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SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué)生姓名
李圣明
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程B05-17班
指導(dǎo)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(dòng)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(duì)整車行駛動(dòng)力學(xué)(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(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)校核的重要內(nèi)容之一,由于汽車懸架系統(tǒng)是比較復(fù)雜的空間機(jī)構(gòu),這些就給運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析帶來較大困難。人們采用不同的途徑或手段對(duì)其進(jìn)行分析研究,包括試驗(yàn)、簡化成理想約束條件下的機(jī)構(gòu)分析。過去多用簡化條件下的圖解法和分析計(jì)算法對(duì)汽車懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行分析計(jì)算,用多自由度的質(zhì)量—阻尼剛體數(shù)學(xué)模型對(duì)汽車行駛狀況進(jìn)行仿真。所得的結(jié)果誤差較大,并且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的長足進(jìn)步,虛擬技術(shù)已經(jīng)成為世界汽車開發(fā)設(shè)計(jì)的應(yīng)用潮流。上世紀(jì)90年代中期以來,數(shù)字化設(shè)計(jì)與虛擬開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用在世界范圍內(nèi)得到大力推廣,這是基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)仿真分析、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)及虛擬制造、計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)及虛擬實(shí)驗(yàn)等先進(jìn)技術(shù)的全新的汽車設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)體系和流程。特別二十世紀(jì)八十年代以來這種情況得到了改變,而多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的成熟,使汽車動(dòng)力學(xué)的建模與仿真產(chǎn)生了巨大飛躍,特別是ADAMS軟件的成功應(yīng)用使虛擬樣機(jī)技術(shù)脫穎而出?;贏DAMS的虛擬樣機(jī)技術(shù),可把懸架視為是由多個(gè)相互連接、彼此能夠相對(duì)運(yùn)動(dòng)的多體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),其運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真比以往通常用兒個(gè)自由度的質(zhì)量一阻尼剛體(振動(dòng))數(shù)學(xué)模型計(jì)算描述更加真實(shí)反映懸架特性及其對(duì)汽車行駛動(dòng)力學(xué)影響。
懸架是車輛重要的組成部分。其主要任務(wù)是傳遞車輪與車架之間的力和力矩,并緩和沖擊、衰減振動(dòng)。對(duì)改善車輛的行駛平順性、減輕車輛自重以及減少對(duì)公路的破壞具有重要息義。
在傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、試制過程中必須邊試驗(yàn)邊改進(jìn),從設(shè)計(jì)到試制、試驗(yàn)、定型,產(chǎn)品開發(fā)成本較高,周期長。運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù),結(jié)合虛擬設(shè)計(jì)和虛擬試驗(yàn),可以大大簡化懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(fèi)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(shè)計(jì)產(chǎn)品。
本課題研究的目的和意義就在于運(yùn)用ADAMS軟件建立車輛麥弗遜式懸架的虛擬設(shè)計(jì)及進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真,在試制前的階段進(jìn)行設(shè)計(jì)和試驗(yàn)仿真,并且提出優(yōu)化設(shè)計(jì)的意見,獲得分析車輪垂直跳動(dòng)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(shè)計(jì)缺陷,完善設(shè)計(jì)方案,縮短開發(fā)周期,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率,為生產(chǎn)實(shí)際提供理論支持。具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
研究現(xiàn)狀: 馬車出現(xiàn)的時(shí)候, 為了乘坐更舒適, 人類就開始對(duì)馬車的懸架(葉片彈簧)進(jìn)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(jì)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(duì)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(gè)由螺旋彈簧組成的被動(dòng)懸架。 被動(dòng)懸架的參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法確定, 在行駛過程中路況保持不變,很難適應(yīng)各種復(fù)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(dòng)懸架的弊端。被動(dòng)懸架主要應(yīng)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(fù)合式縱擺臂懸架和多連桿懸架。被動(dòng)懸架是傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu),剛度和阻尼都是不可調(diào)的,依照隨機(jī)振動(dòng)理論,它只能保證在特定的路況下達(dá)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(duì)低廉且不需額外能量,因而應(yīng)用最為廣泛,在我國現(xiàn)階段,仍然有較高的研究價(jià)值對(duì)于汽車懸架系統(tǒng)的研究,國內(nèi)采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析和計(jì)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(xué)同時(shí)發(fā)展了汽車動(dòng)力學(xué)的研究。研究工作集中在平順性、操縱穩(wěn)定性性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法、試驗(yàn)方法及操縱穩(wěn)定性力學(xué)模型的建立、模型的計(jì)算方法、性能預(yù)測方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法等。力學(xué)模型從七十年代研究汽車側(cè)偏和橫擺運(yùn)動(dòng)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(gè)自由度的非線性模型,其功能也從對(duì)汽車穩(wěn)定性的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)的分析,發(fā)展到汽車轉(zhuǎn)彎制動(dòng)性能的分析。90年代初人們開始把多柔體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論和方法用于汽車技術(shù)領(lǐng)域,這標(biāo)志著汽車多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)向新的層次發(fā)展,許多有益的工作值得借鑒。
清華大學(xué)、吉林大學(xué)、武漢理工大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校都運(yùn)用ADAMS軟件建立多體動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)懸架系統(tǒng)操縱穩(wěn)定性的影響尤其是麥弗遜獨(dú)立懸架的優(yōu)化設(shè)計(jì)做了深入的研究。也對(duì)麥弗遜獨(dú)立懸架模型進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)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(dòng)時(shí)的變化規(guī)律。
二、設(shè)計(jì)(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(shè)計(jì)要求,分析減振器、彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算過程,在懸架設(shè)計(jì)中,根據(jù)整車的布置要求以及經(jīng)驗(yàn)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(tái)上建立麥弗遜懸架的簡化物理模型,進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析,通過分析車輪垂直跳動(dòng)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(yùn)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(duì)麥弗遜懸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算;
(2)ADAMS的動(dòng)力學(xué)分析;
(3)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。
(4)Pro/E的實(shí)體物理建模;
三、技術(shù)路線(研究方法)
調(diào)查研究
懸架的設(shè)計(jì)計(jì)算
數(shù)據(jù)采集、分析、處理
在ADAMS中進(jìn)行建模、仿真
優(yōu)化設(shè)計(jì)
基于PRO/E的實(shí)體模型的建立
形成研究成果
四、進(jìn)度安排
(1)調(diào)研、資料收集,完成開題報(bào)告 第1、2周 (3月2日~3月15日)
(2)麥弗遜懸架的設(shè)計(jì)計(jì) 第3、4、5周 (3月16日~4月5日)
(3)應(yīng)用Pro/E建立懸架三維實(shí)體模型 第6、7、8周 (4月6日~4月26日)
(4)應(yīng)用ADAMS進(jìn)行懸架的動(dòng)力學(xué)仿真分析 第9、10、11周 (4月27日~5月17日)
(5)優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)用Pro/E進(jìn)行模型的重新建模 第12、13、14周 (5月18日~6月7日)
(6)設(shè)計(jì)審核、修改 第15、16周 (6月8日~6月21日)
(7)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備及答辯 第17周 (6月22日~6月28日)
五、參考文獻(xiàn)
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六、備注
指導(dǎo)教師意見:
簽字: 年 月 日
4