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，使得野外建筑車輛的生產(chǎn)量提高50%。他們提出的創(chuàng)新性懸架設(shè)計(jì)概念使得車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)。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，能夠在開發(fā)早期快速地判定平順性和操控性。這樣，他們能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)整車的載荷和振動(dòng)特性，發(fā)現(xiàn)問題根源，同時(shí)不斷地修改懸架設(shè)計(jì)，使其適于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)品開發(fā)中扮演了重要角色，提高了牽引車生產(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?，駕駛員要承受過量的沖擊和振動(dòng)。這就是職業(yè)安全專家通常所說的全身振動(dòng)（whole body vibration，WBV）：當(dāng)車輛在顛簸、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)。
全身振動(dòng)（WBV）不僅能夠引起不舒適感，還容易引發(fā)相關(guān)的職業(yè)病。此外，據(jù)專家分析，從事于建筑行業(yè)的工人，由全身振動(dòng)（WBV）引起的受傷率比其他行業(yè)的工人高40%。出于上述原因，歐盟協(xié)會(huì)明確規(guī)定：車輛駕駛員所承受的整體振動(dòng)級(jí)不能超過規(guī)定的級(jí)別。歐盟于2005年實(shí)行了人體振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)2002/44/EC，規(guī)定了有關(guān)工人暴露物理因素（振動(dòng)）導(dǎo)致的危險(xiǎn)中的最低健康和安全要求，振動(dòng)暴露作用水平是0.5m/s2，極限水平為1.15 m/s2。這些指令規(guī)定正在逐步地寫入法律，在歐盟各國(guó)開始嚴(yán)格實(shí)行。駕駛員所承受的加速度和平順性指標(biāo)也寫入ISO2631標(biāo)準(zhǔn)中。
高速行駛在顛簸的路面上
Timoney Technology公司()宣稱，他們的專利懸架產(chǎn)品能夠使越野車輛更加平穩(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。這使得很多卡車制造商開始對(duì)Timoney Technology公司密切關(guān)注，希望能夠在全世界810億美元重型建筑設(shè)備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中上脫穎而出。通過分解車輪不對(duì)稱載荷產(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CEO，Shane O’Neill說：“與采用傳統(tǒng)橫軸的系統(tǒng)相比較，我們的系統(tǒng)能夠讓車輛在越野路面上平穩(wěn)地行駛，同時(shí)所有車輪的速度可以提高兩倍到三倍。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)，為我們的客戶創(chuàng)造更多的品牌價(jià)值?！?/SPAN>
Timoney公司早在1970年就開發(fā)出世界第一個(gè)重型汽車獨(dú)立懸架系統(tǒng)，用于美國(guó)機(jī)場(chǎng)救援車。在隨后的幾十年里，該公司的獨(dú)立懸架技術(shù)在國(guó)際上一直處于領(lǐng)先地位，廣泛地應(yīng)用于重型汽車、大客車和特種車輛。Timoney公司的87150系列懸架被SAE的‘Off-Highway Engineering’雜志評(píng)為創(chuàng)刊以來的最佳品牌之一。
Timoney工程師特別專注于為鉸接式自卸車(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的、多巖石的、多坡的、顛簸的路面，這些惡劣的條件常常讓傳統(tǒng)的自卸車陷入停頓。由于ADT使用領(lǐng)域的多樣性，使其自60年代首次推出以來，使用數(shù)量大幅度增加。
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。O’Neill預(yù)測(cè)在未來十年內(nèi)，公司的一半利潤(rùn)將來自于建筑設(shè)備行業(yè)。
按照客戶需求設(shè)計(jì)復(fù)雜懸架系統(tǒng)
“滿足市場(chǎng)需求，要有能力為世界各地各種復(fù)雜的牽引車開發(fā)懸架系統(tǒng)?！?/SPAN>O’Neill解釋道。他指出，相比剛性結(jié)構(gòu)框架的牽引車，ADT在駕駛車身和翻斗車身之間用萬(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回行駛，以及轉(zhuǎn)45度角。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，只有ADT是六輪驅(qū)動(dòng)的。
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)客戶需求，為每個(gè)汽車模型特別設(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)車輛的平順性和操穩(wěn)性。工程部負(fù)責(zé)人John Nolan表示，仿真工具能夠預(yù)測(cè)在各種路面條件下的車輛振動(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的動(dòng)力學(xué)特性。
Nolan說：“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圖和動(dòng)畫的形式顯示出來，這樣為車輛和懸架的整體動(dòng)態(tài)性能提供更有價(jià)值的信息。”J Nolan表示：“對(duì)于ADT這樣復(fù)雜的設(shè)計(jì)來說，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。這也是為什么我們很多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手不愿意涉及ADT市場(chǎng)的原因，盡管這個(gè)市場(chǎng)的潛力很大。通過使用LMS Motion，我們能夠考慮以上各個(gè)因素，進(jìn)行跨屬性優(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，這樣我們就可以精確地預(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)雜問題的根源，減少建筑車輛的WBV。結(jié)合我們公司工程師的豐富經(jīng)驗(yàn)，LMS 幫助我們?yōu)榭蛻籼峁┻m用ohn Nolan表示LMS Motion還可以進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，以避免車輪的過量載荷。因?yàn)榭紤]到車輛的整體平順性和操穩(wěn)性，每個(gè)車輪都必須單獨(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2.5米寬——比駕駛室的空間還要小。于各種越野車的懸架系統(tǒng)?！?/SPAN>
項(xiàng)目采用的技術(shù)
在最近的一個(gè)項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)和分析工程師Shaun McFadden使用LMS Motion為30噸的ADT牽引車開發(fā)獨(dú)立的雙橫臂懸架，來代替前臂式懸架。使用LMS Motion創(chuàng)建初始模型，表現(xiàn)已有的牽引車模型。翻斗車身創(chuàng)建為剛性體，與其他的部件通過運(yùn)動(dòng)副單元連接在一起，其中球連接和銷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-動(dòng)作器單元表示，軸旋轉(zhuǎn)停頓點(diǎn)利用接觸單元表示。此外，還根據(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。
McFadden說：“實(shí)體單元目前在大部分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，我能夠在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)’的車輛如何在‘真實(shí)’的工作條件下行駛?！?/SPAN>
下一步，他編寫了Matlab程序來顯示ADT常遇到的三種不同類型的路面，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)輸過程。每個(gè)類型的路面，都會(huì)在設(shè)計(jì)樹的一個(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)畫顯示——對(duì)我們理解卡車初始設(shè)計(jì)，鑒定振動(dòng)問題源來說非常有價(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?！睘榱嗽趥?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模型中代替了前臂式懸架，重新運(yùn)行仿真模型來判定車輛是否能夠不超過ISO2631標(biāo)準(zhǔn)中駕駛指數(shù)0.8m/s2的最大速度。
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)。他解釋說：“我們利用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，就可以為用戶驗(yàn)證我們的最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否符合仿真預(yù)測(cè)?！?/SPAN>
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)力比其他類似的設(shè)備提高50%——生產(chǎn)力的提高遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過獨(dú)立懸架的高成本。
“在開發(fā)懸架的過程中，LMS Motion幫助我們查找舊懸架系統(tǒng)的振動(dòng)問題的根源，快速指導(dǎo)我們?yōu)樾碌莫?dú)立懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)最佳方案?！?/SPAN>McFadden說。LMS在提供快速、準(zhǔn)確的分析結(jié)果方面的技術(shù)能力，讓我們能夠快速響應(yīng)客戶需求。獨(dú)特的動(dòng)畫顯示是一項(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，提供生產(chǎn)力大幅度提高的可靠證明。因此，LMS Motion在我們公司戰(zhàn)略發(fā)展過程中扮演了重要角色，是我們最佳的產(chǎn)品開發(fā)合作伙伴。
（轉(zhuǎn)載）
