ADAMS_CAR模块介绍

第1章ADAMS/CAR软件介绍第2章ADAMS/CAR基本使用方法第3章ADAMS/CAR输入和输出文件类型第4章ADAMS/CAR在汽车操纵稳定性中的应用第5章ADAMS/CAR二次开发第1章ADAMS/CAR软件介绍1.1ADAMS/CARADAMS/CAR是MDI公司与Audi、BMW、Renault和Volvo等公司合作开发的整车设计软件包，集成了它们在汽车设计、开发等方面的经验。ADAMS/Car是一种基于模板的建模和仿真工具，大大加速和简化了建模的步骤。用户只需在模板中输入必要的数据，就可以快速建造包括车身、悬架、传动系统、发动机、转向机构、制动系统等在内的高精度的整车虚拟样机，并进行仿真。利用ADAMS/Car的数据库功能，可以有效地选择衬套、限位块、减振器等以装配各个子系统，节约用户每次重复输入数据的时间。通过高速动画直观地显示在各种试验工况下整车动力学响应，并输出标志操纵稳定性、制动性、乘坐舒适性和安全性的特征参数，从而减少对物理样机的依赖。ADAMS/CAR模块界面CARSDEDMCSM3DRoadDurabilityDriverDrivelineSolverEnginepoweredbyFEVMACHANISM/ProControlsExchange1.2ADAMS/CAR软件相关模块•1.2.1悬架设计软件包SDSuspensionDesign中包括以特征参数（前束、定位参数、速度）表示的悬架模型。通过这些特征参数，设计师可以快速确定在任意载荷和轮胎下的轮心位置和方向，在此基础上，快速建立包括橡胶衬套在内的柔体悬架模型。它采用的是全参数的面板建摸方式。借助悬架模块，设计师可以提出原始的悬架设计方案。在此基础上，通过调整悬架参数就可以快速确定满足理想悬架特性的悬架方案。SuspensionDesign可以进行的试验包括：单轮激振试验、双轮同向激振试验、双轮反向激振试验、转向试验和静载试验等。输出的参数包括39种标准悬架特性参数。•1.2.2概念化悬架模块CSMCSM是一个选装模块，可以是ADAMS/CAR的一部分，也可以单独使用。利用CSM，通过预先定义悬架运动时或受外力作用时车桥的轨迹，可以在ADAMS/CAR中实现悬架的运动分析。利用CSM，不需要建立详细的多体悬架模型，就可以研究系统级的车辆动力学性能。由于特征文件.SCF中不包含任何相关的几何信息，所以CSM模型不但可以与他人共享悬架特征文件，而且不必担心泄密。另外，使用CSM可以在同一个车辆装配中把概念悬架与多体悬架相结合使用。也可以通过表格数据（二维或三维的样条函数）或三元多项式系数定义悬架特征曲线。从ADAMS/CAR多体悬架分析中可自动产生悬架特性.SCF文件。用户可以如同悬架设计模块一样进行整车的仿真分析。SD与CSM的区别：SD需要建立详细的多体悬架模型，或者是借助已有的多体悬架模型进行改进。CSM不需要建立详细的多体悬架模型，只注重悬架布局的最终结果。•1.2.3经验动力学模型EDM虚拟样机功能的巨大发展，应归功于MDI公司与MTS系统公司共同开发的EDM模块。利用EDM，可快速建立基于试验数据的高精度弹性件模型，特别是在设计复杂的悬架、阻尼器、衬套和轮胎等。1.2.4驾驶员模块DriverADAMS/Driver是一个可选模块，是在德国的IPG-Driver基础上经过二次开发形成的成熟产品。利用该模块，可以提高车辆动力学仿真的真实感，特别使用与装备有各种正负反馈的智能系统（例如：ABS、4WS、CCS）的汽车。•1.2.5动力传动模块Driveline使用ADAMS/Driveline，可以方便的建立整车的传动系统，以研究传动系与悬架的相互作用。动力传动模块提供了一系列的标准试验，可以做前轮驱动，后轮驱动及四轮驱动，力矩转移、分配、陀螺效应和平衡效应、轴承动力学和弹性、以及部件级的噪声和振动激励等分析。1.2.6三维路面模块3DRoad应用ADAMS/3DRoad模块，用户可以方便地建立三维光滑的路面，例如：多层停车场，赛车跑道和高速公路。1.2.7Solver模块ADAMS/Solver是一个自动建立并解算用于机械系统运动仿真方程的，快速、稳定的数值分析工具。可以对以机械部件、控制系统和柔性部件组成的多域问题进行分析。ADAMS/Solver支持多种分析类型，其中包括运动学、静力学、准静力学、线性或非线性动力学分析。它可以提供多种积分方法以有效的进行方程解算。ADAMS/Solver可以用户化。方便的使用用户子程序建立特定的用户模型。Controls模块是CAR模块的一个可选装模块。使用Controls，用户可以将基于几何外形的ADAMS完整系统模型方便地放到所使用的控制系统设计软件（例如EASY5,MATLABorMATRIXx等）所定义的框图中。1.2.8Controls模块Controls提供的工具可以将Matlab输出的C代码输入进ADAMS中，这样就可以方便的在ADAMS统一环境中进行仿真。由于充分考虑了控制系统的行为，用Controls和控制软件联合求解所得的结果是真实而准确的。•1.2.9耐用性分析模块Durability耐用性试验是产品开发的一个关键步骤，主要解决这样一个问题：“机构何时报废或零件何时失效？”疲劳测试是产品发展的一个评价标准。疲劳特性往往与一些其他的设计属性，例如操纵稳定性，行驶性和NVH（噪声，振动粗糙度），相矛盾。使用ADAMS/Durability，可以找到这些因素的平衡点，但又不象传统物理实验那样耗费大量的时间。1.2.10EnginepoweredbyFEV工具包ADAMS/EnginepoweredbyFEV是一个工具包，具有建立并仿真功能化数字发动机的功能。通过仿真分析，在最短时间内获得可靠、有效和功率强大的发动机。使用MECHANISM/Pro，用户可以方便的将Pro/ENGINEER的数据和几何外形用于机构仿真中。二者采用无缝连接的方式。1.2.11图形接口模块ExchangeADAMS/Exchange为ADAMS与其他CAD/CAM/CAE软件之间的数据交换提供了工业标准的接口，实现双向传输。1.2.12Pro/E接口模块MECHANISM/ProDriveline、Vibration、Controls、Durability、AutoFlex通过ADAMS/CAR界面中的Tools下的Plugins下拉菜单加载选装。1.3ADAMS/CAR的优点相对传统的汽车设计开发，使用ADAMS及其CAR模块，可以在如下方面收到明显效果：•分析时间由数月减少为数日•降低工程制造和测试费用•在产品制造出之前，就可以发现并更正设计错误，完善设计方案•在产品开发过程中，减少所需的物理样机数量•当进行物理样机测试有危险、费时和成本高时，可利用虚拟样机进行分析和仿真•缩短产品的开发周期福特汽车公司在一个新车型的开发过程中采用此项技术，设计周期缩短了70天。全公司范围内，由于采用了这项技术，设计费用减少了4000万美元，制造费用节省了10亿美元。由于设计制造周期的缩短，新车上市早，额外赢利达到其成本的数倍。第2章ADAMS/CAR基本使用方法2.1启动CAR模块双击CAR模块图标，屏幕出现ADAMS/CAR窗口，并弹出欢迎对话框。此时需选择模式：•StandardInterface•TemplateBuilder选择其中一个，进入CAR模块的一个模式。若需要切换模式，可以直接按F9或者Tools下拉菜单的第一个选项。在专家模式中使用ADAMS/Car，工程师可以根据本公司的工程经验建立用户自定义模板，以帮助新来的工程师应用该模板进行各种工况标准的整车性能仿真试验。2.2仿真过程BuildTestSimulate&ReviewPostProcessor研究车辆系统动力学，建立车辆仿真模型，归纳起来有以下几个典型步骤：•机械系统的物理抽象；获取模型的运动学（几何定位）参数，建立抽象系统的运动部件、约束，从而建立运动学模型。•校验模型的自由度及正确性。•获得模型的动力学参数，定义模型中部件、铰链与弹性元件及外界条件，如道路模型、铁道轮轨模型、空气阻力等的特性，建立动力学模型，对动力学模型进行调整与仿真计算。•对仿真计算结果进行后处理。2.3具体操作结合实例讲解平顺性试验仿真方向盘角阶跃试验仿真S形转向试验仿真第3章ADAMS/CAR输入和输出文件类型文件格式说明允许输入允许输出Solver语句表（.adm）储存用Solver命令语言ADL编写的语句表，用于描述样机模型CAR模型数据库（.bin）储存CAR模型数据库的全部信息CAR命令文件（.cmd）储存CAR命令文件，使用该命令文件可自动产生样机模型或者仿真结果Solver仿真分析结果文件（.req,.res,.gra）分别用于储存要求、结果和图形的分析结果文件格式说明允许输入允许输出log文件(.log)ASCII的文件，记录输入的各种命令，以及执行命令过程中的接受到的错误信息试验数据文本文件格式，用于储存外部的试验数据数值数据文本文件格式，储存CAR操作过程中产生的数值结果CAD文件储存几何信息，可以使用的图形格式有STEP、IGES、DXF、DWG、Parasolid。立体平画法和着色文件曲面的多边形表示方法波前文件储存模型几何形状和运动数据的输出文件FEA载荷输出有关节点载荷的变化情况，供进一步的有限元分析电子数据表以电子数据表格式输出的仿真分析结果第4章ADAMS/CAR在汽车操纵稳定性中的应用4.1稳态转向试验仿真稳态转向试验的目的是测定汽车对方向盘转角输入达到稳定行驶状态时汽车的稳态横摆响应。仿真参考某一具体车形，试验为满载工况，按GB/T6323.6-94的要求进行。整车质量为1065Kg,其中前轴570Kg,后轴495Kg,初始转弯半径为20米。选用相应的模块，并对一些特性参数进行修改，组装成整车，使仿真边界条件与试验相同，进行仿真。整车满载在干路面上右转的稳态转向特性的仿真与试验（前后侧偏角差特性）对比结果见右图，可知仿真结果与试验结果变化趋势相同，在小横向加速度下（线性范围下）吻合相当好，在大横向加速度下（非线性范围下）有一定差别。前后侧偏角差特性图仿真模型还输出了其他一些重要参数，比如：车身侧倾角与侧向加速度关系图车身横摆角速度与侧向加速度关系图4.2瞬态试验仿真汽车的瞬态特性是评价汽车操纵稳定性好坏的重要评价方法。因此象角阶跃、角脉冲、力阶跃、力脉冲、转向回正、单移线、双移线、正弦输入等评价方法在不同国家得到不同重视。同时车辆的瞬态特性的计算机仿真已成为汽车瞬态特性理论研究与样车性能预测的重要手段。这里仅给出转向回正特性仿真结果。以下四幅图为低速回正试验仿真结果特性曲线。仿真中设汽车沿半径为15米的圆周行驶，并使侧向加速度达到0.4g,然后撒手。侧向加速度曲线车身侧倾角曲线方向盘转角曲线横摆角速度曲线4.3制动试验仿真整车制动性能的仿真试验，包括直线制动、转弯制动情况下的仿真计算与分析。需要指出的是，ADAMS/CAR在制动性能仿真方面略显不足，如制动器只有钳盘式模型，且未引入制动力调节或ABS等控制系统。下边给出整车满载在峰值摩擦系数μ=0.94，滑动摩擦系数μ=0.74路面上，初始车速为40Km/h，侧向加速度0.32g，制动踏板力分别为8Kg，30Kg,100Kg三种不同制动强度下的转弯制动稳定性仿真计算结果。速度曲线图侧向加速度曲线图车轮角速度曲线图整车运动轨迹制动踏板力为8Kg时制动踏板力为30Kg时车轮角速度曲线图整车运动轨迹车轮角速度曲线图整车运动轨迹制动踏板力为100Kg时由制动分析结果可知：在小制动强度下，制动过程中前轮未抱死，整车制动轨迹仍能保持圆周方向；在大制动强度下，前轮抱死，丧失转向能力，但车辆仍保持稳定。第5章ADAMS/CAR二次开发在车辆动力学研究的历史长廊中，对汽车的建模与仿真始终是一个关键问题。汽