文 献 综 述

1研究的意义

汽车悬架的运动分心I是汽.车总布置设计、运动校核的碗要内容之一，也是研究悬架几何学及其对平顺性、操横稳定性等汽车性能影响的基础。由于汽车悬架是比较复杂的空间机构，特别是前悬架一般多设计成主销内倾和后倾，并且控制劈轴也大都倾斜布置。这些给悬架的运动学分析带来很大困难，过去多用几何作图的方法进行图解分析，所得结果误差较大并且费时费力[1]。

近年来，随者电子计算机技术的发展，国内已开始对汽车悬架的空间运动用计算机进行解析计算分析[2]。这些方法均是针对某一种悬架型式的，目前，还没有一个可对各种悬架进行运动分析的通用方法。

三维空间机构模拟，即多刚体系统的运动学和动力学模拟在近20年已引起了广泛重视，目前已有不少可供使用的计算机软件，如ADAMS[3]、DADS-3D[4]和IMP等。在多刚体系统的运动学和动力学分析中，如何选择描述刚体位置和方位的坐标是一项比较重要的 工作，坐标的选取不同建立的约束方程和动力学微分方程不同，求解的难易程度也不相同。在程序ADAMS、DADS-3D中，采用” 参考点”坐标来描述每个刚体 ， 即用质心的坐标来描述刚体的位置，利用欧拉角、卡尔丹角或欧拉参数来描述刚体的方位，在 程序IMP中，利用” 相对坐标”描述刚体的位置和方位，它的特点是相邻两刚体中后一个刚体的位里是用相对于前一个刚体的位置来描述。利用角度变量描述刚体方位时，其物理意义明确，但在求解过程中可能遇到奇点而引起数值求解上的麻烦 , 利用欧拉参数可消去奇点，但物理意义不明确，且增加一个约束方程。本文引入一种新的非独立坐标#8212;自然坐标，利用它来描述刚体的位置和方位时，有明确的物理意义，容易建立约束方程并可消除奇点[5]。

随着载货汽车的不断普及，人们对载货汽车的要求越来越高，对平顺性也提出了 更高的要求。然而，现有的商业化动力学仿真软件，无论是动力学建模的便利性，还是仿真优化的效率都难以满足工程实际的要求，而这些已经成为了汽车平顺性仿真、 优化和控制的技术瓶颈[6]

进入21世纪以来，多刚体仿真技术以惊人的速度发展，并且逐步扩大其应用范围，图1是多刚体系统的主要应用领域介绍。据了解，多刚体系统在发展之初仅仅是应用在单一的航天领域中，随后才将研究范围逐渐扩大到其它交通工具上，目前对多刚体系统应用的研究主要集中在汽车方面。随着其它学科的不断发展，多刚体系统的研究范围又在进一步扩大，不少科学家开始研究多刚体系统在 机器人中的应用，查阅文献可知，在多年的发展过程中，多刚体系统的研究成果数不胜数[7]。

2车辆动力学国内外研究现状

近年来，车辆系统的动态分析和研究己经成为车辆仿真计算的重要课题之一。研究表明为进行准确的数学模拟必须考虑系统结构的弹性，因而当今国际上在进行车辆系统动力学研究时越来越重视考虑刚柔祸合的车辆系统动力学。多刚体系统动力学模型只是将研究对象当做刚体，不考虑固有的弹性效应，该理论研究方法已经相对比较成熟。但是多刚体动力学理论今适用于物体低速运行的情况，对于高速运行的车辆存在局限性。因为随着速度的提高，引起了车辆系统强迫振动、自激振动频率的增大，可能激起部件某一个部分固有频率，引起共振从而造成车辆系统动力学性能变差，此时多刚体模型已经不能满足动力学性能研究的要求，尤其对于高速动车组车辆的结构轻量化以及结构振动响应研究结构的弹性必须考虑。目前，多体系统动力学研究领域涌现出很多软件如ADAMS ,SIMPACK, NASTRAN等，这些软件是采用计算多体动力学分析理论，并可以实现导入弹性体对于车辆系统动力学性能进行研究[8]。

上个世纪60年代，罗伯森#8212;维腾伯格创造性地将图论引入多刚体系统动力学[9]，提出了一种建立多刚体系统动力学方程的普遍方法#8212;#8212;R#8212;W 方法。他们用图论的一些基本概念来描述多刚体系统的结构，选用系统中各对相邻刚体之间的相对定位参数作为描述系统位形的广义坐标，终导出适用于任意结构类型的多刚体系统动力学方程[10]。