当汽车撞上坑洼时，悬挂系统会在几秒钟内受到严重损坏。悬架系统必须能够适应各种路况，同时支撑车轮、座椅和车身。为了研究车辆悬架系统的性能，可以使用多体分析和机械系统的简化集总模型。

　　为创新的车辆悬挂系统铺平道路

　　如果撞上坑洼有好的一面呢?汽车悬架技术的创新可以使这成为可能。潜在的发展包括以下方法将动能转化为电能，为车辆提供动力,软件驱动的冲击可以减轻坑洼，而且通过语音命令进行调整的机械悬架设置。

　　如果不首先建立牢固的基础，增强的悬挂系统是不可能的。毕竟，任何车辆的悬架系统都需要适应负载变化，吸收路面的倾斜和颠簸，等等。否则，会出现常见的悬架问题，如车轮定位不良、弹簧磨损和减震器损坏。

　　带有悬挂系统的底盘示例。克里斯托弗·齐默诺维茨的图像——自己的作品。根据许可抄送-服务协议2.5，通过维基共享空间。

　　通过在中建立简化的集总模型COMSOL多物理软件，您可以分析和优化车辆悬架系统设计。

　　COMSOL多物理中集中机械系统的建模

　　自COMSOL Multiphysics 5.3a版起提供集总机械系统接口可用于以非图形格式对离散机械系统建模。这可以用质量、阻尼器和弹簧来表示。您可以选择将这些系统连接到2D或3D多体动力学界面。建模集总机械系统时，可以同时使用集总机械系统和多体动力学中的接口多体动力学模块。

　　在本教程中，车辆悬架系统的集总模型有三个主要部件:

　　车轮

　　席位

　　身体

　　具有三个主要部件的车辆悬架系统的集总模型。

　　每个车轮都有一个自由度，在上图中用绿色圆圈表示。每个座位由一个蓝色圆圈代表，也有一个自由度。在重心处，物体有三个自由度来解释系统的旋转:

　　卷

　　投

　　举

　　你可以使用刚性域节点和规定的位移/旋转中的子节点多体动力学接口来限制车身自由度的数量。

　　要模拟车轮和座椅，您可以使用块,弹簧，和阻尼器中的节点集总机械系统界面。整车模型包括所有四个车轮和四个座椅，两个部件都被定义为子系统。

　　在下面的示意图中，显示了质量(m)、弹簧(k)和阻尼器(c)。车轮的集中模型考虑了其质量和刚度，以及车辆悬架的刚度和阻尼。座椅的集中模型考虑了其刚度和阻尼以及乘客的质量。

　　车轮和座椅的集中模型。

　　这集总机械系统界面使您能够将车身建模为外部信源在集中机械系统中。这有助于在轮体和车身座椅点将悬架系统与车身连接起来。

　　检查瞬态分析结果

　　通过瞬态分析，您可以计算给定道路轮廓的车辆运动和座椅振动水平。在这种情况下，道路的凹凸高度为4厘米，宽度为7.5厘米。假设车辆以40公里/小时的恒定速度行驶。道路轮廓通过假设道路上的一系列颠簸而建模，但是仅假设车辆的左轮在颠簸上行驶。

　　让我们来看看车辆侧倾、俯仰和升沉的时间历史。这些结果有助于设计冲击，直观地减少撞击坑洼后的横摇、纵摇和起伏。

　　如下所示，对于给定的道路激励，当车辆左侧在道路轮廓中给定的凸块上移动时，侧倾旋转大于俯仰旋转。您还可以在右边的速度图中看到横摇、纵摇和升沉运动的相应速度。两种不同的频率——低频和高频——对应于系统组件的固有频率。

车辆重心处的侧倾、俯仰和升沉运动(左)和相应的车速(右)。

　　例如，如果你想利用撞击坑洼所产生的动能，你需要确定车辆是如何移动的以及移动的速度。在这种情况下，您可以分析所有四个座椅位置的位移和加速度的时间历史。座椅位移结果显示，车辆左侧的位移要大得多，因为这一侧越过了道路上的颠簸，而右侧没有。

座椅位移(左)和座椅加速度(右)的时间历史。

　　最后，为了确定悬架有多软或多硬，并相应地进行修改，我们想知道弹簧中的力是什么。结果表明，车轮弹簧和减振器的力比座椅大得多。这是因为力被车轮和车身的惯性吸收，所以只有一小部分力从车轮传递到座椅。此外，与车轮上的力相比，座椅上的力的振动频率要低得多，从而使乘坐更加平稳。

左前轮(左)和左前排座椅(右)的弹簧和减震器中的力。