分析软件ADAMS/Car专业模块建立某皮卡车麦弗逊式前悬架多体系统模型，并采用ADAMS/insight模块进行性能分析，找出磨损严重的原因，同时进一步进行悬架布置优化设计，最终得出优化的悬架布置方案，较好地解决了轮胎磨损的问题[10]。
座椅是影响汽车平顺性的重要因素，近年来座椅动态特性的研究也引起了学术和工程界的广泛重视。清华大学、长春汽车研究所进行了许多有关座椅传递特性、人—椅系统动态参数识别、座椅特性与汽车底盘振动特性的合理匹配等方面的研究。
浙江工业大学的潘立基于人椅系统三向振动进行汽车平顺性建模与仿真，华中科技大学的桑璟如利用ADAMS软件成功建立了后悬架为空气悬架样车的整车34自由度动力学模型，对其进行平顺性仿真，并通过试验验证仿真结果。解决了空气悬架结构复杂，空气弹簧、减振器等非线性因素，用传统的建模和求解方法难以准确分析其动力学特性的难题[11]。 在汽车悬架部件性能与结构的研究工作方面，华南理工大学和中国汽车技术研究中心利用统计线性化方法对汽车两自由度悬架非线性系统进行当量线性化处理，提出了非线性参数的工程估计方法。长春汽车研究所多年来对大客车空气悬架的研究、少片变截面钢板弹簧的研究等方面都已取得一些实用的成果，为新开发汽车产品所采用。一汽集团的新型解放牌载重汽车采用新的悬架技术，使整车平顺性指标超过了许多进口的同类商用汽车水平，获得国内外专家和用户的好评[12][13]。
道路是汽车振动的最重要激励源，研究路面不平度的统计规律则是研究汽车振动与平顺性的重要基础。早在七十年代中期，第一汽车制造厂设计处为了建造海南跑道的可靠性石块路，同吉林大学数学系合作开始进行路面不平度的测量，统计分析，并根据实际道路的谱特性用电子计算机模拟方法设计了海南可靠性石块路路面形状，是我国汽车行业中应用数学统计方法的成功例子。与此同时，长春汽车研究所开始了路形计的研制工作，经过多年的努力，研制成功具有国际水平的双迹真实路形计。使用该路形计，进行了大量的实际道路路面不平度的测量与统计分析，获得有关二、三、四级公路及一些特殊道路珍贵的路面谱资料。在此期间，还开发了一些专用计算软件，这部分工作引起国际同行的重视[7]。
1.3 虚拟试验技术在汽车工程中的应用
虚拟试验就是在虚拟现实环境中，利用数字化模型代替实物原型，进行产品性能的试验分析。从广义上讲，任何不使用或部分使用实际硬件来构造试验环境，完成实际物理试验的方法和技术都可以称为虚拟试验。虚拟试验可以定义为在虚拟环境中进行的试验。而虚拟试验环境是基于软件工程研制的仿真试验系统，它允许设计者将虚拟原型安装在其上进行“试验”，借助交互式技术和试验分析技术，使设计者在设计阶段就能对产品的运行性能进行评价或体验。虚拟试验就是在计算机系统中采用软件代替部分硬件或全部硬件来建立各种虚拟的试验环境，使试验者可以如同在真实的环境中一样完成各种预定的试验项目，使所取得的
试验效果接近或等价于在真实环境中所取得的效果。
自20世纪90年代起，一些发达的汽车制造国在汽车产品设计开发领域中广泛采用信息技术、计算机技术、CAD/CAE/CAM/PDM技术、KBE(Knowledge Based Engineering)技术等先进手段，使设计水平大为提高，新车型的开发周期大大降低。以美国为例，在90年代初，轿车新车型的开发周期大约为5～6年，到90年代末已降为12～18个月。具体到悬架设计方面，仿真分析、虚拟设计、反求工程、AI技术等已经获得推广应用。根据国际联机检索可以看出，国外已建立了悬架结构型式和悬架设计参数的知识库和专家系统，不同类型悬架的设计计算方法在国外已较为成熟，并有多项专利。值得一提的是，国外在悬架设计领域中的一些研究成果已经被某些大型的商品化机械系统动力学仿真软件所吸收。例如，由美国著名软件公司MDI与Audi、BMW、Renault和Volvo等汽车公司合作开发的轿车设计软件包ADAMS/Car，其中就包括了悬架模块，可以预测悬架系统特性、计算悬架载荷时间历程、进行装配性能研究等，从而有效地协助工程师完成设计任务。这种软件采用虚拟样机技术(Virtual Prototype Technology，即机械系统动态仿真技术)，将强大的大位移、非线性分析求解功能与使用方便的用户界面相结合，是集建模、求解、可视化技术于一体的虚拟样机软件，是世界上目前使用范围最广、最负盛名的机械系统仿真分析软件。使用这套软件可以产生复杂机械系统的虚拟样机，真实地仿真其运动过程，并且可以迅速地分析和比较多种参数方案，直至获得最优化的一种方案，这样可大大减少昂贵的物理样机制造及试验次数，提高产品设计质量，缩短产品研制周期和费用等。
随着国外ADAMS等多体软件的引进，近几年国内高校和科研机构利用它们对车辆的悬架系统做了比较深入的研究。主要有：北方车辆研究所CAE中心针对履带车辆用ADAMS/ATV建立整车模型[14]，研究了悬挂装置弹簧特性、减振器阻尼特性对车辆振动与冲击动力学的影响，给出了车辆行驶平稳性、冲击响应的动力学分析结果；上海交通大学包继华博士应用多体理论对SGZ4032型牵引车建立模型[15]，并把钢板弹簧处理成多个无质量的Timoshenko梁连接的柔性体，模拟钢板弹簧的非线性特性，并仿真了方向盘正弦输入下的整车响应；浙江大学的丁渭平（博士后）提出了开发汽车悬架系统集成技术[16]，它以工程数据库系统为基础,对悬架系统设计的单元技术进行整合,构建起支持悬架系统自主设计的通用平台,并实现了与Pro/ENGINEER的“无缝连接”,还可以通过专用数据接口调用ADAMS虚拟样机功能,从而大大扩展了平台处理能力；华中科技大学的研究人员用ADAMS软件建立了国产轿车的操纵动力学多体仿真模型，详细考虑了前后悬架系统、转向系统以及轮胎，并考虑了各种连接件中的弹性衬套的影响，对整车稳态、瞬态工况进行了动力学仿真；中国农业大学王树凤博士利用ADAMS软件获取的动力学分析数据来驱动虚拟场景中的试验车辆[17]，同时配合虚拟仪表准确的动态显示了该车的运动状态参数，实现车辆的虚拟试验过程仿真。
另外，将ADAMS与大型有限元分析软件MSC.Nastran结合起来，进行车辆的振动分析已经成为一种新的技术趋势，能为车辆产品开发提供更高精度的计算结果、更深入的分析结
论，在产品开发中的作用愈加明显。例如北京福田公司在对ADAMS和MSC.Nastran深入应用的基础上，结合二者的技术优势，通过对二者的联合应用，对某车进行了各种复杂工况下的前悬架参数匹配对整车振动影响的分析，为车辆开发提供更好了较好的技术支持。
总的来说，国内在汽车悬架方面已经通过数字样机技术并通过相关数字化平台开展了较多的工作，但许多工作仅局限于悬架本身的研究，对悬架与整车参数化匹配对整车平顺性的影响研究还不够深入，有待进一步研究。
1.4 本课题的研究内容
综上所述，随着平顺性研究的深入和计算机技术、虚拟样机技术的不断发展，国外在汽车平顺性研究领域取得了很大进展和大量的研究成果，虽然我国在此领域起步较晚，但仍取得了一定成绩，为以后的研究打下了基础。。
本课题主要研究内容包括：
利用ADAMS建立前后悬架、轮胎等各子系统、构建整车模型，进行平顺性仿真。 1. 利用ADAMS/Car建立起某轻型乘用车前后悬架等各子系统。 2. 构建整车虚拟样机模型，进行模型可行性的验证。 3. 进行随机路面平顺性的仿真。 4. 进行进行实车道路试验。
5. 进行试验结果与仿真结果对比，以验证所建立模型的准确性。
第二章 基于ADAMS/Car的仿真模型建立
2.1 引言
进行虚拟的汽车平顺性试验，首先要建立车辆的动力学模型，仿真模型的正确与否直接影响到仿真的可行性和正确性，因此，本章建立了整车的各子系统模型，并对模型的正确性进行了验证。
2.2 ADAMS软件简介
2.2.1 理论基础
ADAMS软件以笛卡尔坐标和欧拉角参数描述物体的空间位置，以采用吉尔Gear的刚性积分解决了稀疏矩阵的求解问题，ADAMS/Solver提供多种功能成熟的求解器，可以对所建模型进行运动学、静力学、动力学分析。ADAMS软件的多刚体动力学分析步骤如下[18]： （1） 自由度的计算
机械系统的自由度表示机械系统中各构件相对于地面机架所具有的独立运动数量。机械系统的自由度与构成机械的构件数量、运动副的类型和数量、原动机的类型和数量、以及其他约束条件有关。例如:一个在3维空间自由浮动的刚体有6个自由度:一个圆柱副约束了两个移动和两个转动，共提供了4个约束条件。
机械系统的自由度DOF和原动机的数量与机械系统的运动特性有着密切的关系，在ADAMS软件中，机构的自由度决定了该机构的分析类型：运动学分析或动力学分析。
当 DOF＝0时，对机构进行运动学分析，即仅考虑系统的运动规律，而不考虑产生运动的外力。在运动学分析中，当某些构件的运动状态确定后，其余构件的位移、速度和加速度随时间变化的规律，不是根据牛顿定律来确定的，而是完全由机构内构件间的约束关系来确定，是通过位移的非线性代数方程与速度、加速度的线性代数方程迭代运算解出。
当 DOF>0时，对机构进行动力学分析，即分析其运动是由于保守力和非保守力的作用而引起的，并要求构件运动不仅满足约束要求，而且要满足给定的运动规律。它又包括静力学分析、准静力学分析和瞬态动力学分析。动力学的运动方程就是机构中运动的拉格朗日乘子微分方程和约束方程组成的方程组。
当 DOF<0时，属于超静定问题，ADAMS无法解决。 （2） 广义坐标的选择
动力学方程的求解速度很大程度上取决于广义坐标的选择。研究刚体在惯性空间中的一般运动时，可以用它的连体基的圆点(一般与质心重合)确定位置，用连体基相对惯性基的方向余弦矩阵确定方位。为了解析地描述方位，必须规定一组转动广义坐标表示方向余弦矩阵。第一种方法是用方向余弦矩阵本身的元素作为转动广义坐标，但是变量太多，同时还要附加六个约束方程；第二种方法是用欧拉角或卡尔登角作为转动坐标，它的算法规范，确定是在逆问题中存在奇点，在奇点位置福建竖直计算容易出现困难；第三种方法是用欧拉参数作为转动广义坐标，它的变量不太多，由方向余弦计算欧拉角时不存在奇点。ADAMS软件用刚体i的质心笛卡尔坐标和反映刚体方位的欧拉角作为广义坐标，即：
TTT?q,q,???qqi??x,y,z,?,?,??i，q??12n??。由于采用了不独立的广义坐标，系统动力
TT学虽然是最大数量，但是却是高度稀疏耦合的微分代数方程，适用于稀疏矩阵的方法高效求解。
（3） 动力学方程的建立
ADAMS程序采用拉格朗日乘子法建立系统运动方程：
d??T???T?TT???????qq??Q (2.1) ?????dx??q???q?完整约束方程??q,t??0
TT?,t??0 非完整约束方程??q,q其中：T——系统动能；
q——系统广义坐标列阵； Q——广义力列阵；
?——对应于完整约束的拉氏乘子列阵； ?——对应于非完整约束的拉氏乘子列阵。
（4） 动力学方程的求解
把(2.1)式写成更一般的形式:
???q,t??0 (2.2) ?,?,t??0 G?u,q???u?q??0 ?F?q,u,uj?1其中：q——广义坐标列阵；
?，u——广义速度列阵； q ?——约束反力及作用力列阵；
F——系统动力学微分方程及用户定义的微分方程(如用于控制的微分方程、非完整
约束方程)；
?——描述约束的代数方程列阵。
TTT?q,u,?如定义系统的状态矢量y????,式(2.1)可写成单一矩阵方程：
T?,t??0 (2.3) g?y,y在进行动力学分析时，ADAMS采用两种算法:
a) 提供三种功能强大的变阶、变步长积分求解程序:GSTIFF积分器、DSTIFF积分器和BDF积分器来求解稀疏祸合的非线性微分代数方程，这种方法适用于模拟刚性系统(特征值变化范围大的系统)。
b) 提供ABAM积分求解程序，采用坐标分离算法来求解独立坐标的微分方程，这种方法适于模拟特征值经历突变的系统或高频系统。 下面介绍微分一代数方程的求解算法:
用 GEAR预估一校正算法可以有效地求解式(2.2)所示的微分－代数方程。首先，根据当前时刻的系统状态矢量值，用泰勒级数预估下一时刻系统的状态矢量值:
?yn1?2yn2yn?1?yn?h?h?… (2.4) 2?t2!?t其中，时间步长h=tn+1+tn。
这种预估算法得到新时刻的系统状态矢量值通常不准确，式(2.2)右边的项不等于零，可以由