基于ADAMS对汽车前悬架的建模与仿真分析.doc

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1、基于基于 ADAMSADAMS 对汽车前悬架的建模与仿真分析对汽车前悬架的建模与仿真分析本文将用 ADAMS/View 创建的汽车前悬架模型中包括主销（Kingpin）、上横臂(UCA)、下横臂(LCA)、拉臂(Pull_arm)、转向拉杆(Tie_rod)、转向节(Knuckle)、车轮(Wheel)以及测试平台(Test_Patch)等物体，如图 1 所示，并且将前悬架的主销长度、主销内倾角、主销后倾角、上横臂长度、上横臂在汽车横向平面的倾角、上横臂轴水平斜置角、下横臂长度、下横臂在汽车横向平面的倾角和下横臂轴水平斜置角等参数设置为设计变量，通过优化这些设计变量以达到优化前悬架的目的。通过

2、该例的介绍，重点来学习 ADAMS 从创建模型、测试和验证模型、到细化模型和迭代、以及优化设计模型的整个过程。通过本文的学习，使读者能够掌握在 ADAMS 中如何对一个复杂的机构进行分析简化，以及如何利用 ADAMS 提供的强大仿真功能分析设计模型，从而在不断优化物理模型的过程中，找寻机构的最优解，进而加深对多体动力学分析软件 ADAMS 的认识。图 1汽车前悬架模型1.1汽车前悬架模型参数汽车前悬架模型参数汽车前悬架模型的主销长度为 330mm，主销内倾角为 10，主销后倾角为 2.5，上横臂长度 350mm，上横臂在汽车横向平面的倾角为 11，上横臂轴水平斜置角为-5，下横臂长 500mm

3、，下横臂在汽车横向平面的倾角为 9.5，下横臂轴水平斜置角为 10，车轮前束角为 0.2。1.2汽车前悬架模型创建汽车前悬架模型创建1.2.1启动并设置工作环境（1）开启双击桌面上的 ADAMS/View2010 的快捷图标,打开 ADAMS/View，出现新建图 2对话框，在欢迎对话窗口中选择“Create a new model”，在模型名称（Model Name）栏中输入：FRONT_SUSP,此处也可更改文件保存目录，单位制及重力方向等，这里先采用系统默认设置，直接点 OK，进入 ADAMS2010 主界面，如图 3 所示，图中的浮动条即是 ADAMS 的主工具箱。图 2创建新文件图图

4、 3ADAMS 主界面（2）设置工作环境。在 ADAMS/View 的菜单栏中，选择 Setting 菜单中的 Units 命令，将模型的长度单位、质量单位、力单位、时间单位、角度单位和频率单位分别设置为毫米、千克、牛顿、秒、度和赫兹。单位设置如图 4 所示，然后点 OK 确定即可。（3）设置工作网格。在 ADAMS/View 的菜单栏中，选择 Setting 菜单中的 Working Grid 命令，将网格 X 方向和 Y 方向的大小分别设置为 750 和 800，将网格的间距设置为 50.设置如图 5 所示，其中 Size表示网格的大小，以及 Spacing 表示网格的间距。图 4设置单位

5、命令图 5设置工作网格1.2.2创建机构杆件（1）创建设计点点击 ADAMS/View 中零件库中的点（Point），选择“AddtoGround”和“DontAttach”,如图 6 所示，它们的名称和位置见表 1，可以右键点击创建的点，光标移动到 Point选项选择 Rename，然后改变创建点名称。如果创建的设计点位置不够准确，点击 Point Table 可以用列表编辑器修改它们的坐标位置，如图 7 所示。图 6创建设计点表 1设计点的位置和名称设计点X 坐标Y 坐标Z 坐标LCA_outer000UCA_outer57.25324.6814.39UCA_inner399.51391.

6、2144.90LCA_inner485.6581.27-86.82Tie_rod_outer-26.95100-170.71Tie_rod_inner439.55181.19-252.50Knuckle_inner18.91107.244.75Knuckle_outer-235.05102.813.86图 7列表编辑器（2）创建主销点击 ADAMS/View 中零件库中的圆柱体（Cylinder），选择“New Part”，定义圆柱体的半径（Radius）为 20，选择设计点“LCA_outer”和“UCA_outer”，创建主销，如图 8所示，并将其重新命名为 Kingpin。图 8创建主销

7、（3）创建上横臂点击 ADAMS/View 中零件库中的圆柱体（Cylinder），选择“New Part”，定义圆柱体的半径（Radius）为 20，选择设计点“UCA_outer”和“UCA_inner”,创建上横臂，将其重新命名为 UCA。点击 ADAMS/View 中零件库中的球体（Sphere），选择“AddtoPart”,定义球体的半径（Radius）为 25，选择上横臂为参考物体，球体的位置为设计点“UCA_outer”，如图 9 所示。（4）创建下横臂点击 ADAMS/View 中零件库中的圆柱体（Cylinder），选择“New Part”，定义圆柱体的半径（Radius）为

8、 20，选择设计点“LCA_outer”和“LCA_inner”,创建下横臂，将其重新命名为 LCA。点击 ADAMS/View 中零件库中的球体（Sphere），选择“AddtoPart”,定义球体的半径（Radius）为 25，选择下横臂为参考物体，球体的位置为设计点“LCA_outer”。如图 10 所示。图 9创建上横臂图 10创建下横臂(5)创建拉臂点击 ADAMS/View 中零件库中的圆柱体（Cylinder），选择“New Part”，定义圆柱体的半径（Radius）为 15，选择设计点“Knuckle_inner”和“Tie_rod_outer”,创建拉臂，将其重新命名为 P

9、ull_arm。(6)创建转向拉杆点击 ADAMS/View 中零件库中的圆柱体（Cylinder），选择“New Part”，定义圆柱体的半径（Radius）为 15，选择设计点“Tie_rod_inner”和“Tie_rod_outer”,创建转向拉杆，将其重新命名为 Tie_rod。点击 ADAMS/View 中零件库中的球体（Sphere），选择“AddtoPart”,定义球体的半径（Radius）为 20，选择转向拉杆为参考物体，球体的位置为设计点分别为“Tie_rod_outer”和”Tie_rod_inner”。(7)创建转向节点击 ADAMS/View 中零件库中的圆柱体（Cy

10、linder），选择“New Part”，定义圆柱体的半径（Radius）为 20，选择设计点“Knuckle_inner”和“Knuckle_outer”,创建转向节，将其重新命名为 Knuckle。这时创建的前悬架模型如图 11 所示。图 11创建中的前悬架模型（8）创建车轮点击 ADAMS/View 中零件库中的圆柱体（Cylinder），选择“New Part”，定义圆柱体的半径（Radius）为 375，定义圆柱体的长度（Length）为 215。选择设计点“Knuckle_outer”和“Knuckle_inner”（不能把先后顺序颠倒）,创建车轮，将其重新命名为 Wheel，如图

11、 12 所示。点击 ADAMS/View 中零件库中的倒圆（Fillet），定义倒圆半径（Radius）为 50，选择车轮圆柱体的两条圆边，然后单击鼠标右键，完成倒圆，如图 13 所示。图 12创建车轮图 13车轮倒圆（9）创建测试平台点击 ADAMS/View 中零件库中的点（Point），选择“AddtoGround”和“DontAttach”,创建设计点“POINT_9”,它的位置为（-350，-320，-200）。单击主工具箱零件库中的，然后在主工具箱的下面出现拉伸体相应的操控栏，如图 14 所示设置相应的值。选择设计点“POINT_9”，创建长方体。点击 ADAMS/View 中零件

12、库中的圆柱体（Cylinder），选择“Add to Part”，定义圆柱体的半径（Radius）为 30，定义圆柱体的长度（Length）为 350，如图 15 所示,选择长方体为参照物，选择长方体的质心为圆柱体的起始点，垂直向下创建圆柱体，它与长方体组合成测试平台如图 16 所示，将其重新命名为 Test_Patch。图 14设置长方体选项图 15设置圆柱体选项(10)创建弹簧点击 ADAMS/View 中零件库中的点（Point），选择“AddtoPart”和“DontAttach”,在上横臂（UCA）上,它创建设计点“Spring_lower”的位置为（174.6，347.89，24.

13、85）。点击 ADAMS/View 中零件库中的点（Point），选择“AddtoGround”和“DontAttach”,创建设计点“Spring_upper”的位置为（174.6，637.89，24.85）。点击 ADAMS/View 中力库的弹簧（Spring），设置弹簧的刚度（K）和阻尼（C）分别为129.8 和 6000，如图 17 所示，选择设计点 Spring_lower 和 Spring_upper 创建弹簧。图 16创建测试平台模型图 17创建弹簧模型1.2.3创建约束（1）创建球副点击 ADAMS/View 中约束库的球副（SphericalJoint），设置球副的选项如图

14、 18所示，选择上臂杆（UCA）和主销（Kingpin）为参考物，选择设计点 UCA_outer 为球副的位置点，创建上横臂和主销之间的约束副。点击 ADAMS/View 中约束库的球副（SphericalJoint），设置球副的选项如图 18所示，选择下臂杆（LCA）和主销（Kingpin）为参考物，选择设计点 LCA_outer 为球副的位置点，创建下横臂和主销之间的约束副。点击 ADAMS/View 中约束库的球副（SphericalJoint），设置球副的选项如图 18所示，选择转向拉杆（Tie_rod）和拉臂（Pull_arm）为参考物，选择设计点 Tie_rod_outer 为球副

15、的位置点，创建转向拉杆和拉臂之间的约束副。点击 ADAMS/View 中约束库的球副（SphericalJoint），设置球副的选项如图 19所示，选择设计点 Tie_rod_inner 为球副的位置点，创建转向拉杆和大地之间的约束副。（2）创建固定副点击 ADAMS/View 中约束库的固定副（FixedJoint），设置固定副选项为“2 Bod-1Loc”和“Noemal To Grid”,如图 20 所示。选择拉臂（Pull_arm）和主销（Kingpin）为参考物，选择设计点 Knuckle_inner 为固定副的位置点，创建拉臂和主销之间的约束副。点击 ADAMS/View 中约束库

16、的固定副（FixedJoint），设置固定副选项为“2 Bod-1Loc”和“Noemal To Grid”,选择转向节（Knuckle）和主销（Kingpin）为参考物，选择设计点 Knuckle_inner 为固定副的位置点，创建转向节和主销之间的约束副。点击 ADAMS/View 中约束库的固定副（FixedJoint），设置固定副选项为“2 Bod-1Loc”和“Noemal To Grid”,选择车轮（Wheel）和转向节(Knuckle)为参考物，选择设计点Knuckle_inner 为固定副的位置点，创建拉臂和主销之间的约束副。图 18设置球副选项图 19设置球副选项图 20 设

17、置固定副选项（3）创建旋转副首先设置视图为前视图，这个视图方向为基准调整旋转副方向。点击 ADAMS/View 中约束库的旋转副（Revolute Joint）,设置旋转副的选项为“1 Location”和“Normalto Grid”如图 21 所示。选择设计点“UCA_inner”为旋转副的位置点，放置旋转副后直接在菜单栏中的 Edit 菜单中选择 Modify 命令，修改刚创建的旋转副。系统弹出修改旋转副对话窗口（图 22），点击改变位置（Changge Position）按钮，系统弹出移动目标对话窗，如图 23 所示。在角度栏（Rotate）中在 Y 方向上输入一个-5，将旋转副的方向

18、旋转 5，满足上横臂轴水平斜置-5的要求。接着在前视图的条件下，点击 ADAMS/View 中约束库的旋转副（Revolute Joint）,设置旋转副的选项为“1 Location”和“Normal to Grid”，选择设计点“LCA_inner”为旋转副的位置点，放置旋转副后直接在菜单栏中的 Edit 菜单中选择 Modify 命令，修改刚创建的旋转副。系统弹出修改旋转副对话窗口，点击改变位置（Changge Position）按钮，系统弹出移动目标对话窗。在角度栏(Rotate)中在 Y 方向上输入一个+10，将旋转副的方向旋转 10，满足下横臂轴水平斜置 10的要求。图 21 设置固

19、定副选项图 22修改旋转副对话框图 23移动目标对话窗口（4）创建移动副单击主工具栏中约束库的图标，设置如图 24 所示，选择测试平台（Test_Patch）的质心为移动副的位置点，垂直向上创建测试平台和大地之间的约束副。（5）创建点-面约束副点击 ADAMS/View 中约束库的点-面约束副（In-plane Joint Primitive），设置如图25 所示，选择车轮（Wheel）和测试平台（Test_Patch）为约束的位置点（选择物体的先后顺序不要颠倒），垂直向上的方向为约束副方向，创建车轮和测试平台之间的约束副。图 24设置移动副选项图 25设置点面约束副选项这时创建的前悬架模型如

20、图 26 所示。图 26完整的前悬架模型1.2.4检验模型在窗口右下方的上右点鼠标出现，然后单击，出现图 27 所示对话框。图 27验证模型1.3测试模型1.3.1添加驱动点击 ADAMS/View 中的驱动库的直线驱动（Translational Joint Motion）按钮，选择测试平台和大地的移动副约束，创建直线驱动（TRANS_MOTION_1）。创建直线驱动后，直接在 Edit 菜单中选择 Modify，可以修改直线驱动，在添加驱动对话框中的“Functiom（time）=”栏中，输入驱动的函数表达式：100*sin（360d*time），如图 28 所示，它表示车轮的上跳和下跳行

21、程均为 100mm。在 ADAMS/View 主工具箱中，选择仿真按钮，设置解算参数终止时间为 1，工作步长为 100.如图 29 所示，进行仿真。观察前悬架模型的运动仿真情况。图 28添加驱动对话窗图 29仿真设置1.3.2测量主销内倾角在主菜单栏中选择 BuildMesureFunctionNew，创建测量函数。在函数编辑器对话窗口里其测量名称（MeasureName）、单位（Unit）和主销内倾角的函数表达式如图 30 所示。具体编辑过程如下：首先：输入反正切函数“ATAN()”;然后：将光标移动到括号内，在函数编辑器的函数选项中选择“Displacement”中的“Displaceme

22、nt X”,测量两点间 X 方向的距离，按 Assist 键，系统弹出助理对话框，在“ToMarker”栏中输入主销设计点“UCA_outer”处的 Marker:.FRONT_SUSP.Kingpin.MARKER17,在“FromMarker”栏中输入主销设计点“LCA_outer”处的 Marker:Kingpin.MARKER1。如图 31 所示，系统自动生成两个点在 X 方向距离表达式。同样：测量两点在 Y 轴方向上的距离时选择“DisplacementY”,其余与 X 方向都一致即可。最后：一切完成后点“OK”,系统生成主销内倾角变化的测量曲线，如图 32 所示。图 30函数编辑器

23、图 31测量两点在 X 方向的距离图 32主销内倾角变化曲线1.3.3测量主销后倾角其编辑操作同上如图 33 所示，其中在“ToMarker”栏中输入主销设计点“UCA_outer”处的 Marker:.FRONT_SUSP.Kingpin.MARKER17,在“FromMarker”栏中输入主销设计点“LCA_outer”处的 Marker:Kingpin.MARKER1。然后系统生成主销后倾角变化测量曲线，其如图 34 所示。图 33函数编辑器图 34主销后倾角变化曲线1.3.4测量前轮外倾角其编辑操作同上如图 35 所示，其中在“ToMarker”栏中输入转向节在设计点“Knuckle_

24、outer”处的 Marker:.FRONT_SUSP.Knuckle.MARKER10,在“FromMarker”栏中输入转向节在设计点“Knuckle_inner”处的 Marker:Knuckle.MARKER29。然后系统生成前轮外倾角变化测量曲线，其如图 36 所示。图 35函数编辑器图 36前轮外倾角变化曲线图 37函数编辑器1.3.5测量前轮前束角编辑同上如图 37 所示，其中在“ToMarker”栏中输入转向节在设计点“Knuckle_outer”的 Marker:.FRONT_SUSP.Knuckle.MARKER10,在“FromMarker”栏中输入转向节在设计点“Knu

25、ckle_inner”处的 Marker:Knuckle.MARKER29。然后系统生成前轮前束角变化测量曲线，其如图 38 所示图 38前轮前束角变化曲线1.3.6测量车轮接地点侧向滑移量首先在车轮（Wheel）上创建 Marker 为 Wheel.MAR_5,修改其位置为（-150，-270,0）；然后在大地上创建 Marker 为 ground.MAR_6,其位置与 Wheel.MAR_5 相同。其编辑操作同上如图 39 所示，其中在“ToMarker”选择 Wheel.MAR_5，“FromMarker”选择 ground.MAR_6。然后系统生成车轮接地点侧向滑移测量曲线，其如图 4

26、0 所示。图 39函数编辑器图 40车轮接地点侧向滑移测量曲线1.3.7测量车轮跳动量其编辑操作同上如图 41 所示，其中在“ToMarker”选择 Wheel.MAR_5，“FromMarker”选择 ground.MAR_6。然后系统生成车轮跳动量测量曲线，其如图 42 所示。图 41函数编辑器图 42车轮跳动测量曲线1.4前悬架特征曲线前悬架特征曲线在主菜单栏中选择“Review”菜单中的“Postprocessing”命令，系统进入定制曲线窗口。选择曲线的数据来源为测量值（Measure）。在 IndependentAxis 栏中点击 Data，选择主销内倾角（Kingpin_Incl

27、ination）的测量曲线为定制曲线的 X 轴，如图 43 所示，点击“OK”.选择车轮跳动量（Wheel_Travel）为测量曲线的 Y 轴，如图 44 所示，点击 AddCurves创建主销内倾角相对车轮跳动量的变化曲线，如图 45 所示。图 43选择定制曲线的 X 轴图 44选择定制曲线的 Y 轴图 45主销内倾角随车轮跳动的变化曲线在 IndependentAxis 栏中点击 Data，选择主销后倾角（Caster_Angle）的测量曲线为定制曲线的 X轴，选择车轮跳动量（Wheel_Travel）为测量曲线的 Y 轴，选择 AddCurves 选项中的“OneCurvePerPlot

28、”点击 AddCurves 创建主销后倾角相对车轮跳动量的变化曲线，如图 46 所示。图 46主销后倾角随车轮跳动的变化曲线在 IndependentAxis 栏中点击 Data，选择前轮外束角（Camber_Angle）的测量曲线为定制曲线的 X轴，选择车轮跳动量（Wheel_Travel）为测量曲线的 Y 轴，选择 AddCurves 选项中的“OneCurvePerPlot”点击 AddCurves 创建前轮外倾角相对车轮跳动量的变化曲线，如图 47 所示。图 47前轮外倾角随车轮跳动的变化曲线在 IndependentAxis 栏中点击 Data，选择前轮前束角（Toe_Angle）的

29、测量曲线为定制曲线的 X 轴，选择车轮跳动量（Wheel_Travel）为测量曲线的 Y 轴，选择 AddCurves 选项中的“OneCurvePerPlot”点击 AddCurves 创建前轮前束角相对车轮跳动量的变化曲线，如图 48 所示.图 48前轮前束角随车轮跳动的变化曲线在 IndependentAxis 栏中点击 Data，选择前轮接地点侧向滑移量（Sideways_Displacement）的测量曲线为定制曲线的 X 轴，选择车轮跳动量（Wheel_Travel）为测量曲线的 Y 轴，选择 AddCurves 选项中的“OneCurvePerPlot”点击 AddCurves 创建前轮接地点侧向滑移量相对车轮跳动量的变化曲线，如图 49 所示。图 49前轮接地点侧向滑移量随车轮跳动的变化曲线1.51.5保存模型保存模型点击按钮，返回到模块型界面，然后保存前悬架模型。