汽车动力学研究：基于多体理论的空气悬架系统研究成果

由于汽车的工作情况、使用环境的复杂多变，汽车动力学研究曾一度发展缓慢。有限元分析技术与多体系统动力学的迅速发展，为汽车动力学研究提供了一个方便快捷的手段。从此，汽车动力学研究的力学模型逐渐由线性模型发展到非线性多体模型[73，77，78]；模型的自由度由两个自由度发展到数十个自由度，甚至到数百个、上千个自由度[40]；模拟计算也由稳态响应特性的计算发展到瞬态响应特性和转弯制动特性的计算[78，79]；实现了多体和有限元的结合[90]。国外各主要汽车厂家和研究机构安装使用了大量的多体系统动力学分析软件，并与有限元分析、模态分析、优化设计等软件一起形成了一个整体，在汽车设计开发中发挥了重要作用。

自从1968年Mc Henry[78]首次进行整车操纵稳定性非线性分析以来，大量的针对汽车操纵稳定性和乘坐舒适性方面的汽车多体动力学分析的工作得以开展。包括早期的Chace[74]和Orlandea[75，76]等人研究的42自由度的刚体动力学模型，Allen[77]等人分析了线性和非线性的整车动力学模型，并开发出适合于微机应用的计算程序，Pacejka[78]等人研究了整车的稳态转向分析，英国Bradford大学的Hegazy等人建立了94自由度的多体动力学整车模型研究整车的瞬态操纵稳定性[79]。Hussien[80]等人将某车的后轴抽象成9部件的多体模型，对每一部件进行详细的有限元分析，并分析它们对整个悬架性能的影响。

国内吉林工业大学、清华大学、同济大学、上海交通大学、第二汽车制造厂、北京农业工程大学、北京理工大学等单位将多刚体系统动力学方法引入汽车运动学研究中，研究领域也从开始的多刚体系统的运动学研究扩展到包含多柔体的刚柔耦合多体系统动力学研究[81-90]。(www.xing528.com)

吉林大学的温吾凡[82]等人利用多刚体系统动力学方法，对两维刚体系统进行运动学分析，讨论了欧拉参数，建立了多刚体系统的约束方程、速度和加速度方程，推导出不同运动副相连两刚体的约束方程、雅可比矩阵及加速度方程右边项，建立了刚体及受约束多刚体系统的运动方程，并编制了一个人机对话型的分析程序。林逸等人[83]采用由美国学者Roberson和联邦德国学者Wittenburg提出的方法(R-W 方法)，建立了对汽车独立悬架中的单横臂及摆柱式悬架进行空间运动分析的通用计算程序。第二汽车制造厂的上官文斌、黄虎、刘德清[84]介绍了利用自然坐标对多刚体系统进行运动学和动力学分析的方法，并用这一方法模拟了某货车转向系运动学特性、转向轮侧倾转向特性及某轿车麦克弗森式悬架运动学特性，研究了某货车板簧悬架与转向系在直线行驶和弯道行驶时的垂直干涉与制动干涉。吉林工业大学的陈欣在博士论文中，着重研究汽车悬架中的柔性体(包括柔性横向稳定杆和橡胶减振元件)对悬架性能的影响[89]。张越今分析了含柔性元素(橡胶减振元件)的80自由度整车多体系统模型，并利用该模型对汽车动力学进行了全面的仿真分析和优化[40，91]。詹文章在解决轿车前轮高速摆振的问题的研究中，将横向稳定杆进行有限元分析，并集成到悬架模型中[42]。