基于ADAMS的汽車懸架系統(tǒng)建模與仿真(共8頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 研究生課程論文 是否進(jìn)修生？ 是 否 基于ADAMS的汽車懸架系統(tǒng)建模與仿真（武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院，汽研141班,23）摘要：本文首先介紹了ADAMS軟件。然后借助多體動力學(xué)軟件ADAMS，進(jìn)行汽車懸架系統(tǒng)的建模與仿真。論文首先以CAR模塊為研究平臺,建立了懸架轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型。并進(jìn)行了懸架的運(yùn)動學(xué)和彈性運(yùn)動學(xué)仿真分析，做出懸架性能相關(guān)參數(shù)的變化曲線。懸架性能參數(shù)的變化曲線即本次建模仿真得到的結(jié)果。對于汽車操縱穩(wěn)定性的評價有重要的意義。關(guān)鍵詞：建模仿真；ADAMS；懸架系統(tǒng)Automotive suspension system modeling and simul

2、ation based on ADAMSAbstract:In this paper, multi-body dynamics software ADAMS is introduced firstly. Using multi-body dynamics software ADAMS, the author does modeling and simulation of suspension systems.Based on the templates owned by CAR module,the author establish a suspension and steering syst

3、ems model.Then the author does a simulation study on the kinematics and elastic kinematics of suspension ,based on which the author made a suspension-related parameter changes curve.Key Words：Modeling and simulation；ADAMS；suspension system專心-專注-專業(yè)1.ADAMS軟件及其核心模塊 ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of M

4、echanical System ）軟件是原美國MDI公司（現(xiàn)已被MSC合并）開發(fā)的機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件。MSC.ADAMS經(jīng)成為CAE領(lǐng)域中使用范圍最廣、應(yīng)用行業(yè)最多的機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)仿真工具，是一款集建模、求解、可視化技術(shù)于一體的虛擬樣機(jī)軟件。它使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格朗日方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力車分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS一方面是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便的對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析。另一

5、方面，又是虛擬樣機(jī)分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開發(fā)工具平臺。ADAMS軟件主要包括核心模塊、功能拓展模塊、專業(yè)模塊、接口模塊以及工具箱五大部分，共30多個模塊。它的核心模塊包括用戶界面模塊ADAMS/View，求解器ADAMS/Solver和后處理模塊ADAMS/PostProcessor。 ADAMS/View是以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境。它將簡單的按鈕、菜單、鼠標(biāo)點(diǎn)取操作與交互式圖形建模、仿真計算、動畫顯示、X-Y曲線圖處理等功能完美地集成在一起，同時還提供完整的約束庫和力/力矩，建?？焖佟２捎糜脩羰煜さ腤indows界面

6、，提高了相對任意參考坐標(biāo)系方便定位的功能，從而大大提高了快速建模能力。用戶利用Table Editor，可像Excel一樣方便地編輯模型數(shù)據(jù)1。 ADAMS/Solver可自動形成機(jī)械系統(tǒng)模型的動力學(xué)方程，提供靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的解算結(jié)果。ADAMS/Solver該軟件有各種建模和求解選項(xiàng)，以便精確有效地解決各種工程應(yīng)用問題?？蓪傮w和彈性體進(jìn)行仿真研究。為了進(jìn)行有限元分析和控制系統(tǒng)研究，用戶除要求軟件輸出位移、速度、加速度和力外，還可要求模塊輸出用戶自己定義的數(shù)據(jù)。 后處理模塊ADAMS/Processor用來處理仿真結(jié)果數(shù)據(jù)、顯示仿真動畫等。既可以在ADAMS/View環(huán)境中運(yùn)行，也可

7、脫離該環(huán)境獨(dú)立運(yùn)行。ADAMS/Processor的主要特點(diǎn)是：采用快速高質(zhì)量的動畫顯示，便于從可視化角度深入理解設(shè)計方案的有效性；具有豐富的數(shù)據(jù)作圖、數(shù)據(jù)處理及文件輸出功能；多視窗動畫與曲線結(jié)果同步顯示，并可錄制成電影文件；具有完備的曲線數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能：如均值、均方根、極值、斜率等；具有豐富的數(shù)據(jù)處理功能，能夠進(jìn)行曲線的代數(shù)運(yùn)算、反向、偏置、縮放、編輯和生成波特圖等；能支持模態(tài)形狀動畫，模態(tài)形狀動畫可記錄的標(biāo)準(zhǔn)圖形文件格式有：*.gif，*.jpg，*.bmp，*.xpm，*.avi等；在日期、分析名稱、頁數(shù)等方面增加了圖表動畫功能；可進(jìn)行幾何屬性的細(xì)節(jié)的動態(tài)演示2。2.懸架仿真分析 本文建立

8、的懸架模型以東風(fēng)EQ2050越野汽車的懸架為原型，其采用雙橫臂獨(dú)立懸架，獨(dú)立懸架具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）在懸架彈性元件一定的變形范圍內(nèi)，兩側(cè)車輪可以單獨(dú)運(yùn)動，而互不影響，這樣在不平道路上行駛時可減少車架和車身的振動，且有助于消除轉(zhuǎn)向輪不斷偏擺的不良現(xiàn)象。（2） 獨(dú)立懸架減少了非簧載質(zhì)量。在用獨(dú)立懸架時，對驅(qū)動橋而言，由于主減速器、差速器及外殼都固定在車架上，成了簧載質(zhì)量；對于轉(zhuǎn)向橋而言，它僅具有轉(zhuǎn)向主銷和轉(zhuǎn)向節(jié)，而中部的整體梁不再存在。所以采用獨(dú)立懸架時，非簧載質(zhì)量只包括車輪質(zhì)量和懸架系統(tǒng)中的一部分零件的全部或者部分質(zhì)量，非簧載質(zhì)量越小，懸架所受的沖擊載荷也越小。（3）能給予車輪較大的上下運(yùn)動空間

9、，因而可以將懸架剛度設(shè)計得較小，使車身振動頻率降低，以改善行駛平順性3。2.1前懸架轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建模 本文在ADAMS/CAR環(huán)境中在已有的雙A臂（Double-wishbone）模板基礎(chǔ)上，通過修改模板參數(shù)，建立前懸掛系統(tǒng)且存儲于private模板中。建立的前懸架轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多剛體模型如圖2.1所示。 圖2.1 前懸掛轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 由圖2.1可知，前雙橫臂獨(dú)立懸架 運(yùn)動學(xué)模型由如下機(jī)構(gòu)組成：車身、左右兩個上（下）橫臂、左右兩橫向穩(wěn)定桿、左右兩減 振器上（下）活塞桿、左右兩轉(zhuǎn)向節(jié)與轉(zhuǎn)向系轉(zhuǎn)向節(jié)通過輪轂連接，將車輪與轉(zhuǎn)向節(jié)看成一個整體不考慮車輪繞后軸旋轉(zhuǎn)）。此中，車身通過萬向節(jié)與減振器上活塞桿連接，減振器上

10、、下活塞桿之間通過圓柱副連接；車身通過旋轉(zhuǎn)鉸與左右兩個上下橫臂連接，四個橫臂通過球鉸和轉(zhuǎn)向節(jié)相連；故模型中共有2個萬向節(jié)鉸，2個圓柱鉸,4個球鉸和4個旋轉(zhuǎn)鉸。2.2懸掛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)仿真本節(jié)將利用建立好的懸掛轉(zhuǎn)向模型（包括前懸、轉(zhuǎn)向系、懸架系統(tǒng)測試平臺）進(jìn)行懸架運(yùn)動學(xué)和彈性運(yùn)動學(xué)試驗(yàn)，共兩項(xiàng)：左右車輪平行跳動實(shí)驗(yàn)和外加載荷輸入試驗(yàn)。2.2.1左右車輪平行跳動試驗(yàn)仿真分析 懸架系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)分析的基本方法是左右車輪平行跳動實(shí)驗(yàn)。該項(xiàng)試驗(yàn)實(shí)際是給左右車輪一個相同的路面激勵使車輪跳動。此實(shí)驗(yàn)中車輪遇到激勵時的運(yùn)動情況能模擬多種工況下的懸架運(yùn)動，例如車輛遇到障礙物時的運(yùn)動，車輛行駛在凹凸不平路面上的運(yùn)動，

11、車輛行駛中車身發(fā)生側(cè)傾時的運(yùn)動和車輛在加速和制動過程中車身俯仰導(dǎo)致的運(yùn)動。并輸出各個懸架性能參數(shù)作為研究對象。在前懸架模型建立以后，需要設(shè)置懸架的簧載質(zhì)量、軸距、前后軸制動力分配、質(zhì)心高度等參數(shù)，在此試驗(yàn)中左右兩車輪中心同時在相對輸入位置的-100mm100mm（垂直向上為正）內(nèi)移動，即給左右兩輪同向激勵。 圖2.2 車輪外傾角與輪跳的關(guān)系因?yàn)檐囕喬鴦訒r的外傾角對車輛的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性等有很大影響4，所以應(yīng)盡量減少車輪相對車身跳動時的外傾角變化5。一般跳動變化為2.8°/100mm以內(nèi)為宜6。由圖2.2分析可知，在車輪上跳100mm時，此獨(dú)立懸架車輪外傾角大約變化1.3°；車輪

12、下跳100mm時，外傾角大約變化2.7°。外傾角的變化在理想范圍之內(nèi)。 圖2.3 車輪前束角與輪跳的關(guān)連前束角可以中和前輪外傾角帶來的不利影響。前束角的作用是減少輪胎的磨損，車輪跳動時它的變化對車輪直線行駛、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)有很大影響，通常希望前束角的變化幅度盡量小7。一般在車輪100mm的跳動范疇時，前束角的變化量在0.02°0.15°左右。而根據(jù)圖2.3，車輪跳動±100mm時，車輪前束角的變化都超過了這個范圍，這對操縱穩(wěn)定性是不利的。 圖2.4 主銷后傾角與輪跳的關(guān)系 圖2.5 主銷后傾拖距與輪跳的關(guān)連 主銷后傾角對轉(zhuǎn)向時的車輪外傾變化影響大，如果主銷后傾

13、角設(shè)計過大，則外傾轉(zhuǎn)向輪的外傾角會負(fù)方向變化。當(dāng)前輪主銷后傾角較大時，需增加前輪轉(zhuǎn)向所必須的橫向力，以抵消外傾推力，這樣不僅轉(zhuǎn)向弱，而且最大橫向加速度也會增加，一般認(rèn)為2°3°是合理的范圍8。車輪每跳動100mm時，后傾角的理想變化范圍應(yīng)為0.2°0.67°左右9。后傾拖距是主銷延長線與地面的交點(diǎn)到輪胎印跡中心（橫向）的距離，它對汽車轉(zhuǎn)向特性、路感和轉(zhuǎn)向時的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響10。圖2.4中，后傾角的變化范圍大約是5.37°5.84°，變化幅度為0.47°，符合后傾角理想的變化范圍。2.2.2外加載荷輸入試驗(yàn)仿真分析施加外加

14、載荷的位置有兩種，包括在輪胎與地面接觸位置或者車輪中心處，施加的載荷有縱向力、側(cè)向力和回正力矩等力和力矩11。對懸架彈性運(yùn)動學(xué)的分析和評價主要就是通過這些參數(shù)隨外加載荷的變動曲線來衡量的12。本文采取的是在車輪上施加縱向制動力的外加載荷的仿真方法。 創(chuàng)建一個載荷文件給兩個前輪施加相等的制動力，本車的質(zhì)量為3500kg，給其一個負(fù)0.8g的加速度，其前輪的制動比為60%后輪的制動比為40%，那么前輪總的制動力為：,每個前輪分配的制動力約為8240N，每個后輪的制動力約為5494N。仿真后的到的懸架參數(shù)隨制動力變化的曲線2.62.9所示。 圖2.6 外傾角與制動力的關(guān)系 由圖2.6可知，車輪外傾角

15、隨制動力的增大而增大，從-0.7°增加到-0.02°，負(fù)的外傾角能減小轉(zhuǎn)彎時離心力使汽車產(chǎn)生不足轉(zhuǎn)向的趨勢，能滿足高的操縱穩(wěn)定性要求，而正的外傾角能減小偏距及使輪胎接地點(diǎn)向內(nèi)縮，從而提高制動時縱向力作用下的方向穩(wěn)定性，減少轉(zhuǎn)向力，有利于改善汽車直線行駛穩(wěn)定性13。 圖2.7 前束角與制動力的關(guān)系由圖2.7可知，車輪前束角隨制動力的增大減小，且變化幅度大，這對車輛制動時的行駛穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向制動時的操縱穩(wěn)定性是不利的，會導(dǎo)致制動跑偏。 圖2.8 主銷后傾拖距與制動力關(guān)連 圖2.9 主銷后傾拖距與制動力關(guān)連 如圖2.8和圖2.9，主銷后傾角和主銷后傾拖距都隨制動力的增加而減小，主銷

16、后傾角由5.4°減小到2.4°，主銷后傾拖距由正值減小為負(fù)值，這是不利趨勢，會引起車輪磨損和晃動。 3.總結(jié) 本文主要成果是利用了ADAMS軟件進(jìn)行了汽車懸架轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模與仿真。本文首先介紹了ADAMS軟件及其核心的三個模塊：用戶界面模塊ADAMS/View，求解器ADAMS/Solver和后處理模塊ADAMS/PostProcessor。然后以ADAMS/CAR模塊為平臺，以東風(fēng)EQ2050越野車為模板，建立懸架轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型。最后在此模型上進(jìn)行了左右車輪平行跳動實(shí)驗(yàn)和外加載荷輸入試驗(yàn)兩項(xiàng)試驗(yàn)，并得出相關(guān)參數(shù)的變化曲線。 參考文獻(xiàn)1石博強(qiáng)等編著.ADAMS基礎(chǔ)與工程范例教程M.北京市：中國鐵道出版社.2007.2陳立平等編著.機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)分析及ADAMS應(yīng)用教程M.北京市：清華大學(xué)出版社.2005.3臧杰主編.汽車構(gòu)造 下M.北京市：機(jī)械工業(yè)出版社.2011.4郭孔輝.汽車操縱動力學(xué)M.長春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社.19915宋傳學(xué),蔡章林. 基于ADAMS/CAR的雙橫臂獨(dú)立懸架建模與仿真J. 吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版),2004,04:554-558.6姜攀，王貴槐，李青基于ADAMCAR的汽車前懸架仿真分析J公路與汽運(yùn)，10(3)：7-117趙秋芳. 基于ADAMS的汽車操縱穩(wěn)定性仿真試驗(yàn)初