ADAMS-View在汽车开发中的应用

杨笠ADAMS/View在汽车开发中的应用2009.9主要内容1.基础知识2.软件介绍3.基本操作4.前悬架建模、仿真5.硬点优化1.ADAMS基础知识虚拟样机技术(VirtualPrototypeTechnology)是当前设计制造领域的一门新技术，它利用软件建立机械系统的三维实体模型和力学模型，在各种虚拟环境中真实地模拟系统的运动，分析和评估系统的性能。优点：在设计早期就能确定关键的设计参数、更新产品开发过程、缩短开发周期、降低成本、提高产品质量。1.1虚拟样机技术1.ADAMS基础知识虚拟样机技术的核心理论是多体系统动力学，包括多刚体系统动力学和多柔体系统动力学，是研究多体系统运动规律的学科。多体系统一般由若干个柔性和刚性物体相互连接所组成，其结构和连接方式多种多样，因而动力学方程式一般都是高阶非线性方程，特别是多柔体系统的动力学方程是强耦合、强非线性方程，只能通过计算机用数值方法进行求解。1.2多体系统动力学1.ADAMS基础知识由于汽车的工作情况、使用环境的复杂多变，汽车动力学研究中的建模、分析和求解一直困扰着研发人员。多体动力学的迅速发展，为汽车动力学的研究提供了一个方便快捷的手段。由此，汽车动力学研究的力学模型逐渐由线性模型发展到非线性系统模型；模型的自由度由二自由度发展到数十个自由度，甚至到数百上千个自由度。模拟计算也由稳态响应特性的计算发展到瞬态响应特性的计算。1.3多体系统动力学在汽车设计中的应用2.软件介绍ADAMS（AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem）是目前国际上应用广泛且最具有权威性的机械系统动力学仿真分析软件，包含多个专业模块和专业领域的虚拟样机开发系统软件。在产品的概念设计阶段就采用ADAMS进行辅助分析，可以在建造真实的物理样机之前，对产品进行各种性能测试，达到缩短开发周期、降低开发成本的目的。2.1ADAMS软件介绍2.软件介绍Case:S3天窗运动分析发现问题解决问题2.软件介绍Case:疲劳分析2.软件介绍2.2常用模块介绍ADAMS软件的核心模块：ADAMS/View和ADAMS/SolverADAMS/Solver（求解器）：ADAMS软件仿真的“发动机”，自动行成机械系统模型的动力学方程，提供静力学、运动学和动力学的计算结果。有多种建模和求解选项，精确有效地解决各种工程问题。定制求解器，二次开发：C++,Fortran,满足用户的不同需求。2.软件介绍2.2常用模块介绍ADAMS/PostProcess(后处理模块)：提高了仿真结果的后处理能力，可输出高性能的动画，各种数据曲线，还可以进行曲线编辑和数字信号处理。方便、快捷地观察、研究ADAMS的仿真结果。2.软件介绍2.2常用模块介绍ADAMS/Car（轿车模块）：整车设计模块，能够快速建造整车模型，包括车身、悬架、传动系、发动机、转向、制动系统等，特定工况下（试验工况）整车的动力学响应，并输出悬架、转向及整车特征参数。典型应用：KC特性分析，前后轮包络、传动轴运动校核、载荷预测等2.软件介绍2.2常用模块介绍ADAMS/Flex与ADAMS/AutoFlexADAMS实现刚柔复合建模最有效的工具，解决大位移运动和小位移结构变形的相互耦合问题，实时计算。ADAMS/Flex可以向模型中添加简单的弹性体或外部有限元软件所生成的弹性体的功能，实现与有限元软件的数据沟通和功能互补。ADAMS/AutoFlex对付较为规则的复杂弹性体，例如钢板弹簧（LeafSpringToolkit）。2.软件介绍2.2常用模块介绍ADAMS/Vibration是进行频域分析的工具，可用来检测ADAMS模型的所迫振动（例如：汽车虚拟样机在颠簸不平的道路工况下形式时的动态响应）2.软件介绍2.2常用模块介绍ADAMS/Control可以建立简单的控制机构，也可以利用通用控制软件（如MATLAB，MATRIX）建立控制系统框图，建立包括控制系统、液压系统、气动系统和运动机械系统的仿真模型。两种工作方式：1.机械系统采用ADAMS求解器，控制系统采用控制软件求解器，二者通过状态方程进行联系；2.利用控制软件书写描述控制系统的控制框图，然后将该控制框图提交给ADAMS，应用ADAMS求解器进行包括控制系统在内的复杂机械系统虚拟样机的同步仿真计算。典型应用：ABS，ESP，主动悬架2.软件介绍2.2常用模块介绍ADAMS/Control3.基本操作3.1界面3.基本操作3.1界面3.基本操作3.2工作环境工作路径的设置3.基本操作3.2工作环境重力的设置外部导入模型和考虑重力的影响大小3.基本操作3.2工作环境单位的设置弹性体模态的计算尤其要注意单位的问题3.基本操作3.2工作环境隔栅的设置自己建模时方便3.基本操作3.2工作环境图标的设置3.基本操作3.2工作环境背景颜色的设置顺带介绍部件颜色的设置3.基本操作3.2工作环境快捷键F1：帮助信息F：FittoViewT：TranslateR：RotateZ：ZoomV：Iconson/offF8：PostprocessingADAMS鼠标功能太差，ADAMS/CAR中用到4.前悬架建模汽车是一个非常复杂的系统，采用软件仿真分析时没必要，也不可能精确到每个零部件，建模时对测量目标值影响不大的零部件应进行简化。零部件的形状对仿真结果没有影响，只需输入该部件的质量特征参数和力学特性参数，通过约束连接各零部件，从而构成各个子系统结构模型。简化4.1模型简化4.前悬架建模4.2分析流程与实验结果一致？进行主要影响因素研究进行设计实验研究进行最优化研究机械系统优化分析重复仿真分析设置可变参数点定义设计变量精制系统模型改进载荷函数定义柔性物体和连接定义控制验证仿真分析结果输入实验数据添加实验数据曲线仿真结果分析回放仿真结果绘制仿真结果曲线仿真分析设置测量和仿真输出进行仿真分析机械系统建模几何建模施加运动副和约束施加载荷NoYes4.前悬架建模双横臂式前独立悬架模型，主销内倾角10°，主销后倾角2.5°，上横臂长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-5°，下横臂长500mm，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10°，车轮前束0.2°。4.3模型介绍包括部件：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)及测试平台（Test_Patch）。4.前悬架建模4.3模型介绍4.前悬架建模1）设置工作环境4.4创建前悬架模型单位：菜单栏＝Settings＝Units网格：菜单栏＝Settings＝WorkingGrid图标：菜单栏＝Settings＝Icons4.前悬架建模2）创建底盘硬点4.4创建前悬架模型123454.前悬架建模2）创建底盘硬点4.4创建前悬架模型硬点名称X坐标Y坐标Z坐标LCA_outer000UCA_outer57.25324.6814.39UCA_inner399.51391.2144.90LCA_inner485.6581.27-86.82Tie_rod_outer-26.95100-170.71Tie_rod_inner439.55181.19-252.5Knuckle_inner18.91107.244.75Knuckle_outer-235.05102.813.864.前悬架建模4.4创建前悬架模型3）创建悬架部件主销1.点击主工具箱零件库的圆柱体（Cylinder），选择“NewPart”，定义圆柱体的半径（Radius）为20；2.选择设计点“LCA_outer”和“UCA_outer”，创建主销；3.重命名为“Kingpin”。4.前悬架建模3）创建悬架部件（杆系）4.4创建前悬架模型部件名称英文名半径长度起点终点主销Kingpin20LCA_outerUCA_outer上横臂UCA20UCA_outerUCA_inner下横臂LCA20LCA_outerLCA_inner拉臂Pull_arm15Knuckle_innerTie_rod_outer转向拉杆Tie_rod15Tie_rod_outerTie_rod_inner转向节Knuckle20Knuckle_outerKnuckle_inner车轮Wheel375215Knuckle_outerKnuckle_inner（类型全部为Cylinder）4.前悬架建模3）创建悬架部件4.4创建前悬架模型测试平台1.创建点，设置“AddtoGround”和”Don’tAttach”，坐标（-350，-320，-200）；2.选择零件库中的长方体（Box），长、高和厚分别设置为500、45和400；3.重命名为“TestPatch”；4.前悬架建模3）创建悬架部件4.4创建前悬架模型测试平台4.选择零件库中的圆柱体（Cylinder），选择“AddtoPart”,定义圆柱体长度（Length）为350，半径（Radius）为305.选择长方体“Test_Patch”为参考物体，选择长方体的质心位置为起点，垂直向下创建圆柱体。4.前悬架建模3）创建悬架部件4.4创建前悬架模型弹簧1.创建点，选择“AddtoPart”和“Don’tAttach”，在上横臂（UCA）上创建设计点“Spring_lower”,位置为（174.6，347.89，24.85）；2.创建点，选择“AddtoGround”和“Don’tAttach”，创建设计点“Spring_upper”,位置为（174.6，637.89，24.85）；3.点击力库中的弹簧（Spring），设置弹簧刚度（K）和阻尼（C）分别为129.8和6000，选择设计点“Spring_lower”和”Spring_upper”,创建弹簧。4.前悬架建模4）添加约束4.4创建前悬架模型约束的种类及自由度ADAMS/View中的运动副分为低副（Joints），高副（HigherPairConstraints）和基本副（JointPrimitives）三类。右图所示为各运动副对应的图标。基本副是一种抽象的约束副，通过基本副的组合可以得到更复杂的约束，基本副也可以组合成常用的低副。低副基本副驱动高副4.前悬架建模4）添加约束4.4创建前悬架模型常用运动副及自由度图标名称限制自由度移动转动旋转副32移动副23圆柱副22球副30平面副12万向副31等速副31固定副33自由度的计算过约束绝对禁止运动副的替换4.前悬架建模4）添加约束4.4创建前悬架模型自由度的计算kxjjmiiRqpNDOF116式中：n—活动构件总数；Rk—其它的约束条件数。pi—第i个运动副的约束条件数；m—运动副总数；qj—第j个原动机的驱动约束条件数；x—原动机总数；4.前悬架建模4）添加约束4.4创建前悬架模型球副的添加（共4处）12344.前悬架建模4）添加约束4.4创建前悬架模型固定副的添加（共3处）4.前悬架建模4）添加约束4.4创建前悬架模型旋转副的添加（共2处）12首先将视图方向设置为前视图。4.前悬架建模4）添加约束4.4创建前悬架模型旋转副方向调整（共2个）视图方向设置为顶视图1234.前悬架建模4）添加约束4.4创建前悬架模型创建移动副（1个）选择测试平台（Test_Pad）质心的marker（Test_Pad.cm）为移动副的位置点，垂直向上（或向下）创建测试平台和大地之间的约束副。（右键的运用）4.前悬架建模4）添加约束4.4创建前悬架模型创建点面约束副（1个）1.选择车轮（Wheel）和测试平台（Test_Pad）为参考物体。（选择次序不能颠倒）2.选择测试平台（Test_Pad）质心的marker（Test_Pad.cm）为移动副的位置点，垂直向上（或向下）为点—面约束副的位置点，选择垂直向上的方向为约束副的方向，创建创建车轮和测试平台之间的约束副。（右键的运用）4.前