定 (21) 3.3双气室油气弹簧非线性模型 (22) 3.3.1双气室油气悬架物理模型的建立 (23) 3.3.2双气室油气悬架数学模型的建立 (24) 3.3.3双气室油气悬架参数的确定 (26) 四、油气悬架系统特性分析 (30) 4.1概述 (30) 4.2非线性特性影响因素 (30) 4.3刚度特性 (31) 4.3.1 油气悬架刚度特性公式推导 (31) 4.4阻尼特性 (32) 4.4.1 油气悬架阻尼特性公式推导 (32) 五、一种单气室阻尼可变油气分离式弹簧的设计 (35) 5.1设计背景说明 (35) 5.2设计内容及构成 (35) 5.3附图说明 (36) 5.4具体工作过程 (41) 六、总结 (42)

参考文献 (43) 致谢 (44)

汽车油气悬架系统设计摘要车身的原有的振动决定了汽车的舒适性和平顺性，车身的固有振动频率特性与悬架的特性有关。车架和车桥之间的传输力和力矩的连接装置叫做悬架，用来缓冲车辆行驶过程中遇到的路面颠簸带给车身或车桥的振动，同时降低由其带来的冲击。油气悬架有很好的非线性刚度特性和非线性阻尼特性，车辆采用这种悬架系统可达到汽车平稳运行，减少道路的颠簸，缓解驾驶疲劳，提高车辆的乘坐舒适性。因此，对油气悬架系统性能的设计与研究对车辆的乘坐舒适性具有重要的意义。在单汽缸油气弹簧为基础的研究对象上，主要工作集中在以下几个方面：首先悬架系统的发展历程，实际应用，研究现况，然后叙述了悬架的分类和各自的技术特点。然后建立了粗糙的油气悬架的物理模型和数学模型，分析油气悬架系统特性的影响因素，在此基础上，设计了一种新型结构的基于整车油气悬架的试验台，它的负载量是可变的、油气是分离式的。关键词：油气悬架非线性特性整车油气悬架结构设计

车辆悬架模型的仿真与分析

车辆悬架模型的仿真与分析目前，关于汽车模型的研究很多。詹长书等人研究了二自由度懸架模型的频域响应特性。李俊等人模拟了不同车速和路况下二自由度车辆模型的动力学。郑兆明研究了二自由度车轮动载荷的均方值。基于Matlab建立了更加复杂的悬架模型，分析了其在模拟路面作用下的响应，分析了系统阻尼参数和刚度参数变化对车身动态响应的影响。标签：汽车悬架；模型；模拟据公安部交通管理局统计，截至2019年3月底，全国机动车保有量达3.3亿辆，其中汽车达2.46亿辆，驾驶人达4.1亿，机动车、驾驶人总量及增量均居世界第一。随着汽车数量的迅速增加，人们开始越来越重视汽车的乘坐舒适性，平顺性是舒适性的重要组成部分。振动是影响平顺性的主要因素，因此车身系统参数的合理设计对提高汽车的舒适性和安全性具有重要意义。 1车辆悬架模型传统的悬架系统一般由弹性元件和参数固定的阻尼元件组成。本文选择汽车后轮的任意悬架系统建立四分之一模型。该模型的简图如下图1所示。其中，1是螺旋弹簧，2是纵向推力杆，3是减震器，4是横向稳定器，5是定向推力杆。 2悬架刚度分析 2.1悬架垂直刚度分析悬架系统的垂直刚度可以通过分析悬架两个车轮在同一方向上的运行情况来获得。因为装有发动机的车辆的前轴载荷变化很大，所以前悬架通过调节螺旋弹簧的刚度和自由长度来确保车身姿态。后悬架的轴重变化不大，只有螺旋弹簧的自由长度略有调整，后悬架螺旋弹簧的刚度没有调整。这导致带有发动机的B 车型前悬架刚度略有增加。除了悬架结构和参数的匹配外，前后悬架固有频率的正确匹配是降低车辆振动耦合度、有效提高车辆乘坐舒适性的重要方法之一。由于B型前悬架的轴重变化很大，通过调整前悬架螺旋弹簧的刚度，前悬架和后悬架的偏置频率比几乎不变。 2.2悬架倾角的刚度分析一般来说，乘用车的前后侧倾刚度比要求在1.4和2.6之间，以满足略微不足的转向特性的要求。B车型前悬架的侧倾刚度略高于C车型，这是由前悬架刚度的增加引起的。前悬架侧倾刚度的增加有助于减小侧倾角度，但变化很小。

前悬架分析报告

前悬架力学计算、建模及仿真分析关键词：前悬架力学计算建模仿真分析概述：

本课题内容共两项： 1.计算、分析或测量系列前独立悬架中前梁在静载条件下，其外力大小和方向 2.针对汽车的前梁与独立悬架总成设计、开发中的实际问题，利用机械系统自动动力学仿真软件，开发汽车前悬架系统设计模块，模拟汽车的实际工况，建立力学分析模型，分析影响汽车前轮定位参数的结构因素为测量前悬架设计提供理论依据，为汽车前悬架提供最佳的结构尺寸。 1 前悬架力学计算 1.1．前悬架受力分析前悬架的结构为双横臂带扭杆弹簧，且扭杆弹簧上置。静载时分析悬架受力如下图1-1所示：

图1-1 悬架受力图 (1) 在轮胎中心线oo ’接地点o ’受垂直载荷Fz 和横向力Fy (2) 上摆臂在球头A 处受横向和纵向力分别为F2y 和F2z(作用力方向假设为图示方向)，在D 处受扭杆产生的扭矩m (3) 下摆臂在球头B 处受力为F1（由于扭杆上置，下摆臂为二力杆，F1的方向与下摆臂两节点的连线共线）。由静力平衡建立方程可得： ()12322**cos **y z F F h F a ωω-=- --------------------------(1-1) 211*cos y y F F F ω=- ----------------------- (1-2) 211*sin z z F F F ω=+ -------------------------- (1-3) 233233**cos **sin z y F F m ωω-= ------------------------- (1-4) 式中 2 ----------------------为主销长度，由图纸尺寸可得约为264mm 3 ----------------------为上摆臂长度，由图纸尺寸可得为270mm 2ω----------------------为主销内倾角，由图纸尺寸可得为6.5度 13,ωω--------------------为下、上摆臂角

虚拟仿真实验教学中心平台建设方案

湖北警官学院虚拟仿真实验教学建设方案一、方案背景虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物。为贯彻落实《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高〔2012〕4号）精神，根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，教育部决定于2013年启动开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作。其中虚拟仿真实验教学的管理和共享平台是中心建设的重要内容之一。目前，大多数高校都有针对课程使用实验教学软件，但由于每个专业或课程的情况不同，购买的软件所采用的工作环境、体系结构、编程语言、开发方法等也各不相同。由于学校管理工作的复杂性，各校乃至校内各专业的实验教学建设大都自成体系，各自为政，形成了“信息孤岛”。主要面临如下问题：? 管理混乱，各种实验教学软件缺乏统一的集中管理。 ? 使用不规范，缺乏统一的操作模式和管理方式； ? 可扩展性差，无法支持课程和相应实验的扩展； ? 各系统的数据无法共享，容易形成“信息孤岛”； ? 缺乏足够的开放性； ? 软件部署复杂，不同的软件不能运行在同一台服务器上；二、方案目标该方案的目标就是高效管理实验教学资源，实现校内外、本地区及更广范围内的实验教学资源共享，满足多地区、多学校和多学科专业的虚拟仿真实验教学的需求。平台要实现学校购置的所有实验软件统一接入和学生在平台下进行统一实验的目的，通过系统间的无缝连接，使之达到一个整体的实验效果，学校通过该平台的部署，不仅可以促进系统的耦合度，解决信息孤岛的问题，还可以使学校能够迅速实施第三方的实验教学软件。平台提供了全方位的虚拟实验教学辅助功能，包括：门户网站、实验前的理论学习、实验的开课管理、典型实验库的维护、实验教学安排、实验过程的智能指导、实验结果的自动批改、实验成绩统计查询、在线答疑、实验教学效

矿用汽车油气悬架系统建模与仿真

第１期２０１１年１月机械设计与制造ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ２３９文章编号：１００１—３９９７（２０１１）０１－－０２３９—０３矿用汽车油气悬架系统建模与仿真术曹瑞元１张宏２熊诗波－（，太原理工大学机械电子工程研究所，太原０３００２４）（２煤炭科学研究总院太原研究院，太原０３０００６）Ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏ——ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｏｆｍｉｎｅｔｒｕｃｋＣＡＯＲｕｉ－ｙｕａｎｌ，ＺＨＡＮＧＨｏｎ９２，ＸＩＯＮＧＳｈｉ－ｂ０１（１ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｃｈａｎｏ－－ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ）（ｒＦａｉｙｕａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌ—ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔａｉｙｕａｎ０３０００６，Ｃｈｉｎａ）；【摘要】以ＷＣ５铰接式矿用汽车的油气悬架系统为研究对象，建立了包括刚度、阻尼、摩擦等因｛ｉ素的油气悬架系统非线性数学模型，并对油气悬架系统刚度特性和阻尼特性进行分析；分析表明，蓄能：；器初始条件直接决定着油气悬架的刚度特性，增大悬架缸的内径，减小单向阀、阻尼孔的直径则产生的｛！阻尼力增大，这为矿用汽车油气悬架系统的设计提供了一定的参考依据。！｛关键词：矿用汽车；油气悬架；刚度；阻尼｛Ｉ【ＡｂｓｔｒａｃｔｌＴｈ／ｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓｔｈｅｎｏｎ－ｌｉｎｅａｒｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅＺｏｆｈｙｄｒｏ－ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓｕｓｐｅｎ－｛ｓｔ‘ｏｒｔｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｉｔｓ．ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏａｐａｒｔｉｃｕｌａｒｍｏｄｅｌｏｆｍｉｎｅｔｒｕｃｋ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ｄａｍｐｎｅｓｓ，ｆｒｉｃ—ｔｉｏｎ．Ａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄｄａｍｐｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｙｄｒｏ－ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓｍｐｅｎｓｉｏｎｓ筘ｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ中图分类号：ＴＨｌ６。ＴＰ３９１．４１文献标识码：Ａ矿用汽车运用在比较恶劣的煤矿井下巷道中，由于路面起伏不平，作用于车轮上的垂直作用力具有较强的冲击力，车辆的操纵稳定性和行驶平顺性较差。而油气悬架具有良好的非线性刚度和阻尼特性，可以极大地提高车辆的操纵稳定性和行驶平顺性，从而改善驾驶员的舒适性，并且由此可以减轻车辆零部件的损坏程度、提高车辆的使用寿命。以ＷＣ５矿用汽车油气悬架系统为研究对象，对其进行综合特性分析，为矿用汽车油气悬架系统的设计提供了一定的参考依据。１油气悬架系统的结构及工作原理１．１结构图ｌ矿用汽车油气悬架１．油气悬架２．前车架３摆架矿用汽车油气悬架系统是由油气悬架缸，蓄能器以及控制机构组成，如图１所示。其中油气悬架缸是主要的减振元件，其缸筒上部与车架铰接，活塞杆与摆架铰接，近似垂直设置，用于支撑车身的重量，而摆架后端与车架之间通过一关节轴承铰接。油气悬架缸实际上是一个单作用液压缸，其活塞杆腔与大气相通，活塞腔通过单向阀和阻尼孔与蓄能器相通。而蓄能器是油气悬架系统的主要弹性元件，它安装于前车架上，依靠氮气的弹性变形来缓和或抑制不平路面对矿用汽车带来的冲击。１．２工作原理矿用汽车油气悬架系统属于独市式悬架系统，其单轮两自由度非线性物理模型，如图２所示，活塞杆腔（Ⅱ腔）与大气直接相通。当车辆受到路面不平激励时，活塞杆相对缸筒上下运动。当活塞杆向上运动时，Ｉ腔内压力增大，腔内的油液通过单向阀和阻尼孑Ｌ进入蓄能器内、压缩蓄能器内的氮气以此来吸收路面对车辆带来的冲击，此时油气悬架的作用相当于传统悬架的弹簧；当活塞杆向下运动时，Ｉ腔内压力减小，蓄能器的部分油液在高压氮气的作用下压入活塞腔中并对其补油，此时单向阀关闭，油气悬架起着减振作用。图２单轮两自由度油气悬架模型１．车架等簧载质量２．缸筒３．活塞杆４．摆架等非簧载质量５．蓄能器６．单向阀７．阻尼孔 ★来稿日期：２０１０－０３—１８★基金项目：山西省青年科技研究基金项目（２００８０１２００６－－１）万方数据

运用MatlabSimulink对主动悬架动力学仿真与分析

运用Matlab/Simulink对主动悬架动力学仿真与分析摘要：基于主动悬架车辆1/4动力学模型，采用LQG最优调节器理论确定了主动悬架的最优控制方法，利用matlab软件建立了主动悬架汽车动力学仿真模型，并用某一车型数据进行了动力学分析和仿真，仿真输出量可作为评价主动悬架的控制方法和与平顺性有关的车辆结构参数的依据。关键词：主动悬架仿真 Matlab Dynamics Simulation Of Vehicle Active-suspension By Using MATLAB Abstract: Linear-Quadratic-Gaussian(LQG) optional regulator theory is applied to optional control of active-suspension based on quarter vehicle dynamics model of active-suspension. Using MATLAB software，dynamics on model of vehicle of active-suspension is established to make analysis and simulation according to some actual data .Simulation output can be used to evaluate the control method of active-suspension and structure parameters of vehicle in relation to ride performance. Key words: active-suspension simulation MATLAB

matlab四自由度汽车悬架仿真系统

线性系统理论大作业 1/2汽车模型悬架系统建模与分析学院：自动化学院姓名学号：陈晨（16）周铉（84）联系方式：时间： 2015年6月

目录一、研究内容 .....................................................错误!未定义书签。 1、问题描述.................................................错误!未定义书签。 2、系统建模.................................................错误!未定义书签。二、系统分析 .....................................................错误!未定义书签。 1、状态空间方程.........................................错误!未定义书签。 2、系统稳定性判断.....................................错误!未定义书签。 3、使用不同的采样周期将系统离散化求得其零极点分布图 .......................................................................错误!未定义书签。 4、系统一、二正弦响应曲线 ....................错误!未定义书签。 5. 系统一、二的阶跃响应..........................错误!未定义书签。三、系统能控能观性判别.................................错误!未定义书签。 1、根据能控性秩判据.................................错误!未定义书签。四、极点配置 .....................................................错误!未定义书签。五、状态观测器设计.......................................错误!未定义书签。 1、全维状态观测器设计.............................错误!未定义书签。 2、降维状态观测器.....................................错误!未定义书签。一、研究内容本文对题目给定的1/2汽车四自由度模型，建立状态空间模型进行系统分析，并通过MATLAB仿真对系统进行稳定性、可控可观测性分析，对得的结果进行分析，得出系统的综合性能。在此基础上，设计全维和降维状态观测器以及状态反馈控制律和对性能的优化设计。

行驶动力学建模、仿真及主动悬架控制器设计

目录 1. 计算机仿真系统模型的建立 .......................................................... - 1 - 2. LOG控制器设计 .............................................................................. - 2 - 3. 计算实例........................................................................................... - 3 - 4. MATLAB仿真过程.......................................................................... - 4 - 5. 半车模型建模及仿真 ...................................................................... - 8 - 5.1随机线性最优控制 ................................................................... - 9 - 5.2预瞄控制 ................................................................................. - 11 - 5.3结果比较 ................................................................................. - 12 -

一种新型的油气悬挂缸

产品?结构文章编号:100320794(2005)0720103202 一种新型的油气悬挂缸戴志晔 (煤炭科学研究总院太原分院,太原030006) 摘要:介绍了M K-3S悬挂式多用途胶轮车上使用的一种新型油气悬挂缸的结构、工作原理、主要功能以及主要技术参数。并分析了这种结构型式的油气悬挂系统所具备的特点及其工作性能。关键词:油气悬挂缸;快换机构;减振中图号:TD529文献标识码:B 1　引言煤矿井下胶轮车辆由于行驶在比较恶劣的井下巷道中,路面起伏不平,作用于车轮上的垂直反力具有较强的冲击性,为了提高车辆行驶平顺性和操纵稳定性,减少动载荷引起车辆零部件损坏程度,提高车辆的使用寿命,采用一种能同时兼顾几方面要求的悬挂系统。国外20世纪60年代后期和国内20世纪80年代初开始研究油气悬挂系统,由于其优越的非线性弹性特性和良好的减振性能,能够较好地满足矿山工程车辆的要求。油气悬挂系统是以油液传递压力,用惰性气体(通常为氮气)作为弹性介质的一种悬挂系统。 2　油气悬挂缸结构及作用新型油气悬挂缸是一种双作用油-气协同作用的减振缸,一端装有液压油、另一端充有高压氮气的封闭缸,在液压油缸内设置有起阻尼作用的一个小孔来实现其动作,可缓冲车辆在行驶中所受路面的冲击载荷,使车厢及车轮的振动迅速得到衰减。这种悬挂系统是由新型油气悬挂缸、控制阀和手动换向阀等共同构成的自定位可控油气悬挂系统,在后机架上左右各安装1套。控制阀由单向阀和二位液控阀组成,其阀体组焊在该油气悬挂缸上,如图1所示。油气悬挂缸的两端耳子用铰销联接安装在后机架和车轮摆架装置之间,而车轮摆架装置与后机架铰接连接,后轮刚性联接在车轮摆架装置上,当后轮受到冲击载荷时,后轮与车轮摆架装置共同以铰接销A为枢轴摆动。作为快换机构关键元件之一的油气悬挂缸同时还起升降液压缸的作用,推拉车轮摆架装置使其机架升降,从而实现工作装置(平板车厢、槽形车厢、自卸车厢和人厢)的自动更换。油气悬挂缸、锁紧液压缸和锁紧耳板等共同组成工作装置快换机构。锁紧液压缸一端铰接固定在后机架上,另一端同安装在后机架内侧的锁紧耳板铰接。油气悬挂缸伸出,推动车轮摆架装置,整个机架抬起,同时将车厢举起,与此同时锁紧液压缸伸出,推动锁紧耳板动作将车厢定位夹紧,使车厢同后机架连成一体;当油气悬挂缸缩回时,拉动车轮摆架装置,整个机架降低高度,同时解除对车厢的锁紧,可将车厢放下,从而实现车厢与后机架的分离。车厢与后机架靠3点啮合,即车厢前中部长210mm,直径120mm带锥度的柱销插入后机架前端中部装有尼龙导向套的销孔内,车厢两侧长95 mm,直径100mm的柱销放入后机架两侧锁紧耳板孔内。图1　油气悬挂系统及快速更换机构安装简图 Fig11　The brief dra wing of mounting for the quick replace mechanism and the hydro-pneum atic suspension system 11导向套　21后机架　31油气悬挂缸　41控制阀　51锁紧液压缸 61锁紧耳板　71车轮摆架装置　81后车轮 3　油气悬挂缸工作原理油气悬挂的液压系统原理如图2所示。当车辆在路面行驶时,油气悬挂缸的活塞杆处于伸出状态,活塞处于阻尼孔附近,手动换向阀处于中位,活塞杆腔接通油箱。使油液返回油箱,由于气体的可压缩性,活塞杆处于既可外伸,又可缩回的悬浮状态,从而实现缓冲减振功能,振动阻尼行程可达120mm。在没有冲击载荷时,油气悬挂缸活塞杆的推力与充气腔的气体推力相互平衡,活塞处于悬浮状态的中位,使后机架及车厢高度保持不变;当车轮滚动行驶在凸起或滚出凹坑路面时,产生冲击载荷,车轮与车轮摆架装置共同以铰接销A为枢轴上摆,靠近后机架,此时,油气悬挂缸受压缩,活塞杆缩回,高压氮气被压缩,吸收冲击动能,后机架及车厢相对后轮中心高度下降;当车轮滚离凸起或滚动行驶在凹坑路面时,车轮与车轮摆架装置一起以铰接销A为枢轴下摆,远离后机架,油气悬挂缸受到拉伸作用,活塞杆伸出,高压氮气膨胀,后机架及车厢相对后轮中心高 ? 3 1 ? 　2005年第7期煤矿机械

基于Matlab的汽车主动悬架控制器设计与仿真

《现代控制理论及其应用》课程小论文基于Matlab的汽车主动悬架控制器设计与仿真学院：机械工程学院班级：ＸＸＸＸ（XX）姓名：X X X 2015年6月3号河北工业大学

目录 1、研究背景 (3) 2、仿真系统模型的建立 (4) 2.1被动悬架模型的建立 (4) 2.2主动悬架模型的建立 (5) 3、LQG控制器设计 (6) 4、仿真输出与分析 (7) 4.1仿真的输出 (7) 4.2仿真结果分析 (9) 5、总结 (10) 附录：MATLAB程序源代码 (11) （一）主动悬架车辆模型 (11) （二）被动悬架车辆模型 (12) （三）均方根函数 (13)

1、研究背景汽车悬架系统由弹性元件、导向元件和减振器组成,是车身与车轴之间连接的所有组合体零件的总称,也是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间一切力传递装置的总称,其主要功能是使车轮与地面有很好的附着性,使车轮动载变化较小,以保证车辆有良好的安全性,缓和路面不平的冲击,使汽车行驶平顺,乘坐舒适,在车轮跳动时,使车轮定位参数变化较小,保证车辆具有良好的操纵稳定性。 (a)被动悬架系统(b)半主动悬架系统(c)主动悬架系统图1 悬架系统汽车的悬架种类从控制力学的角度大致可以分为被动悬架、半主动悬架、主动悬架3种（如图1所示）。目前,大部分汽车使用被动悬架,这种悬架在路面不平或汽车转弯时,都会受到冲击,从而引起变形,这时弹簧起到了减缓冲击的作用,同时弹簧释放能量时,产生振动。为了衰减这种振动,在悬架上采用了减振器,这种悬架作用是外力引起的,所以称为被动悬架。半主动悬架由可控的阻尼及弹性元件组成,悬架的参数在一定范围内可以任意调节。主动悬架是在控制环节中安装了能够产生上下移动力的装置,执行元件针对外力的作用产生一个力来主动控制车身的移动和车轮受到的载荷,即路面的反作用力。随着电控技术的发展，微处理器在车辆中的应用已经日趋普遍,再加上作动器、可调减振器和变刚度弹簧等重大技术的突破,使人们更加注对主动悬架系统的研究。车辆悬架的特性可以从车身垂直加速度,悬架动行程以及轮胎动位移来研究。本文对主动悬架采用LQG最优设计策略,利用MATLAB/Simulink软件进行仿真,分别对被动悬架与主动悬架建立动力学模型,并对两种悬架的仿真结果做了详细的比较分析与说明。

虚拟仿真实验平台在土木工程的应用

虚拟仿真实验平台在土木工程的应用摘要：开展虚拟仿真教学是国家教育信息化的具体体现，是未来高校实践教学发展的必由之路。首先，本文总结土木工程专业课程相关教学实验的特点，阐述进行虚拟仿真实验平台建设的必要性。其次，分析虚拟仿真实验平台在土木工程教学中的优势及作用，并提出虚拟仿真实验平台用于土木专业教学的具体举措。最后，阐述虚拟仿真教学存在的共性问题及解决策略，为今后高校土工工程专业课程开展虚拟仿真实验平台建设提供参考。关键词：虚拟仿真;教育信息化;土木工程;实践教学土木工程具有十分鲜明的行业背景和特点，随着社会的发展和技术进步，工程结构越来越大型化、复杂化，超高层建筑、特大型桥梁、巨型大坝、复杂的地铁系统不断涌现，满足了人们的生活需求，同时也演变为社会实力的象征。在土木工程专业的人才培养中，实验教学对学生实践能力、工程素质和创新精神的培养占有非常重要地位，由于开展实习、实践、实验等教学活动所需场地、时间和经费等诸多因素的制约，传统的实验形式单一、内容较少、知识分散，不能很好地适应工程建设快速发展对人才培养提出的新要求，迫切需要开展虚拟仿真实验，以弥补实体实验教学的不足。同时，《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》指出，"信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以髙度重视";。为此教育部加强了对实验教学信息化工作的宏观指导，先后出台《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》《2017年教育信息化工作要点》《关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》和《教育部关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》等相关文件，旨在深入推进信息技术与高等教育实验教学的深度融合，拓展实验教学内容广度和深度，延伸实验教学时间和空间，提升实验教学质量和水平，其迫切性和重要性毋庸置疑。一、土木工程专业实验的特点土木工程是基于实践经验发展而来的学科，其核心课程如《混凝土结构设计原理》《桥梁工程》《钢结构设计基本原理》《隧道工程》《基础工程》《工程结构抗震》等，所涉及的教学实验普遍存在以下特点。 1.实验构件体量大、周期长实体的房屋建筑、桥梁、隧道等工程，一般体量都很大，如高层结构中的剪力墙、大跨度桥梁的墩柱等，对这些大体量的结构或构件，在实验室完成其实体实验几乎是不可能的，同时，土木工程专业实验还存在成本髙、实验周期长等特点，如钢筋混凝土梁、柱构件实体实验模型，从试件设计，钢筋下料、模板制作、混凝土浇筑、养护直至加载试验不仅耗费大量资源，实验周期也很长，制约了学生的全程直接参与。

油气悬挂的性能特点及研究现状

油气悬挂的性能特点及研究现状油气悬挂一般是以惰性气体（氮）作为弹性介质，以油液作为传力介质，呈现出很好的非线性特性，对重型越野车辆以及载货汽车都具有很好的匹配效果，同时储能比很大，约为330000Nm/kg（以6MPa氮气充气压力为例），重量比钢板弹簧轻50%，比扭杆弹簧轻2O%，从而使它拥有了广阔的发展前景。 1、油气悬挂性能特点及其研究的必要性油气悬挂主要由油气弹簧组成，集弹性和阻尼元件于一身，同时缸体具有一定的导向作用，所需车体布置空间较小，以其优越的非线性弹性特性和良好的减振功能，能够最大限度地满足工程车辆的平顺性要求。从其整体结构看，目前工程车辆上应用的油气悬挂系统主要有独立式和互连式两种类型；从油气弹簧的形式看，则分为单气室油气分离式、双气室油气分离式、多级压力式和油气混合式等。与其他悬挂系统相比，油气悬挂具有如下特点。 1）非线性变刚度特性，油气悬挂具有非线性变刚度、渐增性的特点。当车辆在平坦路面行驶时，悬挂动行程较小，弹性介质承受瞬时压力所产生的刚度也就小，能够满足平顺性的要求；当车辆在起伏地行驶时，弹性力呈非线性变化且幅值增加，可以吸收较多的冲击能量，发挥出气体单位质量储能比大的特点，有效起到缓冲作用，避免了能量直接传递到车身以及“悬挂击穿”现象的出现，从而提高车辆的越野速度，改善其机动性。例如安装油气悬挂与安装扭杆悬挂的M60坦克在美国阿伯丁试验场第三号越野跑道（地面不平度为90mm）上进行对比试验，前者平均时速达到了38.62km/h，而后者仅为14.48km /h。另外，对于载荷变化较大的车辆，其必要性也很明显。若悬置质量变化，刚度不变，则固有频率会随着载荷发生改变。例如解放牌汽车满载时，后悬挂质量约为空车的四倍多，倘若使用线性悬挂系统，则满载与空载的车身振动频率分别为1.6HZ和3.2HZ。固有频率的大范围变化会导致车辆行驶性能变差；而油气悬挂的非线性刚度特性能够有效克服这一缺点，将车身固有频率保持在一个相对稳定的范围，这对载重型车辆是至关重要的。 2）非线性阻尼特性，安装阻尼阀后，与普通液压减振器相同，油气弹簧的阻尼系数也具有非线性特征，悬挂阻尼力和阻尼比均随着车架与车桥相对速度的变化而变化。 3）车姿调整功能，可调式油气悬挂可以使车体升降，前后俯仰和左右倾斜，但需附加一套车姿调节系统，主要通过对悬挂缸的补油或排油实现上述功能，以改善车辆的越障能力，提高通过性；装有可调式油气悬挂的两栖作战车辆涉水时可以将车轮收起，减少水流阻力；另外还可以使行驶系统维修方便，无需液压千斤顶即可拆装车轮，但调节高度有限，一般不超过300mm。对于车姿调节功能通常只有在主动悬挂中才能实现，体现了油气悬挂的优越性能。 4）悬挂闭锁功能，将油气悬挂中的动力缸和蓄能器分置，并在连接它们的高压管路上加装锁止阀即可实现悬挂闭锁功能，这对工程车辆具有重要价值，例如全路面起重机、吊车、挖掘机等，在特殊作业时通过闭锁形成刚性悬挂，便于运载和移动重物另外还可以减轻或消除坦克和自行火炮等军用车辆在射击时产生的车体俯仰振动，提高射击精度。