世界一流的供應(yīng)商Timoney Technology公司使用LMS Motion多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件設(shè)計(jì)獨(dú)立懸架，使得野外建筑車(chē)輛的生產(chǎn)量提高50%。工程師使用LMS Motion多體動(dòng)力學(xué)軟件“駕駛”仿真模型在虛擬的路面上行駛，能夠在開(kāi)發(fā)早期快速地判定平順性和操控性。他們提出的創(chuàng)新性懸架設(shè)計(jì)概念可以使車(chē)輛在粗糙的路面高速行駛，而且符合駕駛員振動(dòng)舒適性國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。這樣，他們能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)整車(chē)的載荷和振動(dòng)特性，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題根源，同時(shí)不斷地修改懸架設(shè)計(jì)，使其適合在崎嶇的路面上更平穩(wěn)的行駛。由此可以看出，仿真軟件在Timoney公司產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中扮演著重要角色，提高了牽引車(chē)生產(chǎn)力，使公司在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。
在建筑工地，越野汽車(chē)通常不能以最高速度行駛。因?yàn)樵诜浅Ｆ鸱穆访嫔闲旭?，駕駛員要承受過(guò)量的沖擊和振動(dòng)。這就是職業(yè)安全專(zhuān)家通常所說(shuō)的全身振動(dòng)（WBV，Whole Body Vibration）：當(dāng)車(chē)輛在顛簸、凹凸不平或者其他不規(guī)則的路面上行駛時(shí)，駕駛員以立位、坐位或臥位接觸傳到全身的振動(dòng)。歐盟協(xié)會(huì)明確規(guī)定：車(chē)輛駕駛員所承受的整體振動(dòng)級(jí)不能超過(guò)規(guī)定的級(jí)別。
可實(shí)現(xiàn)在顛簸路況高速行駛
Timoney公司宣稱(chēng)，他們的專(zhuān)利懸架產(chǎn)品能夠使越野車(chē)輛更加平穩(wěn)地行駛，在大幅度提高速度的同時(shí)保持振動(dòng)水平低于標(biāo)準(zhǔn)極限。通過(guò)分解車(chē)輪不對(duì)稱(chēng)載荷產(chǎn)生的作用力，Timoney公司的雙橫臂獨(dú)立懸架降低了駕駛員所承受的橫向加速度和垂向加速度。
Timoney公司表示，與采用傳統(tǒng)橫軸的系統(tǒng)相比較，Timoney的系統(tǒng)能夠讓車(chē)輛在越野路面上平穩(wěn)地行駛，同時(shí)所有車(chē)輪的速度可以提高2～3倍。這項(xiàng)技術(shù)可以讓制造商們的生產(chǎn)力成為市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，為客戶(hù)創(chuàng)造更多的品牌價(jià)值。
Timoney工程師特別專(zhuān)注于為鉸接式自卸車(chē)（ADT）設(shè)計(jì)獨(dú)立懸架系統(tǒng)，使其更加平穩(wěn)的行駛。因?yàn)榕cADT相關(guān)的工作人員更易受到WBV的困擾，他們常常行駛在泥濘、多巖石、多坡和顛簸的路面，這些惡劣的條件常常讓傳統(tǒng)的自卸車(chē)陷入停頓。
正是意識(shí)到這一市場(chǎng)潛在的巨大商機(jī)，Timoney公司為ADT設(shè)計(jì)了首個(gè)真正的完全的獨(dú)立懸架系統(tǒng)，并且這一設(shè)計(jì)成為公司業(yè)務(wù)的主要支柱。
按照客戶(hù)需求設(shè)計(jì)復(fù)雜懸架系統(tǒng)
相比剛性結(jié)構(gòu)框架的牽引車(chē)，ADT在駕駛車(chē)身和翻斗車(chē)身之間用萬(wàn)向節(jié)鉸接在一起，這使得前面和后面的結(jié)構(gòu)框架能夠一個(gè)相對(duì)另外一個(gè)縱向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)能夠在極其不平整的路面上來(lái)回行駛，以及轉(zhuǎn)45°角。此外，不同于其他兩輪驅(qū)動(dòng)或者四輪驅(qū)動(dòng)的牽引車(chē)，只有ADT是六輪驅(qū)動(dòng)的。六輪驅(qū)動(dòng)以及靈活的操控性使得鉸接式自卸車(chē)能夠在非常崎嶇的路面上承受重載荷。
正是由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，Timoney公司大部分用于ADT的獨(dú)立懸架是根據(jù)客戶(hù)需求，為每個(gè)汽車(chē)模型特別設(shè)計(jì)的。Timoney工程師不斷地將高品質(zhì)懸架系統(tǒng)用于特定的應(yīng)用中。從這一角度考慮，LMS Motion多體仿真技術(shù)幫助工程師使用仿真模型設(shè)計(jì)懸架系統(tǒng)，預(yù)測(cè)車(chē)輛的平順性和操穩(wěn)性。仿真工具能夠預(yù)測(cè)在各種路面條件下的車(chē)輛振動(dòng)情況，以及懸架系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、J形轉(zhuǎn)彎和其他操縱情況下整車(chē)的動(dòng)力學(xué)特性。這樣，仿真軟件能夠精確地計(jì)算出關(guān)鍵載荷、加速度和零部件的運(yùn)動(dòng)軌跡，并且能夠以量化曲線(xiàn)圖和動(dòng)畫(huà)的形式顯示出來(lái)，這樣為車(chē)輛和懸架的整體動(dòng)態(tài)性能提供更有價(jià)值的信息。LMS Motion還可以進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，以避免車(chē)輪的過(guò)量載荷。因?yàn)榭紤]到車(chē)輛的整體平順性和操穩(wěn)性，每個(gè)車(chē)輪都必須單獨(dú)處理。此外，另一個(gè)很重要的應(yīng)用是將懸架系統(tǒng)緊湊地安裝在ADT狹小的空間內(nèi)——通常僅有2.5ｍ寬——比駕駛室的空間還要小。
對(duì)于ADT這樣復(fù)雜的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，在平順性、操穩(wěn)性、集成性和成本各個(gè)方面達(dá)到一個(gè)完美的平衡是一項(xiàng)很難的工作。通過(guò)使用LMS Motion，Timoney公司能夠考慮以上各個(gè)因素，進(jìn)行跨屬性?xún)?yōu)化，利用快速重復(fù)性仿真功能還可以評(píng)估多項(xiàng)設(shè)計(jì)方案，這樣就可以精確地預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)特性和內(nèi)部載荷。軟件還特別適合于查找很多復(fù)雜問(wèn)題的根源，減少建筑車(chē)輛的WBV。結(jié)合Timoney公司工程師的豐富經(jīng)驗(yàn)，LMS 幫助公司為客戶(hù)提供適用于各種越野車(chē)的懸架系統(tǒng)。
Timoney的獨(dú)立懸架在每個(gè)前輪上裝配了長(zhǎng)距螺旋彈簧和液壓支柱阻尼器，來(lái)隔離地面載荷，因此最小化車(chē)輛搖擺和駕駛員振動(dòng)。
項(xiàng)目采用的技術(shù)
在最近的一個(gè)項(xiàng)目中，Timoney工程師使用LMS Motion為30t的ADT牽引車(chē)開(kāi)發(fā)獨(dú)立的雙橫臂懸架，來(lái)代替前臂式懸架。使用LMS Motion創(chuàng)建初始模型，表現(xiàn)已有的牽引車(chē)模型。翻斗車(chē)身創(chuàng)建為剛性體，與其他部件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副單元連接在一起，其中球連接和銷(xiāo)連接模型利用連接單元表示，橡膠襯墊模型利用內(nèi)襯單元表示，支撐部件和液壓缸的阻尼模型利用平動(dòng)彈簧—阻尼—?jiǎng)幼髌鲉卧硎?，軸旋轉(zhuǎn)停頓點(diǎn)利用接觸單元表示。此外，根據(jù)輪胎制造商提供的數(shù)據(jù)，復(fù)雜的輪胎單元可以用于計(jì)算輪胎在路面上滾動(dòng)時(shí)每個(gè)輪胎產(chǎn)生的力。
實(shí)體單元在大部分CAD程序中，主要用于復(fù)雜部件幾何模型。LMS軟件能夠很清楚地顯示需要什么樣的輸入，才能準(zhǔn)確地表示各種部件的參數(shù)，例如質(zhì)量、剛度和摩擦力。在屏幕一側(cè)顯示的設(shè)計(jì)樹(shù)結(jié)構(gòu)，能夠輕松地顯示零部件和子裝配相互之間的關(guān)系。利用這些功能，Timoney工程師能夠在LMS 平臺(tái)上快速輕松地創(chuàng)建多體模型，實(shí)時(shí)判定一輛“真實(shí)”的車(chē)輛如何在“真實(shí)”的工作條件下行駛。Timoney公司將零部件集成一體，創(chuàng)建獨(dú)立懸架模型，來(lái)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)裝卸車(chē)在實(shí)際建筑施工現(xiàn)場(chǎng)條件下的性能。
Timoney工程師編寫(xiě)了Matlab程序來(lái)顯示ADT常遇到的3種不同類(lèi)型的路面，在典型的施工現(xiàn)場(chǎng)完成裝載荷卸載地點(diǎn)之間的往返運(yùn)輸過(guò)程。每個(gè)類(lèi)型的路面，都會(huì)在設(shè)計(jì)樹(shù)的一個(gè)根目錄下有詳細(xì)的標(biāo)注。
快速設(shè)計(jì)修改
地形路面仿真可以制作成Excel電子數(shù)據(jù)表，并且可以簡(jiǎn)便使用LMS 樣條函數(shù)導(dǎo)入仿真模型，利用自動(dòng)化功能可以進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，而無(wú)須其他的操作。然后，仿真模型就可以在各種速度下“行駛”在虛擬路面上，軟件還可以計(jì)算ISO2631定義的駕駛員承受的加速度。驗(yàn)證功能可以將仿真結(jié)果與物理試驗(yàn)結(jié)果相比較，幫助McFadden快速地驗(yàn)證虛擬模型是否能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)駕駛員在相似條件下的真實(shí)加速度。
LMS Motion能夠以多種方式顯示輸出數(shù)據(jù)——特別是動(dòng)畫(huà)顯示——對(duì)工程師理解卡車(chē)初始設(shè)計(jì)、鑒定振動(dòng)問(wèn)題源來(lái)說(shuō)非常有價(jià)值。前臂梁式軸懸架具有較高的側(cè)傾剛度，能夠引起車(chē)內(nèi)駕駛員的橫向加速度。顯然，這一水平的WBV嚴(yán)重限制了駕駛員能夠安全地在崎嶇路面上行駛的速度極限。為了在側(cè)傾方向提供更多的柔性度，并且盡可能地隔離地面載荷，獨(dú)立雙橫臂懸架在虛擬車(chē)模型中代替了前臂式懸架，重新運(yùn)行仿真模型來(lái)判定車(chē)輛是否能夠不超過(guò)ISO2631標(biāo)準(zhǔn)中駕駛指數(shù)0.8m/s2的最大速度。LMS Motion的動(dòng)畫(huà)顯示結(jié)合了關(guān)鍵參數(shù)的輸出曲線(xiàn)圖，為顯示客戶(hù)的問(wèn)題及其潛在的解決方案提供了非常直觀(guān)的方式。
幾種設(shè)計(jì)方案需要反復(fù)研究，才能了解彈簧、阻尼的尺寸和剛度，直到獲得最佳的懸架系統(tǒng)。Timoney工程師利用LMS Motion快速地分析這些方案。僅需要輸入不同的參數(shù)來(lái)修改模型，軟件會(huì)在整個(gè)流程中自動(dòng)考慮這些改變。此外，僅需要一個(gè)簡(jiǎn)單的物理樣機(jī)試驗(yàn)周期，就可以為用戶(hù)驗(yàn)證公司的最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否符合仿真預(yù)測(cè)。
提高50%的生產(chǎn)力
根據(jù)LMS 得出的允許的最大速度，采用Timoney公司獨(dú)立懸架的ADT生產(chǎn)力比其他類(lèi)似的設(shè)備提高50%——生產(chǎn)力的提高遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)獨(dú)立懸架的高成本。
綜上所述，在在開(kāi)發(fā)懸架的過(guò)程中，采用LMS Motio多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件的采用，可以很好地幫助懸架廠(chǎng)商查找出舊系統(tǒng)振動(dòng)問(wèn)題的根源，為新的獨(dú)立懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)最佳方案的確立提供迅速準(zhǔn)確的指導(dǎo)。LMS Motion在提供快速、準(zhǔn)確的分析結(jié)果方面的技術(shù)能力，幫助零部件廠(chǎng)商能夠快速響應(yīng)客戶(hù)需求。獨(dú)特的動(dòng)畫(huà)顯示是一項(xiàng)強(qiáng)有力的工具，能夠動(dòng)態(tài)地顯示新懸架設(shè)計(jì)與舊的設(shè)計(jì)相比性能的改善，極大地提高了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
（轉(zhuǎn)載）
