基于ADAMSCAR前悬架仿真讲解

摘要操纵稳定性是汽车的重要使用性能之一,它不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度,而且也是决定高速汽车行驶安全的一个重要性能,被称为“高速车辆的生命线”。因此操纵稳定性日益受到人们的重视。但是传统的研究分析方法已无法满足现代汽车的研究要求,现在虚拟样机技术作为一项新的产业技术,己经开始应用到各个领域。本文正是利用动力学仿真软件ADAMS研究探讨悬架系统对操纵稳定性的影响。本文以汽车的前悬架系统为研究对象,应用ADAMS软件对汽车做仿真优化分析。第二章和第三章详细的介绍了汽车操纵稳定性在国内外发展状况及研究成果及ADAMS软件。然后利用ADAMS/Car模块建立汽车的前悬架系统并对该系统进行模拟仿真分析。关键字ADAMS/CAR汽车操纵稳定前悬架运动学仿真AbstractHandlingandstabilityisoneoftheimportantperformanceofthecar,itnotonlyaffectstheeaseofmanipulationofmotorists,butalsodeterminetheperformanceofanimportanthigh-speedcarswithsecurity,knownashigh-speedvehicleslifeline.Therefore,increasinghandlingstabilitypeople'sattention.Butthetraditionalanalysismethodshavebeenunabletomeettheresearchrequirementsofmoderncar,andnowvirtualprototypetechnologyasanewindustrialtechnology,hadbegunappliedtovariousfields.ThisarticleistheuseofdynamicsimulationsoftwareADAMSstudyinvestigatedtheeffectofsteeringstabilityofthesuspensionsystem.Inthispaper,thecar'sfrontsuspensionsystemforthestudy,applicationsoftwareADAMSsimulationandoptimizationanalysisofautomobiledo.ThesecondandthirdchaptersdetaileddescriptionofthevehiclehandlingandstabilityathomeandabroadandtheresearchanddevelopmentofADAMSsoftware.ThenuseADAMS/Carmodulebuildsthefrontsuspensionsystemofthevehicleandthesystemsimulationanalysis.KeywordsADAMS/CARcarfrontsuspensionkinematicssimulationsteeringstability目录摘要...............................................................Abstract...........................................................1绪论............................................................1.1课题研究背景...............................................1.2课题的研究意义与内容.......................................2汽车操纵稳定性的介绍............................................2.1汽车操纵稳定的基本概念...................................2.1汽车操纵稳定的研究历史与现状.............................3ADAMS软件介绍.................................................3.1软件简介...................................................3.2ADAMS模块简介.............................................4基于ADAMS/Car汽车前悬架系统模型的建立.........................4.1ADAMS/Car建模原理..........................................4.2悬架系统介绍...............................................4.2.1双臂独立式悬架.......................................4.2.2麦佛逊式独立悬架.....................................4.3前悬架系统模型的建立.......................................4.4本章小结...................................................5前悬架系统的仿真................................................5.1运动学仿真目的.............................................5.2前悬架系统的运动学仿真.....................................5.2.15.3本章小结...................................................6总结与展望......................................................参考文献............................................................致谢................................................................1绪论1.1课题研究背景当今世界汽车工业迅猛发展,汽车已经成为人们日常生活和工农业生产中不可缺少的重要交通运输工具。随着汽车工业的发展和汽车的普及,人们对汽车的要求也越来越高,在获得良好的动力性和经济性的同时,还要求汽车具有良好的操纵稳定性和行驶平顺性。操纵稳定性是影响汽车安全性的主要因素之一,因此如何评价和设计汽车的操纵稳定性、获得良好的安全性,一直是汽车领域的重要课题。在这一领域中,基础车辆动力学模型理论的研究和利用所得模型进行计算机仿真研究都显得十分重要。尤其在计算机工业高度发达的今天,在计算机上进行仿真分析是一种既现实又经济的方法。而我们所建立的汽车模型也经历了一个从简单到复杂、从粗糙到精确的过程。这是因为汽车是一个包含惯性、弹性、阻尼等动力学特性的一个多自由度非线性连续体振动系统。而且由于组成汽车的各机械子系统如转向系统、悬架系统、轮胎等之间的相互祸合作用,使汽车的动态特性非常复杂。要想真实地描述汽车的动态特性,必须考虑尽可能多零件的运动,得到精确的数学模型。然而,太复杂的模型方程又给求解带来巨大困难,甚至得不到结果。因此,各国学者在这一领域中研究的传统方法是通过试验或人为地把汽车各子系统加以简化,抽取出能够代表系统或总成特性的本质因素,建立起较简单的数学、力学模型进行求解,并把求得的结果试验加以验证川。理论研究的发展和计算机技术的进步,使得虚拟样机技术应运而生。以多体系统动力学理论为基础编写的大型通用软件为工程技术人员提供了方便的建模手段。应用大型通用软件能自动生成运动学和动力学方程,并利用软件内部的数学求解器准确的求解,不需要人工建立、求解方程,编写程序,因而能够节省大量的时间和人力物力,提高工作效率。这对于行业竞争逐渐加剧的汽车工业行业来说无疑是一大福音。在产品开发中采用虚拟样机分析的开发策略,成为各大汽车公司缩短产品开发周期、减少产品开发费用、提高产品开发质量,从而提高竞争能力的主要做法。随着CAD/CAE/CAM在汽车产品设计开发中的广泛采用,人们逐渐意识到提高产品质量、缩短产品开发周期及降低产品开发最有效的途径应用数字化功能样机进行系统水平的设计。它可以有效地将三维实体模型及应用有限元FEA(FiniteElementAnalysis)软件描述的零部件模态有机地结合起来,准确地预测机械系统在虚拟实验室、虚拟场地上进行的各种模拟试验的性能。在这一领域美国MSC公司的ADAMS软件是目前无可基于的汽车操纵稳定性仿真试验初步研究争议的领导者,是世界上市场占有率最高的机械系统仿真MSS(MechanicalSystemSimulation)软件。汽车的操纵稳定性是影响其主动安全性的主要性能之一,而且计算机仿真技术日益成熟,在这种背景下软件将越来越广泛的应用于汽车操纵稳定性研究中。1.2课题的研究意义与内容SUV（运动型多功能车）通常采用非承载式车身结构，底盘有坚固的车架，使得SUV在碰撞或者翻车时对乘员有良好的保护作用；同时SUV离地间隙大使得汽车有良好的通过性能和良好的视野。这些特点使得SUV具有很好的道路适应性和更多的驾驶乐趣，于是越来越受到大家的欢迎。但是SUV重心高非簧载质量大等缺点使得汽车的操纵稳定性受到很大的影响，使得SUV的侧倾稳定性比较差在避让或转弯时侧翻的事故率很高，这已经成为生产厂家和交通安全部门一个十分头疼的问题。据资料统计，在美国，2004年SUV翻车造成的悲剧在SUV的各类车祸中占到61％，是一般轿车翻车事故死亡率的三倍，所以SUV的安全问题越来越受到人们的关注。如果采用传统的设计方法来解决这一问题，也是国内目前普遍采用的方法，就是先分析SUV产生侧翻的原因主要为汽车重心高度、悬架侧倾角刚度、侧倾中心高度等，然后计算在某一状态下汽车的侧倾刚度、侧倾中心的一系列的参数，由于汽车的悬架系统是个很复杂的运动系统，整个运动过程的计算过于繁琐，这些参数都只能在很小的范围内保证其准确性，并且还没法考虑其系统中的橡胶衬套等元件的变形，往往通过多次试验才能达到设计要求，并且通过试验发现的问题也很难找到产生问题的原因。于是人们想到了如果利用计算机来解决这一问题会大大缩短开发周期，并能提高分析的准确性。内容还没有完2汽车操纵稳定性的介绍2.1汽车操纵稳定的基本概念汽车操纵稳定性，是指在驾驶员不感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽车能按照驾驶员通过转向系及转向车轮给定的方向（直线或转弯）行驶；且当受到外界干扰（路不平、侧风、货物或乘客偏载）时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的性能。操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度,而且也是决定高速汽车安全行驶的一个主要性能,所以被称为“高速车辆的生命线”。随着道路条件的不断改善,汽车在公路上的行驶速度也不断提高。因此汽车的高速操纵稳定性日益受到人们的重视,如何研究和评价汽车的操纵稳定性,以获得良好的汽车主动安全性也成为一个重要的课题。2.2汽车操纵稳定的研究历史与现状汽车操纵稳定性的研究,是与汽车车速的不断提高分不开的。早期的低速汽车,还谈不上操纵稳定性问题,最早提出操纵稳定性的问题是在具有较高车速的赛车上。后来,随着车速的不断提高,在轿车、大客车和载重汽车上也都不同程度地出现了类似的问题。操纵稳定性不好的汽车通常会有“飘”、“反应迟钝”、“晃”、“丧失路感”和“失去控制”等现象。在国外,二十世纪三十年代才开始对汽车的操纵稳定性进行系统的研究。并取得了不少有价值的研究成果。1