飞行汽车前悬架建模及动态仿真

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1、飞行汽车前悬架建模及动态仿真第一章绪论1.1论文的研究背景和意义随着科技的进步，陆地奔跑的汽车和空中飞行的飞机为人类的生活带来了很大的便利。很多科学家都在设想一种能够兼顾空中和地面的交通工具，随着虚拟样机技术的逐渐成熟，这种设想逐渐变成现实，国外许多科研机构已经研发出类似的交通工具飞行汽车，使人们同时将陆地行驶和空中飞行成为可能。对于一种以陆地为主空中行驶为辅的汽车来说，其舒适性依然是其考虑的主要内容,本文以某飞行汽车为背景，重点对该车悬架在陆地行驶时进行运动学仿真分析。基于在陆地行驶的工况，其在不平路面行驶时受到的冲击主要由悬架系统来承受，因此其舒适性

2、的好坏取决于该车悬架系统设计的合理与否，再加上飞行汽车偶尔要承受飞行下落时的冲击，此时作用在悬架上的各种垂直力、侧向力和纵向力对车身将产生很大的冲击，这就要求悬架系统能够很好地衰减此类冲击对车架的影响，从而能够改善乘坐舒适性[1][2]。传统的设计方法是根据基本需要首先建立一个实体样机，然后对一些不合适的部件进行修改，每次修改都需要建立新部件来替换以前的不合适的部件。接着继续试验发现其中的不足，有时碰到有些危险的试验例如碰撞和侧翻等是很难进行的，不但会造成人力、物力和财力的大量消耗，对研发周期将是一个巨大的挑战。显然传统的设计方法很难满足市场发展的需要，

3、对企业的生存是一个很大的挑战。伴随着多体动力学理论的发展和计算机技术的进步，虚拟样机技术应用而生，它为汽车设计带来了一次新的革命，设计人员可以很好地发挥自己的空间想象能力，该技术不用构建实体模型，只需在计算机上建立自己的虚拟模型便可以任意在上面修改零部件的尺寸和形状，包括一些实验等，试验人员就不需要每次都对修改的部件进行替换，此时不但提高了设计的质量，而且提高了设计效率使研发周期大大缩短，为企业在市场竞争中占有一席之地。为各种车辆的研发手段提供了便利的条件。.1.2飞行汽车的国内外研究现状作为一种既能在地面上行使又能在空中飞翔的两栖交通工具来说，它将会成

4、功地解决了城市交通拥挤的状况，早在19世纪国外都已近开始进行有关方面的研究工作，以CurtissAutoplane为代表的飞行汽车进行了首次模型的建造并进行了初步的试飞。具有代表性的是1917年，飞行汽车之父格•寇蒂斯展示的研究成果，它虽然只是进行了一些飞行跳跃，但是为人类探索新型飞行汽车提供了重要经验。其模型如图1.1。随着科技的发展，美国于本世纪初开始首次进行了飞行汽车的试飞，该车在陆地行使时机翼是折叠的，在飞行时只需一个开关便可以随时切换行使方式，随着该陆空两栖车技术的逐渐发展很成熟，国外很多航空部门已近允许该车投入市场。Terrafug

5、ia公司于2012年研发的飞行汽车Transition成功试飞了将近8分钟，在陆地到空中的起飞距离只需要短短的30米空间，其飞行高度大约在400米左右，由于当时该公司宣布设计中有一些安全隐患该车并没有投入市场，由于用户对该车的前景看好，不但能够缓解交通压力，还可以享受空中驾使的乐趣，所以该公司加大了对飞行汽车的研发力度。随之Terrafugia公司又宣布了更加先进的TF-X的研制与上市计划，该车可以乘坐4人，其飞行距离可以达到800公里左右，预计于2015年上市。.第二章虚拟样机技术概述2.1虚拟样机技术相关概念虚拟样机技术又叫动态仿真技术，它在新产品的

6、开发中占据很重要的位置，可以不需要制造实体样机的前提下对将要设计的产品做初步评估，包括其结构尺寸、空间大小和是否符合客户的要求等。在进行整机装配前，只需要一台计算机就可以将每个零部件象实体一样组装在一起，进一步可以通过虚拟样机仿真技术对将要开发的产品进行和真实环境一样的测试，来研究其性能和不足。对于传统的制造商在进行性产品的开发时，在进行基本设计后就需要建立初步的物理模型，然后进行对各个部件的尺寸和装配修改，最后再对产品进行重新设计，继续制作新的物理模型，再进行测试。而且有时很难及时发现存在的设计缺陷，同时需要制造多余的实体样机来进行设计修正，并对物理样

7、机反复测试其性能，这样才能得到部分不完整的性能参数。有时在进行某些性能测试时不得不破坏实体制造的样机，例如在汽车制造时的碰撞试验，它的代价是很高的，这就需要一种能够代替该试验的虚拟仿真来解决这一难题。传统产品开发流程如图2.1。.2.2虚拟样机技术的发展虚拟样机技术的研究范围是机械系统动力学和运动学，由于是以多体系统动力学为理论基础，因此其研究核心是通过与计算机的结合对物体在虚拟空间中进行建模，然后对其施加与实际工况相同的力、位移等，来确定各个虚拟部件在任意的位移、速度和加速度之间的关系，虽然是虚拟的但是由于计算机已经输入了有关实物的相关数据，并通过求解

8、对应方程组来确定各个子系统和零部件在运动时所需要的作用力和反作用力，所以其测试仿