底盘结构分析
一、底盘结构分析的意义
底盘是汽车的重要承载系统，它的作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成，形成汽车的整体造型，并接受发动机的动力，使汽车产生运动，保证正常行驶。底盘各部分的结构强度和刚度满足要求是发挥其功能的基本前提。通过有限元分析，对底盘各系统及零部件的强度、刚度和疲劳品质进行校核，可以帮助设计者发现潜在的设计缺陷，在未生产出产品以前，就可以知道产品的一些性能，提高产品性能和改进设计缺陷，防止出现安全隐患，提高产品的设计质量和开发周期。
底盘分析的主要内容包括：底盘零部件结构分析及底盘零部件疲劳分析。
二、底盘结构分析的内容
- 行驶系统分析
在整个底盘总成中，行驶系的受载状况（制动、转向、颠簸等）最为复杂，工作环境最为恶劣。因此，在新车型的开发过程中，行驶系统的校核就显得至关重要。
- 转向系统分析
对于转向系统而言，它的主要作用载荷为驾驶员作用在方向盘上的转向力矩和来自车轮的回正力矩。一般来说，这两种力矩都不会很大。因此，强度校核不是转向系统考察的主要方面。对于转向系统而言，其系统模态分析是我们关注的重点。
- 传动系统分析
传动系统的主要功用是将发动机发出的动力传递给驱动车轮。对于传动轴而言，我们的分析工作主要包括以下几个方面的内容：
- 传动轴（驱动轴）的强度校核
- 传动轴（驱动轴）的刚度分析
- 传动系统的模态分析
- 制动系统分析
制动系统的主要功用是刹车制动和驻车制动两种。针对制动系统的分析，主要包括以下几个方面：
- 制动踏板的强度和刚度分析
- 制动钳及支架的强度分析
- 摩擦片和制动盘的强度（热应力）分析
三、悬架分析所需参数
- 整车参数 – 满载整车质量及前后轴荷、质心高度（满载）、轴距、轮距、有效制动半径、轮胎滚动半径等
- 减震器参数 – 减震弹簧刚度以及自由长度、限位块刚度、减震器空行程长度
- 衬套参数 – 悬架各连接部位的衬套在各方向上的刚度
- 材料参数 – 材料名称、屈服极限、破坏极限、延伸率、模量、泊松比、密度等。
底盘动力学、运动学仿真
汽车动力学主要研究汽车受力和运动的关系，并找出汽车主要性能的内在联系和规律。汽车动力学的发展与分析力学、材料力学、结构动力学等学科的发展密不可分。近年来，随着计算机技术的飞速发展，一些与计算机技术紧密结合的学科在工程上得到了广泛应用，从而推动了汽车动力学研究的发展。
在汽车动力学研究中，常见的计算机仿真技术主要是有限元分析技术和多体动力学技术，两者基于多柔体系统动力学得到交融。
FEA软件提供了卓越的单个部件的建模分析能力，而定义边界条件包括载荷等则需要非常巧妙的技术和经验，而且FEA系统对于系统级建模效率低，不能分析整个系统大位移运动情况。MSS（多刚体机械系统仿真）软件可以有效地分析复杂系统的大位移运动情况，也可以用来生成弹性体有限元分析的外部载荷。不过，由于MSS忽略构件的弹性，会降低模型的精度，而考虑弹性体的MSS提供了两种方法相结合的最佳的解决方案。
多刚体动力学是把系统中的各部件看作刚体，部件之间通过弹性件和阻尼件连接在一起，同时考虑约束条件来建立模型。对于车辆系统动力学，当考虑车辆运行的平稳性和曲线通过能力等车辆系统的整体动力学性能时，为了突出所研究的目标，可以忽略车体弹性效应的影响。但实际上由于各部件本身的材料和结构具有弹性，部件一方面作绕固定坐标系的运动，另一方面相对自身局部坐标系做弹性变形运动，即部件具有柔性体的特性，这时须从柔性体动力学的角度来分析。多柔体系统动力学是动力学分析的发展方向。与传统的多刚体系统动力学相比，柔性多体动力学体现了多学科的交叉，它是多刚体系统动力学与结构系统动力学的结合和延伸。
一、 ADAMS在整车开发中的应用:
- 悬架分析
- 转向分析
- 机构运动分析
- 轮胎包络分析
- 操纵稳定性、平顺性、制动性分析
二、ADAMS/CAR在整车仿真中的应用
- 开环转向事件
1) 漂移试验
仿真时间>10s
分析过程前10s达到一种稳态状况，即车辆达到期望的方向盘转角、初始节气门开度、初始速度值。
- ? 1~5s ： 方向盘转角由初始值按类斜坡函数变化达到期望值；
- ? 5~10s ： 节气门开度由0按指定斜率Throttle Ramp变化达到初始节气门开度值；
- ? 10~End Time ： 节气门开度仍然按Throttle Ramp变化。
2) 鱼钩转向
亦称蛇行试验，用以评估车辆转向时的抗侧倾稳定性。
重点考查的参数有：方向盘转角、侧向加速度、横摆角速度、侧倾角。
3) 转向脉冲输入
用以表征车辆频域瞬态响应特性。
转向系统输入为正弦单脉冲的力、力矩、角度或位移，其中力和位移均是指加在齿条上的。
重点考查的参数有：侧向加速度、时域与频域内的侧倾角速度及横摆角速度。
4) 转向斜坡输入
用以表征车辆时域瞬态响应特性。
重点考查的参数有：方向盘转角、横摆角速度、车速、侧向加速度。
5) 单移线试验
转向系统输入为经历一个完整正弦变化的力、力矩、角度或位移。
6) 转向阶跃输入
用以表征车辆时域瞬态响应特性。
重点考查的参数有：方向盘转角、横摆角速度、车速、侧向加速度。
7) 转向正弦扫频输入
用以衡量车辆的频率响应特性。
为评估车辆的瞬态特性，幅频及相频特性提供依据。
重点考查的参数有：方向盘转角、侧向加速度、横摆角速度、侧倾角。
- 转弯事件
1) 转弯制动
在日常驾驶遇到的各种情况中，转弯制动是最重要的分析内容之一。用以考查转弯制动过程中路径和方向的偏离。
典型分析结果包括：侧向加速度、转弯半径的变化、横摆角随纵向减速度的变化。
2) 定半径转弯
亦称稳态回转试验，用以评定整车的不足转向特性。
车辆先驶过一段平直路面，随后驶入圆周试验轨道，逐渐增大速度以积累侧向加速度。
3) 方向盘撒手转弯
亦称转向回正试验。车辆首先完成一个动态定半径转弯，以达到指定条件（半径与纵向速度，或纵向速度与侧向加速度）。经历这个稳态的预先阶段后，解除方向盘闭环控制信 ，执行方向盘撒手试验仿真。
重点考查的参数有：路径偏移量、横摆特性参数、方向盘测量参数、侧倾角、侧倾角速度及侧滑角。
4) 松油门转弯
用以考查转弯过程中突然松掉油门并额外施加一个方向盘斜坡输入导致的路径及方向的偏离程度。
车辆经历两个显著不同的阶段：
- ?转弯预先阶段：ADAMS/Car采用准静态计算把车辆设定在确切的初始条件–给定转弯半径的期望侧向加速度下。
- ?松油门转弯阶段：转向系统以指定的转向变化率从上一阶段的最终值开始改变。节气门开度信 设为０；离合器可设为结合、分离状态。
重点考查的参数有：侧向加速度、转弯半径的变化、横摆角随纵向减速度的变化。
5) 发动机熄火转弯
用以考查发动机熄火对车辆方向稳定性的影响（稳态圆周运动只受发动机熄火的扰动）。侧向加速度和圆周轨道半径共同定义了初始条件。注意，变化的显著程度随圆周轨道的圆半径递减。车辆在达到初始的稳态驱动条件后，转向信 保持恒定，并用一阶跃信 释放加速踏板。将加速踏板释放的时刻作为发动机熄火的初始时刻，该时刻可通过用户自定义。
重点考查的参数有：偏驶角及纵向减速度的变化量、侧滑角、横摆角与角速度。
- 直线行驶事件
1) 加速试验
用以辅助分析车辆的俯仰运动特性。
对于开环模式，驱动装置按用户输入的速率从零开始改变节气门开度；对于闭环模式，用户可指定一具体的纵向加速度值。方向盘输入有三个选项可供选择：free（自由状态）、locked(锁止状态)，straight-line（控制方向盘使车辆尽量保持直线行驶），默认为straight-line。
2) 制动试验
用以辅助分析车辆制动过程中的俯仰运动特性。
对于开环模式，驱动装置按用户输入的速率从零开始改变制动输入；对于闭环模式，用户可指定一具体的纵向减速度值。方向盘输入有三个选项可供选择：free（自由状态）、locked ( 锁止状态)，straight-line（控制方向盘使车辆尽量保持直线行驶），默认为 straight-line。
3) 发动机熄火直线行驶
用以分析直线行驶过程中突然松开油门踏板引起的操纵稳定性方面的问题。
松开油门踏板以后的过程中可选择是否压下离合器踏板，若钩选了Disengage Cluch during Power-Off 项，还要相应地指定离合器动作的延迟时间及压下离合器踏板所需的时间。
车辆经历两个显著不同的阶段：
?准静态调整阶段：车辆设定为直线行驶状态，来反映纵向初速度条件。
?发动机熄火阶段：产生一阶跃的节气门开度信 ，使节气门开度降到0。
重点考查的参数有：偏驶角、纵向减速度。
- 行驶路线事件
1) ISO路线行驶
纵向控制器使车辆行驶速度保持在期望值，侧向控制器控制转向系统使车辆保持沿期望的ISO指定路线行驶。
2) 三维路面行驶
车辆穿越一段带有障碍或包含某些典型特征的三维路面。路面谱文件.rdf被轮胎子系统用来计算地面接触力/力矩，同时.rdf文件还被侧向控制器调用。
- 准静态操纵
1) 准静态定半径转弯
?采用力-力矩方法来平衡每一步长时间的静态力；
?提供比相应动态仿真更快捷的解决方案，但该分析不考虑瞬态效应，例如变速器换档情形；
?有益于探索车辆受纵向和横向加速度复合影响下的极限操纵性能；
?不同于前面转弯事件中的“定半径转弯”分析，这里将转弯半径固定而改变纵向速度。
2) 准静态恒速转弯
?采用力-力矩方法来平衡每一步长时间的静态力；
?提供比相应动态仿真更快捷的解决方案，但该分析不考虑瞬态效应，例如变速器换档情形；
?有益于探索车辆受转弯半径减小和纵向加速度复合影响下的极限操纵性能；
?不同于前面转弯事件中的“定半径转弯”分析，这里的转弯半径是不固定的。
3) 准静态力-力矩方法
用以评估车辆的操纵稳定性。
在整个分析过程中，车辆保持恒定的纵向速度，不同的侧滑角和方向盘转角。通过图表的形式可以呈现准静态力-力矩的分析结果，同时也可以描述车辆对特定行驶工况的操纵潜能。
?描述一典型试验，车辆约束在传送带试验装置上；
?基于假设：车辆主要的稳定性和控制特性可通过施加在上面的稳态力和力矩的研究获得。
4) 准静态直线加速
采用静态求解器来执行若干多个静态分析，每相邻两个静态分析之间相差一个时间步长，随着时间步长的增大，直线行驶加速度/减速度也相应的增大。此类分析采用力-力矩方法来平衡每一步长时间的静态力，提供比相应动态仿真更快捷的解决方案，但该分析不考虑瞬态效应，例如变速器换档情形。
车身CAE分析
在产品设计阶段的CAE分析和验证技术已经得到了全面深入的应用，大至白车身的结构分析，小至密封条结构与材料的优化，主要涉及白车身和部件的静态、动态、安全和疲劳分析，空间和管路的CFD分析，钣金件的冲压成成形可行性分析，塑料件注塑过程的模拟分析等方面。并且随着设计的深入、数据的完善，CAE分析和验证工作按多轮次层层展开，有力地支持了结构设计的可行性，保证了设计方案的优化。全面的CAE分析和验证工作也充实了性能设计方面的评价标准和目标值的积累。
声明：本站部分文章及图片源自用户投稿，如本站任何资料有侵权请您尽早请联系jinwei@zod.com.cn进行处理,非常感谢！