ADAMS仿真模型创建参考

3.1 建模准备

3.1.1  Adams/car模块

本文建模使用的是Adams中的car专业模块，adams/car悬挂转向系统运动学仿真是基于悬挂试验台对车轮施加垂向运动并附之转向盘转动的仿真形式，用户可以执行车轮激振、随遇平衡和转向仿真等一系列的实验，测试悬架动力学性能，变形特征及力的传递特性。仿真时，试验台先向下运动到指定的下限位置，然后按照仿真步数运动到上限位置。在每种分析中adams/car可以计算出38中悬挂特性，如：前轮前束角（toe angle）、前轮外倾角(camber angle)、主销内倾角（kingpin_incl_angle）、主销后倾角（caster_angle）、轮距变化量（total_track）等。实验完成后可以通过adams_postprocessor绘制出相应的曲线图，通过图形中的曲线变化特征判断车轮运动是否符合设计要求。

3.1.2 定义各部件参数

由于厂家未能提供设计图纸，所以只能测量悬架各零部件的尺寸，在CATIA或solidworks软件中做出1：1的三维模型，然后在catia工作台上按照总布置参数进行安装。然后存为parasolid或igs文件，导入adams。在Adams中确立各连接点的坐标，然后根据零件特征连接坐标点在Adams/car中做出适合Adams动力学分析的Adams模型。根据前几章得出的各关键零部件的参数进行建模。

3.2模型分析

悬架的结构特点对操纵稳定性和平顺性的影响至关重要。麦弗逊悬架左右对称于汽车纵向平衡，由车身1、减震器上体3、转向节总成4(包括减震器下体、轮毂轴、制动底板等)、转向横拉杆5、转向器齿条6、下摆臂7及车轮总成8组成，具体结构见图1与表1。各刚体之问的连接关系如下：减震器上端3与车身1的连接点用球铰约束；转向节总成4与减震器上体3用圆柱铰约束，只能沿轴线移动和转动；下摆臂一端通过转动铰F和G与车身相连(其中一个为虚约束)，另一端通过球铰E与转向节总成相连；转向横拉杆一端通过球铰B与转向节总成相连，另一端通过球铰H与转向齿条相连。在进行运动分析时，转向齿条通过固定副与车身相连，车轮总成和转向节总成也通过固定副相连，车身相对地面不动。

1／2前麦弗逊悬架约束方程数目为：

m=6x 1+5×3+4x 3+3x2=39

1／2悬架自由度DOF=6×7-m=3

          图3-1 麦弗逊悬架示意图

CAR模块是ADAMS软件包中的一个专业化模块，主要用于对轿车(包括整车及各个总成)的动态仿真与分析。对于悬架系统来说，ADAMS／CAR在仿真结束后，可自动计算出38种悬架特性，根据这些常规的悬架特性，用户又可定义出更多的悬架特性，产品设计人员完全可以通过这些特性曲线来对悬架进行综合性能的评价和分析。在建立这个模型前，必须先对悬架系统进行合理简化。

从汽车动力学的角度出发。在本次仿真分析中，将建立一个虚拟激振台，设置上下激振位移为50mm，以左右车轮同步上下跳动来计算悬架跳动过程中主要性能参数的变化规律。

7.1 前悬架模型的建立

1、弹簧2、减震器上部3、减震器下部4、转向节5、轮毂

6、转向拉杆7、下摆臂8、稳定杆、9、轴套

7

         6

         9

5

8

4

3

2

1

图3-2  1/2悬架结构图

表3-1 各零件间连接形式

图3-3 刚性稳定杆的悬架的悬架模型

3.3横向稳定杆的转化处理

3.3.1、基于材料力学特性的多刚体建模方法，在Adams/car中，建立刚体杆件，将稳定杆arb分成hpl_arb和hpr_arb两部分，中间以转动副（revolute）连接，再加扭转弹簧（torsion_spring）。左右稳定杆的中间部分通过弹性轴套bushing1、和bushing2、连接于车架。两端通过圆柱副（translational）连接到下摆臂。当悬架进行左右轮上下平行运动时，稳定杆连接下摆臂两端以相同方向运动，在扭转弹簧中不产生力的作用。当悬架进行左右轮方向相反的上下运动时，稳定杆左右两部分之间产生相对运动，此时由于扭转弹簧预设角刚度的作用在左右稳定杆之间产生扭矩，从而达到减小其相对转角，增加悬架刚度的作用。但扭转弹簧刚度的确定十分繁琐。

如图3-4

3.3.2、在adams中，根据铁木辛科梁（timoshenko）理论，可以使用无质量的等截面铁木辛科梁定义两个构件之间的作用力。与经典的欧拉梁相比，铁木辛科梁考虑剪切、扭转变形的影响，截面惯性矩不用自己计算而只需输入截面特征，用二次形函数求解精度高，因此对于横向稳定杆这样承受着拉伸、扭转、弯曲等力与力矩且产生复杂变形的零件，用铁木辛科梁对其进行模拟，可以较真实地反映其物理特性。将稳定杆离散成22个集中质量单元，每个集中质量单元看作一个刚体，相邻集中质量单元之间用无质量铁木辛科梁连接，各单元连接点位置根据稳定杆未承载时的几何形状确定，并输入梁的横截面特性和材料特性，整个稳定杆就可以看成一个多个铁木辛科梁连接的多柔性系统，并替换图中的稳定杆刚体模型。这种转化更接近于实际稳定杆运动的状态。

如图3-5

图3-5利用铁木辛科梁理论建立的柔性稳定杆的模型

3.3.3、基于模态叠加的多柔体建模方法为了更准确地描述稳定杆特性，应将其作为柔性体处理，将柔性体的变形视为模态振型的线性叠加，具体处理方法如下：将稳定杆的三维实体数模输入到有限元前处理软件ansys中，进行网格划分、材料特性定义，根据稳定杆的受力特点进行加载，对其受力状态进行仿真，并进行模态分析，得到一个格式为mnf的中性文件。在Adams/vive中用rigid to flex命令将稳杆直接转化为柔性杆件。

图3-6

3.4 将模型与实验台链接生成悬架系统模型

图3-7悬架系统模型