ADAMS环境下卡车及悬架模板的建立

蒋鹏

摘要：ADAMS中的Car模块是MDI公司与Audi、BMW、Renault和Volvo等公司合作开发的轿车模块，它能快速建立高精度的整车虚拟样机，包括车身、悬架、传动系统、发动机、转向机构和制动系统等，通过高速动画直观地再现各种工况下车辆的运动学和动力学响应，并输出表征操纵稳定性、制动性、乘坐舒适性和安全性等的性能参数。为更好地改善悬架的性能，本文在ADAMS/Car中建立了仿真模型，对影响车辆操稳性的特性参数在汽车行驶中的变化进行了仿真分析，并把分析结果和实际试验结果作了比较，证明了所建模型的准确性。

关键词：ADAMS；卡车；悬架；虚拟样机；仿真

ADAMS/Car是MDI公司与奥迪、宝马、雷诺和沃尔沃等公司合作开发的整车设计软件包，集成了他们在汽车设计、开发方面的专家经验，能帮助工程师快速建造高精度的整车虚拟样机，采用的用户化界面是根据汽车工程师的习惯而专门设计的，包括整车动力学模块（Vehicle Dynamics）和悬架设计模块（Suspension Design）。对悬架系统而言，ADAMS/Car在仿真结束后，可自動计算出30多种悬架特性，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通过这些曲线来对悬架进行综合性能的评价和分析。

一、ADAMS简介

ADAMS即机械系统动力学自动分析（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems），该软件是美国机械动力公司开发的虚拟样机分析软件。同时，ADAMS是全球运用最为广泛的机械系统仿真软件，用户可利用ADAMS在计算机上建立和测试虚拟样机，实现事实再现仿真，从而了解复杂机械系统设计的运动性能。因此，ADAMS已被全世界各行各业的制造商广泛采用。

ADAMS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学，运动学和动力学分析，输出位移，速度，加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷及计算有限元的输入载荷等。

ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。同时，ADAMS软件有两种操作系统的版本：UNIX版和Windows NT/2000版。

二、假设与简化

在建立某种七吨模型时做了如下假设与简化：①认为左右悬架以汽车的纵向中轴线对称（包括转向梯形）；②悬架零部件中，除了弹性元件、橡胶元件外，剩余零部件全部认为是刚体；③悬架弹性元件为钢板弹簧，ADAMS软件中用于建立钢板弹簧的专有模块ADAMS/Leaftool建立模型的；④后悬架辅助钢板弹簧与车架连接，简化为理想形状的圆弧接触，在ADAMS中用Contact Force力单元来描述；⑤弹性轮胎在悬架特性分析中考虑成仅有径向刚度的线性模型，在整车操稳仿真分析中为Fia-la轮胎模型；⑥对理想铰链，均没有考虑其内摩擦和阻尼。

三、各模板的建立

1、前悬架及转向系模板的建立。该种七吨载货车前悬架各零部件包括：车轴、钢板弹簧、减振器、转向垂臂、转向直拉杆、转向节、转向横拉杆等。为了方便建模，将前悬架系统分为三个子系统：钢板弹簧子系统、悬架子系统、转向系子系统。根据二维图纸分别建立了三个子系统，最后将某种七吨载货车前悬架参数输入子系统模板中，通过ADAMS/Car中专有的连接器（Communica-tors）将三个子系统模板连接起来。

2、后悬架模板的建立。该种七吨载货车后悬架系统各零部件包括：驱动车桥、钢板弹簧、辅助钢板弹簧等。后悬架系统模型也分三个子系统模板创建：主钢板弹簧子系统（Lower_leaf_spring）、辅助钢板弹簧子系统（Upper_leaf_spring）、驱动悬架子系统（Drive_rear_suspen-sion）。同样，根据二维图纸分别建立了三个子系统，最后将某种七吨载货车后悬架参数输入子系统模板中，通过ADAMS/Car中专有的连接器（Commun-icators）将三个子系统模板连接起来。

3、其它子系统模板的建立。该种七吨载货车各子系统模板，还包括驾驶室悬置模板、动力总成模板、前转向桥轮胎模板、后驱动桥轮胎模板及车架模板。其中，车架子系统模板中连接器的设定比较重要，因为很多模板都是要与车架模板连接，才能成为一个完整的整车系统模型。

4、整车模型的建立。把前后悬架系统和其他子系统装配起来，就构成了整车模型。装配连接工作由ADAMS/Car自动完成，各个子系统模型之间的连接，是通过建立模板时设定的连接器（Communicators）来实现。

四、整车仿真分析和试验验证

1、转向盘转角阶跃输入仿真与验证。汽车的操纵稳定性同汽车行驶时的瞬态响应有密切关系，常用转向盘角阶跃输入下的瞬态响应来表征汽车的操纵稳定性。

参照国标GB/T6323.6-94汽车操纵稳定性试验方法：转向瞬态响应试验（转向盘角阶跃输入）的有关规定，对该种七吨载货车进行了车速70km/h下的汽车转向瞬态响应的试验仿真。按照1个g的稳态侧向加速度，调整好转向盘转角；在时间为2s时开始阶跃转向，在0.2s内完成阶跃转向，仿真时间为6秒，计算120步。在仿真过程中，需要测量的基本参数为：前轮转向角、横摆角速度、车身侧向加速度和车身侧倾角。另外，在后处理中进行仿真结果的输出，并将仿真结果与试验结果进行比较。由其仿真结果可知，仿真结果与试验结果基本一致，说明在ADAMS/Car环境下，开发的卡车模板基本是正确的，而且基本满足精度要求。

2、稳态回转试验仿真与验证。对该种七吨载货车进行稳态回转试验仿真，同时，在仿真分析过程中，同样要测量评价操纵稳定性的几个基本参量：前进车速、横摆角速度、侧向加速度和车身侧倾角。参照国标GB/T6323.6-94稳态回转试验方法，对稳态回转数据结果，进行分析处理，并将处理后的结果与试验结果进行比较。结果如图1和2所示，由图中可知，仿真结果与试验结果基本一致，这进一步说明，在ADAMS/Car环境下，开发的卡车模板是正确的，而且满足精度要求。

五、结语

本文在ADAMS/Car中建立了整车卡车虚拟样机模版，然后根据某种七吨载货车进行了转向盘角阶跃输入和稳态回转仿真和试验验证，证实了所建模型的正确性.为完善卡车模板的开发，还需要进一步建立其他子系统模板，诸如双前桥转向系模板、平衡悬架模板、空气弹簧悬架模板等，以便能对其他类型载货车进行仿真分析。

参考文献：

[1]刘红军.ADAMS在汽车操纵稳定性中的应用研究[M].武汉理工大学学报，2013（04）.

[2]吴志新.基于ADAMS/CAR的某轿车悬架优化设计[J].轻型汽车技术，2014（08）.

[3]崔胜民.ADAMS环境下卡车及悬架模板的建立[J].佳木斯大学学报，2014（01）.