ADAMS環境下卡車及懸架模板的建立

蔣鵬

摘要：ADAMS中的Car模塊是MDI公司與Audi、BMW、Renault和Volvo等公司合作開發的轎車模塊，它能快速建立高精度的整車虛擬樣機，包括車身、懸架、傳動系統、發動機、轉向機構和制動系統等，通過高速動畫直觀地再現各種工況下車輛的運動學和動力學響應，并輸出表征操縱穩定性、制動性、乘坐舒適性和安全性等的性能參數。為更好地改善懸架的性能，本文在ADAMS/Car中建立了仿真模型，對影響車輛操穩性的特性參數在汽車行駛中的變化進行了仿真分析，并把分析結果和實際試驗結果作了比較，證明了所建模型的準確性。

關鍵詞：ADAMS；卡車；懸架；虛擬樣機；仿真

ADAMS/Car是MDI公司與奧迪、寶馬、雷諾和沃爾沃等公司合作開發的整車設計軟件包，集成了他們在汽車設計、開發方面的專家經驗，能幫助工程師快速建造高精度的整車虛擬樣機，采用的用戶化界面是根據汽車工程師的習慣而專門設計的，包括整車動力學模塊（Vehicle Dynamics）和懸架設計模塊（Suspension Design）。對懸架系統而言，ADAMS/Car在仿真結束后，可自動計算出30多種懸架特性，根據這些常規的懸架特性，用戶又可定義出更多的懸架特性，產品設計人員完全可通過這些曲線來對懸架進行綜合性能的評價和分析。

一、ADAMS簡介

ADAMS即機械系統動力學自動分析（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems），該軟件是美國機械動力公司開發的虛擬樣機分析軟件。同時，ADAMS是全球運用最為廣泛的機械系統仿真軟件，用戶可利用ADAMS在計算機上建立和測試虛擬樣機，實現事實再現仿真，從而了解復雜機械系統設計的運動性能。因此，ADAMS已被全世界各行各業的制造商廣泛采用。

ADAMS軟件由基本模塊、擴展模塊、接口模塊、專業領域模塊及工具箱5類模塊組成。ADAMS軟件使用交互式圖形環境和零件庫、約束庫、力庫，創建完全參數化的機械系統幾何模型，其求解器采用多剛體系統動力學理論中的拉格郎日方程方法，建立系統動力學方程，對虛擬機械系統進行靜力學，運動學和動力學分析，輸出位移，速度，加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預測機械系統的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷及計算有限元的輸入載荷等。

ADAMS一方面是虛擬樣機分析的應用軟件，用戶可運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析。另一方面，又是虛擬樣機分析開發工具，其開放性的程序結構和多種接口，可成為特殊行業用戶進行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發工具平臺。同時，ADAMS軟件有兩種操作系統的版本：UNIX版和Windows NT/2000版。

二、假設與簡化

在建立某種七噸模型時做了如下假設與簡化：①認為左右懸架以汽車的縱向中軸線對稱（包括轉向梯形）；②懸架零部件中，除了彈性元件、橡膠元件外，剩余零部件全部認為是剛體；③懸架彈性元件為鋼板彈簧，ADAMS軟件中用于建立鋼板彈簧的專有模塊ADAMS/Leaftool建立模型的；④后懸架輔助鋼板彈簧與車架連接，簡化為理想形狀的圓弧接觸，在ADAMS中用Contact Force力單元來描述；⑤彈性輪胎在懸架特性分析中考慮成僅有徑向剛度的線性模型，在整車操穩仿真分析中為Fia-la輪胎模型；⑥對理想鉸鏈，均沒有考慮其內摩擦和阻尼。

三、各模板的建立

1、前懸架及轉向系模板的建立。該種七噸載貨車前懸架各零部件包括：車軸、鋼板彈簧、減振器、轉向垂臂、轉向直拉桿、轉向節、轉向橫拉桿等。為了方便建模，將前懸架系統分為三個子系統：鋼板彈簧子系統、懸架子系統、轉向系子系統。根據二維圖紙分別建立了三個子系統，最后將某種七噸載貨車前懸架參數輸入子系統模板中，通過ADAMS/Car中專有的連接器（Communica-tors）將三個子系統模板連接起來。

2、后懸架模板的建立。該種七噸載貨車后懸架系統各零部件包括：驅動車橋、鋼板彈簧、輔助鋼板彈簧等。后懸架系統模型也分三個子系統模板創建：主鋼板彈簧子系統（Lower_leaf_spring）、輔助鋼板彈簧子系統（Upper_leaf_spring）、驅動懸架子系統（Drive_rear_suspen-sion）。同樣，根據二維圖紙分別建立了三個子系統，最后將某種七噸載貨車后懸架參數輸入子系統模板中，通過ADAMS/Car中專有的連接器（Commun-icators）將三個子系統模板連接起來。

3、其它子系統模板的建立。該種七噸載貨車各子系統模板，還包括駕駛室懸置模板、動力總成模板、前轉向橋輪胎模板、后驅動橋輪胎模板及車架模板。其中，車架子系統模板中連接器的設定比較重要，因為很多模板都是要與車架模板連接，才能成為一個完整的整車系統模型。

4、整車模型的建立。把前后懸架系統和其他子系統裝配起來，就構成了整車模型。裝配連接工作由ADAMS/Car自動完成，各個子系統模型之間的連接，是通過建立模板時設定的連接器（Communicators）來實現。

四、整車仿真分析和試驗驗證

1、轉向盤轉角階躍輸入仿真與驗證。汽車的操縱穩定性同汽車行駛時的瞬態響應有密切關系，常用轉向盤角階躍輸入下的瞬態響應來表征汽車的操縱穩定性。

參照國標GB/T6323.6-94汽車操縱穩定性試驗方法：轉向瞬態響應試驗（轉向盤角階躍輸入）的有關規定，對該種七噸載貨車進行了車速70km/h下的汽車轉向瞬態響應的試驗仿真。按照1個g的穩態側向加速度，調整好轉向盤轉角；在時間為2s時開始階躍轉向，在0.2s內完成階躍轉向，仿真時間為6秒，計算120步。在仿真過程中，需要測量的基本參數為：前輪轉向角、橫擺角速度、車身側向加速度和車身側傾角。另外，在后處理中進行仿真結果的輸出，并將仿真結果與試驗結果進行比較。由其仿真結果可知，仿真結果與試驗結果基本一致，說明在ADAMS/Car環境下，開發的卡車模板基本是正確的，而且基本滿足精度要求。

2、穩態回轉試驗仿真與驗證。對該種七噸載貨車進行穩態回轉試驗仿真，同時，在仿真分析過程中，同樣要測量評價操縱穩定性的幾個基本參量：前進車速、橫擺角速度、側向加速度和車身側傾角。參照國標GB/T6323.6-94穩態回轉試驗方法，對穩態回轉數據結果，進行分析處理，并將處理后的結果與試驗結果進行比較。結果如圖1和2所示，由圖中可知，仿真結果與試驗結果基本一致，這進一步說明，在ADAMS/Car環境下，開發的卡車模板是正確的，而且滿足精度要求。

五、結語

本文在ADAMS/Car中建立了整車卡車虛擬樣機模版，然后根據某種七噸載貨車進行了轉向盤角階躍輸入和穩態回轉仿真和試驗驗證，證實了所建模型的正確性.為完善卡車模板的開發，還需要進一步建立其他子系統模板，諸如雙前橋轉向系模板、平衡懸架模板、空氣彈簧懸架模板等，以便能對其他類型載貨車進行仿真分析。

參考文獻：

[1]劉紅軍.ADAMS在汽車操縱穩定性中的應用研究[M].武漢理工大學學報，2013（04）.

[2]吳志新.基于ADAMS/CAR的某轎車懸架優化設計[J].輕型汽車技術，2014（08）.

[3]崔勝民.ADAMS環境下卡車及懸架模板的建立[J].佳木斯大學學報，2014（01）.