1、第十七章 应用ADAMS软件的多体 动力学实例分析第一节ADAMS/Car模块介绍第二节轿车前悬架建模实例第三节模型仿真分析ADAMS/Car模块1是MSC公司与奥迪、宝马、雷诺和沃尔沃等汽车公司合作开发的轿车设计模块,它能够快速建立高精度的车辆子系统模型和整车模型,可通过高速动画直观地再现各种工况下车辆的运动学(Kinematics)和动力学(Dynamics)响应,并输出表征操纵稳定性、制动性、乘坐舒适性和安全性等车辆性能的相关参数。ADAMS/Car模块分“Standard Interface”(标准界面)和“Template Builder”(模板)两种模式,每一种模式对应着不同的菜单
2、界面和功能。第一节ADAMS/Car模块介绍利用ADAMS/Car模块建模的一般流程是:设计人员首先在“Template Builder”(模板)下创建所需的模板,或对已有的模板进行修改以适应建模要求;然后根据建立的模板在“Standard Interface”(标准界面)下建立子系统模型,并将子系统模型组装成系统总成或整车模型;最后,根据研究目标对组装好的悬架总成或整车模型给出不同的仿真和分析命令,即可进行不同工况下的仿真分析或优化设计。在“Template Builder”中建立模板是ADAMS/Car仿真分析首要的关键步骤,其过程主要由以下几方面组成:(1)物理模型的简化(2)确定“Ha
3、rd Point”(硬点)(3)创建零件(4)创建零件的“Geometry”(几何形体)(5)定义“Mount”(组装件)(6)定义“Attachment”(连接)(7)定义“Parameter Variable”(参数变量)第二节轿车前悬架建模实例本节以某轿车的双横臂式(Double Wishbone)前悬架为例,介绍在ADAMS/Car“Template Builder”(模板)模式下建立前悬架模型的过程。首先,对实际的前悬架进行建模前的简化。其次,定义系统模型的绝对坐标系。具体的建模步骤介绍如下:(1)建立硬点通过菜单命令“BuildHardpointNew”建立硬点,如图17-1所示。
4、根据表17-1可逐一创建前悬架左半边的硬点逐一创建,建立后的前悬架全部硬点如图17-2所示。图17-1创建硬点对话框图17-2前悬架硬点分布序号硬点Hard Point在绝对坐标系中的位置/mmxyz1驱动轴内支点driveshaftinr0.0-200.0225.02下控制臂前支点lcafront-200.0-400.0150.03下控制臂外支点lcaouter0.0-750.0100.04下控制臂后支点lcarear 200.0-450.0155.05减振器下安装点lwrstrutmount0.0-600.0150.06副车架前支点subframefront-400.0-450.0150.
5、07副车架后支点subframerear400.0-450.0150.08转向横拉杆内支点tierodinner200.0-400.0300.09转向横拉杆外支点tierodouter 150.0-750.0300.010减振器上安装点topmount40.0-500.0650.011上控制臂前支点ucafront100.0-450.0525.012上控制臂外支点ucaouter 40.0-675.0525.013上控制臂后支点ucarear250.0-490.0530.014车轮中心wheelcenter 0.0-800.0300.0表17-1前悬架左半边硬点坐标(2)建立零件通过“Buil
6、dGeneral partNew”菜单命令建立一般零件。除了需要输入零件名称、选择参考类型和参考点外,最重要的是确定零件的质量、质心位置及相对于质心的转动惯量,如图17-3所示。可通过“BuildGeneral partModify”菜单命令进行零件参数的修改。注意,在标准界面模式下,只能修改零件的动力学参数。表17-2为前悬架零件动力学参数,建立零件后的前悬架模型如图17-4所示。零件名称质量/kg转动惯量/(kgmm2)质心位置/mmIxx104Iyy104Izz104xyz上控制臂2.851.642.130.740.520.044.56转向横拉杆1.061.561.560.060.00.
7、00.0转向节3.637.1217.1710.1924.71-50.4411.69转轴1.070.040.050.050.00.0-50.0下控制臂4.734.179.825.724.731.3358.57驱动半轴4.2116.5916.590.070.00.0-365.68减振器筒5.01.01.01.00.00.00.0减振器活塞杆5.01.01.01.00.00.00.0半轴接头1.980.020.020.010.00.013.70副车架0.00.00.00.00.00.0150.0表17-2前悬架零件动力学参数图17-4建立零件后的前悬架模型图17-3创建零件对话框(3)建立零件的几何
8、形体 ADAMS/Car提供了多种常用的几何体,例如创建连杆和圆柱体的对话框分别如图17-5和图17-6所示。图17-5创建连杆对话框图17-6创建圆柱体对话框在建立零件的几何形体时,通常需定义几何体的名称、所属零件、参考点和各自的外形参数。表17-3中为前悬架零件几何体名称,建立完几何外形的前悬架模型如图17-7所示。零件序号零件名称Parts1上控制臂uppercontrolarm 2转向横拉杆tierod 3万向节upright4转轴spindle 5下控制臂lower-contol-arm 6驱动半轴drive-shaft 7减振器筒upper-strut8半轴接头tripot9减振器
9、活塞杆lower-strut 10副车架subframe 表17-3前悬架零件几何形体名称图17-7具有几何外形的前悬架模型(序号信息详见表17-3)(4)创建弹簧和减振器在悬架系统中,弹簧和减振器是极为重要的部件,对悬架的性能起决定性作用。通过“BuildForcesSpringNew”和“BuildForcesDamperNew”菜单命令创建,如图17-8和图17-9所示。图17-8创建弹簧对话框图17-9创建减振器对话框在对话框中需要定义名称、被连接的两个零件、连接参考点、直径以及特性文件(Property File),特别地,弹簧还需输入弹簧安装长度(或预载)和簧丝的圈数。图17-10
10、和图17-11所示分别为前悬架弹簧刚度特性曲线和减振器阻尼特性曲线。图17-10前悬架弹簧刚度特性曲线图17-11减振器阻尼特性曲线(5)定义连接为了确定前悬架模型中零件间的运动关系,还必须定义零件间的“Attachment”(连接),主要包括铰链和衬套。图17-12所示为创建球铰铰链对话框,在对话框中需定义铰链的名称、连接的零件、铰链类型、参考坐标等。其他铰链的建立与此类似。可采用“BuildAttachmentJointModify”菜单命令进行铰链修改。“Bushing”(衬套)的创建和修改命令与铰链类似,区别在于衬套还需定义外形参数以及弹性特性文件(Property File),如图1
11、7-13所示。前悬架模型中的连接见表17-4。建立完铰链和衬套的前悬架模型如图17-14所示。图17-12创建球铰铰链对话框图17-13创建衬套对话框序号类型被连接零件I被连接零件J连接点备注1球面副23hpltierodouter2球面副13hplucaouter3万向节7安装hpltopmountmtlstruttobody4转动副1安装hplucafrontmtlucatobody5等速万向节2安装hpltierodinnermtltierodtosteering序号类型被连接零件I被连接零件J连接点备注6转动副43hplwheelcenter7等速万向节64cfrdriveshafto
12、tr8球面副35hpllcaouter9万向节95hpllwrstrutmount10转动副510hpllcafront11等速万向节86hpldriveshaftinr12移动副9安装hpldriveshaftinrmtltripottodifferential13固定副10安装cfssubframefixedmtssubframetobody表17-4前悬架模型中的连接图17-14定义连接的前悬架模型(序号信息详见表17-4)在“Template Bulider”中建立的前悬架模板要转到标准模式中创建子系统后才能进行性能仿真,或与其他子系统组装进行系统总成及整车仿真。在对所建前悬架模型进行
13、仿真之前,需定义相关的车辆参数,然后可根据需要选择仿真类型,进行不同工况下的仿真分析。本节将介绍仿真分析的一般步骤,并给出一些典型的仿真结果。(1)定义相关的车辆参数首先,定义与前悬架系统分析相关的车辆参数。(2)仿真分析在ADAMS/Car模块中,系统提供了不同的仿真类型供用户选择。(3)输出动画结果ADAMS软件的仿真动画功能为车辆设计人员直观、定性地评价悬架性能提供了有效的手段,对运动零件之间运动干涉的校核更为有效。第三节模型仿真分析(4)创建特性曲线ADAMS/Car模块为车辆设计提供了广泛的分析功能。在对所建立的前悬架模型进行运动学分析后,可在菜单命令“PlotCreate Plot
14、s”中选择ADAMS/Car提供的图表配置文件“mdisuspensionparalleltravel”,该配置文件中共包含了 28种悬架特性输出。本节仅给出了车轮定位参数与车轮跳动量关系曲线,如图17-15图17-19所示,图中左右轮曲线重合。图17-15所示为本例中两侧车轮同向跳动时车轮外倾角的变化曲线。主销后倾角的变化曲线如图17-16所示。图17-17所示为主销内倾角的变化曲线。图17-18所示为轮胎侧向偏移量的变化曲线。图17-19所示为前轮前束的变化曲线。图17-15车轮外倾角变化曲线图17-16主销后倾角变化曲线图17-17主销内倾角变化曲线图17-18轮胎侧向偏移量变化曲线图17-19前轮前束变化曲线本章完本章完 谢谢谢谢！
