汽车多体动力学分析介绍

1、 汽车多体动力学分析介绍 1.1 零部件与系统分析31.1.1 车身开闭件分析31.1.2 引擎盖开闭分析与气撑弹簧匹配41.1.3 背门（后备箱）开闭分析与气撑弹簧匹配51.1.4 玻璃升降分析51.1.5 雨刮器分析61.1.6 空调风口分析71.1.7 杂物箱分析71.1.8 中控台储物箱分析81.1.9 其他电子控制器分析81.1.10 传动轴分析81.1.11 动力总成悬置解耦分析91.1.12 动力总成隔震分析101.2 悬架分析101.2.1 悬架运动干涉分析111.2.2 胎包络分析111.2.3 悬架K&C分析121.2.4 转向波动性分析131.2.5 悬架载荷计算141.

2、3 整车分析141.3.1 整车操纵稳定性分析151.3.2 整车平顺性分析171.3.3 整车通过性分析181.3.4 整车疲劳载荷谱分析191.1 零部件与系统分析1.1.1 车身开闭件分析车身开闭件多体动力学的分析与有限元的刚度、疲劳耐久分析是有区别的，它涉及了车身开闭件的工程人机布置，而且开闭件的动力学分析与常规的DMU计算有较大差异。车身开闭件DUM计算只适合简单运动与相互关系分析，而开闭件的动力学分析则考虑了干涉关系，铰链连接属性及开闭件的重量、质心，其难点是定义铰链关系。 前门限位 后门限位 双门同开启，不同开启角的间隙问题1.1.2 引擎盖开闭分析与气撑弹簧匹配引擎盖的开闭分析

3、与汽撑杆弹簧的匹配涉及到引擎盖本身的开闭，而且还有开闭力感，汽撑杆匹配过程。DMU计算完全是引擎盖的运动干涉，不仅对力学的计算无从入手，而且对引擎盖的力学平衡、引擎盖铰链刚度稳定性及间差分析无能为力。 引擎盖及锁 原布置优化布置汽撑杆最终匹配1.1.3 背门（后备箱）开闭分析与气撑弹簧匹配背门（后备箱）的开闭分析与汽撑杆弹簧的匹配与引擎盖相似，涉及到背门（后备箱）本身的开闭，而且还有开闭力感，汽撑杆匹配过程。DMU计算完全是背门（后备箱）的运动干涉，不仅对力学的计算无从入手，而且对背门（后备箱）的力学平衡、背门（后备箱）链刚度稳定性及间差分析无能为力，更不能添加电动开闭功能分析。背门分析1.1

4、.4 玻璃升降分析普通意义上的玻璃升降分析就是用DMU的点线驱动方式，实现玻璃沿特定曲线的运动过程。玻璃升降的动力学分析不仅需要运动，而且需要对玻璃升降过程的受力、变形导致的压紧面进行计算，计算出玻璃运动轨迹，同时对玻璃升降过程的压紧、密封做出评价。玻璃面分析前窗玻璃过程密封分析后窗玻璃过程密封分析1.1.5 雨刮器分析雨刮器的分析主要集中在雨刮电机、摇臂、旋转臂等的干涉计算及雨刮面的计算，但引入动力学分析以后，雨刮器的分析可以同时计算出雨刮各连臂之间的摆动，以及雨刷与玻璃的刮水情况。刮面分析带阻尼连接头的连臂分析 1.1.6 空调风口分析空调风口是属于汽车内饰部分，分别有空调风口机械运动，风

5、口拨片的联动与方向，拨轮的力感的分析。1.1.7 杂物箱分析杂物箱也属于内饰部分，涉及杂物箱开启，扣手运动、限位，扣手开启力，简单的DMU可以计算器运动过程，但计算不了复杂的联动、限位与扣手力。带扣手、联动分析1.1.8 中控台储物箱分析中控台储物箱也属于内饰部分，简单的单盖储物箱可应用DMU分析，但对于多层次，还需考虑开闭的人机感受时，则需要引进动力学的分析。多级联动中控储物手枕1.1.9 其他电子控制器分析其他电子控制器的分析可包含驱动电机，传感器，控制器等部件，这个根据车型需要进行分析。如天窗，跑车敞篷顶。敞篷跑车Simdesigner分析模型1.1.10 传动轴分析传动轴的分析是指左、

6、右半轴的包络分析、半轴的摆角分析与纵轴布置分析，纵轴的布置分析则又涉及到摆角跳动情况以及纵轴的传动波动性分析。传动轴动力学模型波动性优化1.1.11 动力总成悬置解耦分析动力总成解耦分析属于NVH范畴，但应用多体动力学原理，可很方便的计算出动力总成的各阶模态、振型，而且能应用系统的方法对动力总成的悬置进行匹配。解耦分析悬置匹配1.1.12 动力总成隔震分析动力总成隔震分析是在解耦分析基础上，采用受迫振动原理对动力总成系统的传递分析，可清楚的了解悬置系统的隔震率情况。隔振台架模型主方向隔震率分析1.2 悬架分析悬架的分析是车辆动力学的一个重点，它包含了悬架的运动干涉、轮胎包络、悬架K&C、转向波

7、动与悬架载荷分析。一般用户只关心悬架K&C和载荷分析，往往忽略了悬架的干涉、包络与转向波动，而且载荷分析也是只做单一的静载荷，对载荷综合情况都被忽略，这些不仅会影响最终的分析结果，而且对整车的品质都有直接的影响。1.2.1 悬架运动干涉分析在Simdesigner中，采用柔性约束的办法定义悬架模型，分析各个极限工况下的悬架各部件之间干涉情况。 悬架干涉分析模型1.2.2 胎包络分析轮胎包络分析不是普通的轮胎跳动，然后计算其包络图，而是考虑悬架的弹性变形，按照标准包络计算法则计算出轮胎的包络面。以往采用DMU不能真实考虑弹性变形，而且不能根据法则计算。而采用Adams计算时处理包络面不方便，因此

8、MSC开发了专门工具Simdesigner和Simsuspension软件，可专门应用于轮胎包络的分析。 轮胎包络计算的屋顶图与工况图 计算模型与包络1.2.3 悬架K&C分析悬架的K&C分析是车辆动力学分析的最重要基础之一，其性能好坏将决定整车性能品质。整车操稳、平顺性、通过性等整车性能相关的分析不是独立的分析项目，也不是隔绝的性能品质，它都可以在悬架的K&C性能中找到对策与答案。因此，每个车型的动力学研究都必须从悬架K&C做起，不仅分析悬架K&C性能，同时管理与控制K&C性能。悬架的K&C分析包含平行轮跳、方向轮跳、同向侧向力、反向侧向力、纵向力、同向回正力、反向回正力分析。当在研究横向稳

9、定杆贡献率，减振器等摩擦影响时，则需要通过拆卸稳定杆或减振器进行平行轮跳和方向轮跳的分析，实车的测试亦同。悬架K&C分析一般设定悬架的K&C性能主要是通过分析了解前束、外倾、轮距、轴距、侧倾中心高度、纵倾、主销参数等相对于轮胎跳动量、侧向力、纵向力、回正力矩的变化量。每一个量是一个专项指标，每一个指标的分析都在控制与优化范围内。除此之外，悬架K&C分析还要重点管理悬架的静态参数，包括转向特性参数。K&C分析参数处理样式K&C数据管理样式1.2.4 转向波动性分析转向的波动性分析是一个很重要的分析项，它不仅直接影响到整车的瞬态响应，而且对整车稳态性能都有明显的影响。转向波动越大，整车不足转向度越

10、大，瞬态响应时间会越长，而理想的转向系统是唯一的。因此，任何转向系统的设计都要保证机械系统上的唯一布置（空间允许范围内），以保证整车性能的最优化。转向波动性对比波动性优化1.2.5 悬架载荷计算载荷分析分为静载荷分析和动载荷分析，在悬架分析时采用静载荷，主要计算特定载荷下的悬架零部件静强度情况。分别为标准载荷的向上4g、向下1g，向左3g、向右3g，和向前4g、向后4g；极限载荷的向上7g，向左5g、向右5g，和向前6g、向后6g，极限载荷某些车型可不选，主要针对越野性能较强或载重能力要求高的车型。静载荷计算工况1.3 整车分析汽车动力学的整车分析分为整车操稳、整车平顺性、整车通过性与整车疲劳

11、载荷分析，其中以操稳与平顺性最为重要，并通用化。因通用化问题，整车的通过性在动力学分析时采用紧急制动的通过安全性和过高坎分析。1.3.1 整车操纵稳定性分析整车操纵稳定性统称整车操稳，目前主要存在国标六项标准和ISO操稳标准。国标操稳六项分析的好处是打分制，试验、分析均可用打分的形式为客观数据打分，它包含稳态回转（定方向盘）、蛇形（30米）、转向轻便型（绕8字）、方向盘角阶跃、方向盘角脉冲和回正性分析。六项分析的Adams设定与国标规定一致，算法与车型等选择相同。相比国标六项，ISO操稳分析标准更加客观，整车分析所体现的性能指标更加细化，指标项所代表的意义更明确。ISO标准主要考察项有稳态回转

12、（定半径）、方向盘扫频输入、蛇形（18米）、双移线、方向盘中间位置和制动转弯分析，某些车型还会增加J-turn分析，侧向风稳定性分析。这些分析项可全面的分析整车稳态响应和瞬态响应，并可指标化的分析方向盘力、手感，汽车回正与快速响应能力。ISO操稳标准仿真分析在Adams中的设定与其标准一致，评价指标相对应。稳态分析结果处理稳态回转参数指标 18米蛇形分析结果处理18米蛇形分析结果参数指标方向盘中间位置结果参数指标整车操稳分析结果的管理也是分析的一部分内容，需做到每一客观项指标都在管理范围内，而且保证所管理的数据需有仿真分析与测试结果的对比，目标要求的达成。操稳结果数据管理样式1.3.2 整车平

13、顺性分析整车平顺性主要以随机等级路分析和凸块路冲击分析为主，考虑到分析实用性与实际评价，等级路面主要采用A级路面100Km/h，B级路面80Km/h和D级路面60Km/h来进行。凸块冲击路面采用高25mm，宽100mm的方形木条，车速30Km/h。一般随机路与凸块路的测试点采用座椅导轨，驾驶员脚支撑点，但因不同用户在测试方面的需求，可增加各座椅面作为测试点，分测点的X、Y、Z三个方向方向。平顺性分析的数据为每个分析点的加速度，而且需对分析数据进行加权计算，加权函数根据平顺性处理原理确定。因等级路与凸块路的振动方式存在差异，数据处理时的加权函数不同，而且凸块路的冲击行程会存在前后轮干涉结果。等级

14、路的评价结果以RMS值为主，并评价功率谱密度及频率分布；凸块路则评价总的RMS值，同时评价相关干涉引起的局部RMS值。随机路数据分析凸块路面数据分析与整车操稳分析管理一致，整车平顺性的所有数据需有明确的分析管理，分析结果、过程数据、目标值、目标达成情况、参考标准等都需要明确列明。客观数据的管理不仅用于详细的测点的实际数字，而且可综合的考虑到车辆的主观评价中，以便主、客观的对比评价。平顺性结果数据管理样式1.3.3 整车通过性分析整车通过性目前较多采用了车速80km/h，0.8g减速度的紧急制动分析来观察整车姿态变动与最小离地间隙。相类似的分析项可增加车辆过凹坑（不减速和制动通过），以此观察最小

15、离地间隙。对于有足够参考数据的用户，可选择增加具备越野性能的高坏路面及泥泞路面来分析，Adams/Car提供了多种路面的创建，包括3D路及软路。紧急制动通过性数据处理凹坑通过性数据处理1.3.4 整车疲劳载荷谱分析整车疲劳载荷谱的分析是整车动力学分析一个必备的项目，因悬架静载荷分析、整车操稳和平顺性分析不能典型的满足整车的动态载荷需求，不能考察动态的零部件应力状态，更不能实际的反应零部件的疲劳寿命问题。而采用Adams动力学计算与跨学科的疲劳载荷计算，用户可准确的分析出零部件在整车状态下的应力状态，同时可直接评估零部件的疲劳寿命。以往用户处理整车的疲劳载荷问题都是用Adams建立模型，约束车身，然后通过轮心加载激励来实现载荷的动态传递。根据时间历程处理得到关键点的载荷谱，并输出给疲劳分析软件Fatigue。但是该处理方法存在一个明显的弊端就是约束车身以后，不能实际反映整车的力转移，可能存在某些关键点受力偏大，而有些关键点的受力却被缩小了。约束车身疲劳载荷办法为了准