（光学工程专业论文）基于虚拟试验的摩托车平顺性分析研究.pdf

study on ride comfort of motorcycle based on virtual experiment a thesis submitted to chongqing university in partial fulfillment of the requirement for the degree of master of engineering by lin jie supervisor: associate prof. luo hong major: vehicle engineering college of mechanical of chongqing university , chongqing, china. may, 2008 中文摘要 i 摘 要 虚拟试验技术是解决摩托车复杂工作过程仿真和分析的主要手段，是最有效的现 代设计技术。摩托车虚拟试验技术的研究和应用，可以解决我国摩托车企业产品开发中 存在的关键问题，大幅提高国产摩托车研发的技术水平，有效提升摩托车企业核心竞争 力。 发动机激励和路面不平度激励是摩托车两大振源，在以往摩托车平顺性虚拟试验 研究中往往只考虑路面不平度激励， 而忽视了发动机激励引起的高频振动对平顺性的影 响。本文面向工程应用，针对某摩托车企业某型越野摩托车新产品开发的要求，应用多 体动力学软件 adams， 综合考虑发动机激励和路面不平度激励作用下的摩托车数字模 型进行了平顺性虚拟试验分析。由于摩托车平顺性评价目前还没有统一的标准可供使 用， 本文借鉴国内外关于摩托车平顺性评价的研究成果对摩托车数字模型的平顺性虚拟 试验的结果进行了评价。研究主要包括以下内容。 (1) 应用 ug 建立了摩托车主要构件的几何模型，通过 parasolid 文件转换导入 admas 中并建立相关约束，形成摩托车平顺性分析的虚拟试验数字模型； (2) 初步探讨了新试验技术验证模型、进行平顺性道路试验的可能性，在 mts 两 通道道路试验机上通过向前后轮施加垂向激励，进行动态响应试验，并与摩托车数字模 型虚拟试验的结果对比，证明该数字模型体现了物理样机的固有特性，可以用作平顺性 虚拟试验研究； (3) 分别编制计算程序生成低速 30km/h、 高速 60km/h 两种工况下路面不平度激励， 与理论功率谱比较有很好的一致性，并编制程序计算出两种工况下的发动机激励； (4) 对摩托车平顺性进行虚拟试验仿真分析， 分别就发动机激励、 路面不平度激励、 发动机激励和路面不平度共同作用三种工况下的摩托车进行平顺性试验。 通过对比自功 率密度谱可以发现，两种激励同时作用与两种激励分别作用后叠加的效果相当； (5) 为了减少由于发动机振动引起的乘骑舒适性的降低，对发动机悬置进行了优化 设计，与优化前的样车模型对比优化前后的效果，低速时测量点各向振动加速度均方根 值降低 24.8%60.2%，高速时测量点各向振动加速度均方根值降低 84.0%90.9%，并 参考国内外摩托车平顺性评价的研究成果对摩托车平顺性进行了评价分析， 经过发动机 悬置优化后的整车平顺性能满足标准要求。 关键词：关键词：adams，虚拟试验，数字模型，动态响应试验，平顺性评价 重庆大学硕士学位论文 ii 英文摘要 iii abstract as a modern design technology, virtual experiment is the main means to simulation and analysis of the motorcycles complex work process. the research and application of motorcycle virtual prototype can be a good solution to these key problems exists in development procedures. and it will improve the technique level of motorcycle development with an efficient promoting of motorcycle enterprises core competence. the engine excitation and road excitation are two main sources of motorcycle vibration. however, in most cases, the road excitation was the only consideration in motorcycle virtual experiments with the neglect of high-frequency vibration caused by engine which may give great effect to ride performance. based on a certain off-road motorcycle development requires, a ride comfort numerical model was built by using multi-body dynamics analysis software (adams); relevant analysis was carried with comprehensive consideration of both engine excitation and road excitation. as there are no unified standards available at present, the results of motorcycle virtual experiment was evaluated through study of overseas and domestic research result. the whole research contents as follows. (1) built geometric models of main components in motorcycle by using ug, established the numerical model of motorcycle ride comfort by importing geometric model to adams through the parasolid file and setting constrains in adams. (2) established the dynamic response test by imposing vertical incentive on front and rear wheels of two-channel motorcycle road simulator of mts. through the comparison with result generated by virtual experiment, it proves that the numerical model can embody the natural characteristic of physical prototype and it can be an effective model for ride comfort experiment. (3) got two excitation files of road by compiling respective programs in different work conditions including a low speed at 30km/h and a high speed at 60km/h. the result has preferably coherence with theoretical power spectrum. (4) carried on the virtual experimental simulation analysis to the motorcycle harshness through three conditions, which including engine incentive, road roughness incentive, the combined action of the both. through the comparison of psd, it resulted that the effect when two excitation work together was equivalent to the superposition of effects when both two excitations work separately. (5) the optimum design of engine mounting was carried to improve the ride comfort. 重庆大学硕士学位论文 iv comparison of ride comfort between two stages shows that the all directions acceleration was decreased by 24.8% to 60.2% at lower speed and the percentage was 84.0% to 90.9% at higher speed. by referring to the relevant research results overseas and domestic, it shows that the ride comfort can meet the criterion after engine mounting optimum. keywords: adams, virtual experiment, digital model, dynamic response experiment, harshness 目 录 v 目 录 中文摘要中文摘要 . i 英文摘要英文摘要 . iii 1 绪绪 论论 . 1 1.1 论文研究背景及意义论文研究背景及意义 . 1 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 . 2 1.3 论文研究内容与思路论文研究内容与思路 . 5 2 摩托车虚拟试验数字模型的建模摩托车虚拟试验数字模型的建模 . 7 2.1 摩托车平顺性数字仿真模型的建模摩托车平顺性数字仿真模型的建模 . 7 2.2 摩托车样车动态响应试验摩托车样车动态响应试验 . 10 2.2.1 动态响应试验 . 11 2.2.2 虚拟试验 . 12 2.2.3 动态响应试验与虚拟试验对比 . 13 2.3 本章小结本章小结 . 15 3 激励的生成激励的生成 . 17 3.1 发动机激励的生成发动机激励的生成 . 17 3.1.1 发动机激励受力分析 . 17 3.1.2 发动机激励虚拟试验 . 22 3.2 路面激励的生成路面激励的生成 . 25 3.3 本章小结本章小结 . 29 4 摩托车平顺性虚拟试验摩托车平顺性虚拟试验 . 31 4.1 发动机激励的仿真分析发动机激励的仿真分析 . 32 4.2 路面不平度激励的仿真分析路面不平度激励的仿真分析 . 37 4.3 发动机激励和路面激励仿真分析发动机激励和路面激励仿真分析 . 40 4.4 本章小结本章小结 . 44 5 发动机悬置优化发动机悬置优化 . 45 5.1 悬置系统动态优化仿真悬置系统动态优化仿真 . 45 5.1.1 目标函数的选取 . 46 5.1.2.设计变量、优化初始值的选取 . 48 5.1.3.设计研究 . 49 5.1.4 试验设计 . 53 5.1.5 优化设计 . 54 重庆大学硕士学位论文 vi 5.2 优化前后对比优化前后对比 . 55 5.3 摩托车平顺性评价摩托车平顺性评价 . 55 5.3.1 全身振动 . 56 5.3.2 局部振动 . 59 5.3.3 虚拟试验平顺性试验 . 60 5.4 本章小结 . 63 6 摩托车人摩托车人-车控制器车控制器 . 65 6.1 人人车虚拟试验仿真数字车虚拟试验仿真数字模型的建立模型的建立 . 65 6.1.1 机械系统虚拟样机模型的建立 . 66 6.1.2 定义输入和输出变量 . 66 6.1.3 建立控制流程图 . 67 6.2 单移线行驶单移线行驶 . 68 6.3 本章小结本章小结 . 69 7 结论结论 . 71 致致 谢谢 . 73 参考文献参考文献 . 75 附附 录录 . 79 1 绪 论 1 1 绪 论 1.1 论文研究背景及意义 我国是摩托车生产大国，摩托车产量自 1993 以来一直占据世界第一，年产量接近 全世界产量的一半，重庆是全国摩托车生产企业最集中的区域，享有“摩托车之都”的美 誉。经过多年的技术引进和自我发展，我国的摩托车工业的技术水平有了很大的提高， 但从总体技术水平来看与国外摩托车生产企业的先进水平之间还存在较大的差距。 近年 来，国内的摩托车企业开始广泛应用虚拟试验技术进行摩托车的设计、研究，并取得长 足的进步1-2。 摩托车是比较复杂的空间机构， 以往传统的设计计算方法在进行系统的运动学和动 力学分析时有很大困难， 过去多采用简化条件下的图解法和分析计算法对摩托车的运动 学和动力学进行分析，用多自由度的质量阻尼刚体数学模型对摩托车的性能进行仿 真，所得的结果误差较大。随着计算机技术的进步，特别是 20 世纪 80 年代以来，这种 情况得到了改变， 而多体系统动力学的成熟， 使摩托车的建模与仿真产生了巨大的飞跃， 特别是 adams 软件的成功应用使得虚拟样机技术脱颖而出。基于 adams 的虚拟试 验技术，可以把摩托车视为多个相互连接，彼此能够相互运动的多体系统，其运动学和 动力学仿真比以往通过几个自由度的质量刚体数学模型描述更加真实反映摩托车的综 合性能，也比图解法更加直接、方便。 摩托车虚拟试验技术是解决摩托车复杂工作过程仿真和分析的主要手段， 是最有效 的现代设计技术。 所谓摩托车试验技术采用的虚拟样机实际上是一种能描述摩托车产品 各项性能的计算机数值模型，可仿真特定摩托车在真实工作条件下的动态行为，并以三 维动画方式供人观察和测量。 利用摩托车虚拟样机可以实现摩托车整车及其主要零部件 的各项技术性能及疲劳寿命等的分析和预测，并容易进行这些性能的影响因素定量分 析，从而可以实现摩托车性能的优化设计。 摩托车虚拟试验技术可以解决我国摩托车企业产品开发中存在的关键问题。因此， 摩托车虚拟试验技术的研究和应用，有助于我国实现突破摩托车自主开发的技术瓶颈， 大幅提高国产摩托车研发的技术水平，有效提升摩托车企业核心竞争力，促进摩托车企 业全面形成产品自主开发能力，推动我国由摩托车大国向摩托车强国的转变。 本文针对重庆某摩托车企业某型 150 越野摩托车新产品开发的需要， 通过建立摩托 车平顺性分析的数字模型， 应用多体动力学软件 adams 对摩托车的平顺性进行虚拟试 验分析，并对其性能进行评价。 重庆大学硕士学位论文 2 1.2 国内外研究现状 计算机技术的不断发展，硬件性能的不断提高，推动了虚拟试验技术在车辆工程方 面的应用。美国 mdi 公司开发的 adams 软件是构造产品的虚拟原型的一个很好的平 合， 其中的 car 模块是 mdi 公司与 audi, bmw, renault 和 volvo 公司合作开发的整车虚 拟设计软件包，集成了它们在汽车设计、开发等方面的经验。利用该模块、工程师可以 快速建造高精度的整车虚拟样机(包括车身、悬架、传动试验、发动机、转向机构、制 动系统等)并进行仿真，通过高速动画直观地显示在各种试验工况下(例如：天气、道路 状况、驾驶员经验)整车动力学响应，输出标志操纵稳定性、制动性、乘坐舒适性和安 全性的特征参数，从而减少对物理样机的依赖。vtl（virtual test lab)系统是由美国 mts (mech- anical test system)公司研制的虚拟试验系统，该系统通过在产品或者部件 上安装虚拟传感器，并将虚拟原型安装在不同的试验环境中，可获得产品的疲劳强度、 动态特性、操作舒适性、噪声以及振动等试验结果。在 vtl 环境中，一旦虚拟模型确 定，可以反复进行试验，并根据虚拟试验结果对设计进行反复修改，从而获得最佳设计 方案。在可靠性、耐久性的虚拟试验的应用研究上，日本的丰田、本田、五十铃、美国 的通用、欧洲的大众等汽车厂家都投入大量的人力、物力和财力。其中，五十铃公司在 大中型卡车车体的强度试验方面目前处于领先的水平， 它们已成功地将虚拟试验技术应 用于部分关键零部件的疲劳强度试验中， 目前正在开发运用于如车体强度甚至整车动力 学特性研究的虚拟试验系统。 戴姆勒一奔驰汽车公司已成功地将虚拟试验技术用于系列 高速轿车的产品开发中。设计者只要给出新车型、新部件的设计方案和参数，就可通过 汽车动态仿真器进行仿真试验，从而准确预测和评价新型汽车的动力学特性。由于车辆 的破坏性碰撞和安全性试验既危险成本又高，所以往往要先进行计算机仿真，然后进行 实车试验。 较为成熟的 cae ( computer aided engineering technology)软件也能对车辆的 碰撞进行仿真和进行安全性的分析， 如利用悬架系统模型和前向撞击模型就能准确地对 车辆的动力学机械变形、冲击载荷的形式和受力的路径、车辆对撞击能量的吸收等进行 分析。然而在 vpg (virtual proving ground)中，除了能完成上述的撞击仿真和分析外， 在整车的翻转事故的虚拟再现和分析更具魅力3-9。 与西方发达国家相比，国内在虚拟试验方面的最先在高校得到发展。清华大学的学 者提出了在虚拟试验场中的轮胎模型研究的课题， 利用轮胎试验参数建立轮胎在滚过不 平路面时的时域内的动力学模型， 并考虑滚动过程中车轴运动和地面有不平度时的接触 问题，模拟实际路面上轮胎轴荷的动力学响应，为汽车的虚拟试验场提供科学的轮胎模 型。在中国农业大学车辆交通学院，研究者提出了“汽车一驾驶员一环境闭环系统操纵 稳定性虚拟试验技术的研究”题目。研究者基于桌面虚拟现实系统(desktop virtual reality system)，开发了汽车操纵稳定性虚拟试验的软件平台，并在该试验平台上进行 了桑塔纳轿车(330k8dlolsdi )操作稳定性典型路况(双移线、 蛇行线)的虚拟试验(仿真 1 绪 论 3 试验)和对其提出的模糊神经网络驾驶员控制模型进行了虚拟仿真试验。试验结果表明: 虚拟试验与实际试验具有较好的一致性，虚拟试验能较好地虚拟再现实车试验的场景， 参与者能交互地控制仿真过程，使人们对车辆运动仿真的分析、理解变得更为容易。浙 江大学的 cad/cg 国家重点实验室在计算机图形学、虚拟现实技术等方面己经积累了 不少研究成果。新近又建成了具有国际领先的 cave 虚拟现实环境，利用 cave 虚拟 现实环境，开展了虚拟设计、制造和试验研究。吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 对汽车防抱制动系统(abs)混合仿真实验台进行系统分析，建立了用于硬件在环仿真的 车辆模型、轮胎模型、路面模型以及 abs 液压系统模型，并进行了硬件在环仿真实验。 它将 abs 实际部件嵌入到软件环境中进行混合仿真，极大地扩展了软件仿真的功能， 为 abs 产品开发提供了开发工具和试验平台10。 随着虚拟试验技术的不断完善，虚拟试验技术在摩托车方而的应用越来越多。国外 摩托车企业对摩托车虚拟试验技术的研究和应用非常重视， 国际著名的摩托车企业都有 自己的完整的从事虚拟试验技术研究与应用的专门研究队伍， 使虚拟试验技术贯穿于新 产品的整个设计周期，全面采用基于虚拟试验技术的设计分析手段，大大缩短了产品的 设计周期、降低了产品的开发成本，提高了设计效率，能在新产品的设计阶段对产品的 主要动力学性能如：整车的安全性、动力性、经济性、舒适性以及结构动态特性、强度、 刚度、动态应力、疲劳寿命等进行准确的预测和评估，及时针对存在的缺陷和不足加以 改进和优化，确保了产品具有良好的性能和相当强的市场竞争力。在摩托车虚拟试验技 术的应用中进行整车仿真可以对摩托车的舒适性、操控性进行评价和优化，运用有限元 方法进行部件仿真可以对零部件的静强度、和动态性能进行分析。有限元动力分析的结 果结合疲劳分析的理论可以对零部件在各种工况下使用中的疲劳强度进行预测， 并根据 结果对结构进行改进11。这方而已经有一些比较成熟的软件，比如 msc-fatigue, fe-safe 等，ansys 和 vpg 中也有类似的功能模块。进一步，可以通过虚拟试验来 仿真系统的振动性能，依此对车架的结构和参数进行修改，通过反复仿真来实现结构振 动性能的优化。这样，通过摩托车虚拟试验技术就实现了摩托车的虚拟分析，替代了以 前物理样机才能完成的工作，实现了设计水平的进步。如著名的摩托车企业 harem davidson 公司利用虚拟试验技术来模拟摩托车整车在复杂地形条件下的迂回行驶过 程，以此评价其设计的新型摩托车的性能。还有企业将摩托车虚拟试验技术应用在竞赛 摩托车设计的整个过程中，通过虚拟试验技术的分析和虚拟测试来实现悬架系统、操纵 性能、质量分布等方面的优化12。在其它的摩托车应用中，虚拟试验技术用来模拟整车 的标准实验， 仿真所获得的各个实验参数与物理样机在相同条件下的实验测试数据进行 对比，从而提供数据，实现虚拟样机模型的精确应用。 国内在汽车动力学的研究中， 采用多刚体系统动力学进行分析和计算的工作起步较 晚。七十年代初，长春汽车研究所和清华大学同时发展了汽车动力学的研究。研究工作 重庆大学硕士学位论文 4 集中在平顺性、 操纵稳定性能指标的评价方法、 试验方法及操纵稳定性力学模型的建立、 模型的计算方法、性能的预测方法和优化设计方法等。力学模型从七十年代研究汽车侧 偏和横摆运动的二自由度线性模型， 发展到包括侧倾和转向系在内的三至五自由度乃至 十三自由度的非线性模型，其功能也从对汽车操纵稳定性的稳态响应和瞬态响应的分 析，发展到汽车转向制动性能的分析。此外，还有对于汽车悬置以上机构弹性体的一阶 扭转振动对摆振性能的影响。 90 年代初人们开始把多柔体系统动力学理论和方法用于汽车技术领域这标志着汽 车多体系统动力学向新的层次发展。多体动力学仿真技术在汽车领域得到了广泛的应 用。 1991 年，第二汽车制造厂的上官文斌等人，采用自然坐标的概念，利用虚功原理 建立汽车转向系统和悬架运动学分析方法。 北京农业工程大学的周一鸣教授等研制了广 义机构计算机辅助设计软件 gmcads，用于分析平面和空问机构的运动学及动力学性 能。 1992 年，清华大学的张海岑采用多刚体动力学中的 newton-euler 方法，建立了汽 车列车的七十四自由度的非线性数学模型，其中包括多种轮胎模型、悬架系统模型、转 向系统模型及带有比例阀、防抱死装置及考虑制动热衰退的制动系统模型，深入研究了 汽车列车操纵稳定性和制动性。 摩托车多体动力学模型是能描述摩托车产品各种性能的计算机数值模型， 是根据产 品的相关设计信息建立的符合物理试验要求的虚拟样机模型。 通过在虚拟的物理试验环 境中进行低成本的虚拟试验，可以对影响摩托车性能的因素进行定量的分析。 虚拟试验技术为摩托车的设计开发开辟了一个新的途径， 根据实际参数建立的摩托 车的三维虚拟样机模型，根据道路的试验环境，建立的虚拟试验场，在虚拟环境中进行 摩托车的行驶模拟，考察其平顺性指标，评价其平顺性性能，而且在产品开发设计过程 中，可以随时随地的让产品用户及销售人员，了解、感受未来车辆产品的平顺性，参与 评价产品性能，提出建议，从而可以获得多方面、多层次的意见，有利于从全局上优化 产品模型，提高车辆的性能指标。可以预知，平顺性的虚拟试验研究可以实现设计组成 员在全球范围内上作，分享知识、工具、及模拟试验的全过程，使产品更新换代开发的 各个阶段交叉的进行，在网络环境下并行的完成各项设计任务。 目前汽车平顺性分析方面，国内国际已相继制定了相关的试验和评价标准，摩托车 的平顺性评价没有统一的标准， 国内部分的高校在应用多体动力学软件对摩托车虚拟样 机进行平顺性分析、以及摩托车平顺性评价等方面已经做了一些研究并取得一些成果。 如：武汉理工大学汽车学院车辆工程系在 2006 年 10 月刊的小型内燃机与摩托车上 发表论文就某型摩托车在 b 级路面谱激励下的平顺性进行分析13；重庆大学机械学院 何玉林教授的研究室就发动机悬置的动态仿真及其隔振性能进行研究14； 重庆大学徐中 1 绪 论 5 明教授在 2007 年 2 月刊的汽车工程杂志上发表论文就摩托车平顺性性能评价进行 了探讨等15。 本文参考国内外关于摩托车平顺性评价试验方面的最新研究成果， 通过虚拟试验的 手段， 综合考虑发动机激励和路面不平度激励下的某型越野摩托车虚拟数字模型的平顺 性分析研究，并对影响平顺性的发动机悬置参数进行优化设计。 1.3 论文研究内容与思路 本课题面对工程应用，针对重庆某摩托车企业某型越野摩托车新产品开发的需要， 建立摩托车平顺性分析的数字模型，通过在多体动力学软件 adams 中进行虚拟试验， 对摩托车路面激励和发动机激励下的平顺性进行分析研究。 研究的主要内容包括以下几 个方面： 建立摩托车平顺性分析的虚拟试验数字模型； 设计动态响应试验进行对比验证数字模型； 进行摩托车平顺性试验，分三种工况进行：发动机激励、路面不平度激励、发 动机激励和路面不平度激励共同作用； 对发动机悬置进行优化设计，减少由于发动机振动引起的乘骑舒适性的降低， 并对优化后的摩托车平顺性进行评价； 初步探讨摩托车人车控制器。 重庆大学硕士学位论文 6 2 摩托车虚拟试验数字模型的建模 7 2 摩托车虚拟试验数字模型的建模 在摩托车平顺性虚拟试验中， 如何准确的建立摩托车数字模型是虚拟试验是否能准 确反映摩托车本身固有的动力学性能的关键，本章的主要内容，是就如何在一定假设条 件下的适用于摩托车平顺性分析的数字模型的建模问题。 2.1 摩托车平顺性数字仿真模型的建模 在建立适用于摩托车平顺性分析的数字模型式做了如下的简化： 摩托车车架、发动机、变速器、车身覆盖件及驾驶员只考虑了各自的重力与转 动惯量，不考虑相对方位的变化，所以采用固定约束将各物件固联到车架上； 不考虑摩托车转向，约束前叉相对于车架的转动自由度； 由于驱动力的施加不是考虑的重点，没有建立链条传动模型，而是将驱动力矩 以运动约束的形式直接加在后轮上。 在建立摩托车多体动力学仿真数字模型通常采用如下的建模步骤16-17： 由于实际摩托车零部件结构相对比较复杂，直接利用多体动力学分析系统建立 物体几何模型相对较为困难并且费时费力 （其中相对较为简单的零部件也可直接利用多 体动力学系统直接建立几何模型） ， 因此， 通常借助于大型 cad 软件建立摩托车主要结 构件（包括转向总成，前悬，车架，后悬，后平叉，后悬连杆机构等）的三维实体模型， 并利用虚拟装配功能根据实际摩托车结构型式和相对连接关系将各结构件进行虚拟装 配。图 2.1 所示为本文利用 ug 建立的摩托 车主要关键零部件装配图； 在 ug 中将装配好的零部件转化成 parasolid 文件，利用 ug 软件与 adams 的 数据交换接口， 将在 ug 中的装配结构导入到多体动力学分析 adams 系统中， 从而获 得建立多体动力学仿真分析的相应几何模型， 各构件间将仍保留着原来的相对位置信息 和构件本身的质量惯性信息； 在 adams 中建立各零部件之间的运动约束关系和力关系。 针对如图 2.1 中所示的摩托车，根据前述假设和简化后的整车系统中共包含车架、 后叉、后悬、前悬、后轮、前轮、发动机、方向把等多个总成部件组成。各运动约束关 系建立如下： 后叉只能绕车架上的安装轴转动，故可简化为一转动铰链（revoluted joint） ， 分别连接后叉与车架后臂支撑； 前减振器内筒与方向把是固连的，而减振器内外筒在运动中始终保持前伸角不 变，所以前减振器内筒与方向把之间采用固定铰(fixed joint)连接，前减振器内外筒之 重庆大学硕士学位论文 8 间采用一滑移铰链(translation joint)连接； 图 2.1 主要构件的几何模型装配图 fig2.1 the geometry assembly model of main structural parts of the motorcycle 在进行直线行驶仿真时，由于不考虑转向，将方向把与车架采用固定铰连接； 进行直线行驶仿真时，侧向的激励会导致摩托车倾覆，为保证摩托车始终在垂 直于地面的平面内做直线运动，在车身上添加了三个面内约束(inplane joint)，每一个面 内约束保证一个约束点始终保持在给定的平面内， 三个面内约束就能保证车架始终垂直 于地面)，确保车身不发生侧倾； 前后轮分别使用转动铰链与前减振器外筒和后叉相连； 由于实际摩托车发动机是通过螺栓刚性连接到车架上，故简化为固定铰链。 表 2.1 数字模型各部件间的约束连接 table2.1 constraint relationship of digital model between the parts 主部件 从部件 约束副 车架 方向把 固定副 方向把 前减振器内筒 固定副 前减振器内筒 前减振器外筒 滑移副 前减振器外筒 车轮 旋转副 车架 连杆 旋转副 连杆 后减振安装摇臂 旋转副 后减振安装摇臂 后叉 旋转副 车架 后叉 旋转副 后叉 后轮 旋转副 对于实际摩托车中的弹簧阻尼器的力学特性的实现如下： 在减振器建模中本项目采用了 adams 所提供的弹簧减振器力连接单元 （spring-damper force connection） ， 该减振器模型是一个力学模型， 不具有几何和质量 2 摩托车虚拟试验数字模型的建模 9 参数。对于减振器自身内套筒的质量特性被直接简化到方向把总成上，其主要目的是为 了在不影响计算精度的前提下减少虚拟样机的物体数目以提高计算效率。图 2.2 为摩托 车数字模型前后减振器的非线性阻尼特性曲线； 图 2.2 非线性阻尼特性曲线 fig2.2 no-linear damping_velocity curve 由于前后减振器的运动受到其上、下止点橡胶限位块的限制，本项目在减振器 上下止点位置使用了 adams 中的 contact 力约束以模拟橡胶限位块碰撞时的力学 特征。 本文主要讨论摩托车直线行驶工况下发动机激励和路面不平度激励对摩托车平顺 性的影响，对摩托车多体动力学模型作如下假设： 1）在摩托车行驶过程中，不考虑空气动力学因素对摩托车的影响； 2）驾驶人员的质心在行驶过程中相对于车架的相对位置始终不变； 3）直线行驶过程中不考虑车身相对于地面的侧倾，车身只作垂直于地面的运动。 摩托车的动力性能与轮胎特性密切相关， 目前所有的大型商用多体动力学