基于ADAMS的汽车多种工况的仿真
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左后轮: - Step ( t mi e, 0, 0, 5, 60) - Step ( tmi e, 15, 0, 20, 30);
右后轮: Step ( tmi e, 0, 0, 5, 60) + Step ( tmi e,
15, 0, 20, 30); 左右后轮的制动力表达式: Step ( t im e, 50, 0,
3结 语
建立了某轿车的整车动力学仿真模型, 包括前悬
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华北水利水电学院学 报
2009年 8月
产品设计开发周期、降低设计成本、提高设计质量的 目的.
1) 轻载爬坡速度; 2) 满载爬坡速度 3) 轻载爬坡加速度; 4) 满载爬坡加速度
图 3 轻、满 载爬坡速度和加速度
架、转向机构、后悬架以及底盘车身等. 完成了车辆 直行工况和爬坡工况在轻载、满载的情形下仿真和 分析, 并对各自的特点作出对比. 该方案为车辆在虚 拟环境下进行多工况的仿真分析提 供了一个新平 台, 为车辆深层次的设计和优化提供了一种新手段. 可以帮助相关企业摆脱对物理样机的依赖, 达到缩短
1 汽车模型的创建
1. 1 建 模 汽车包括车身、发动机、行走系、转向系、制动
系、传动系 和辅助设 备 [ 2- 3] , 是 一个复杂 的机械系 统, 如果按照车辆的真实构造进行建模, 工作量非常 大. 因此根据研究的目的, 在建模时对车辆的结构进 行了适当的抽象、简化, 对建立的整车动力学模型作
参考文献
[ 1] 唐应时, 廖丹, 李克安, 等. 汽车 双前桥转 向系统 的运动 学和动力学的 建模与 仿 真分 析 [ J]. 湘 潭大 学学 报: 自 然科学版, 2003, 28( 3): 98- 101.
[ 2] 王望予. 汽车设计 [M ]. 北京: 清华大学出版杜, 2002. [ 3] 陈家瑞. 汽车构造 [M ]. 北京: 人民交通出版社, 2000. [ 4] 李军, 邢俊文, 覃文洁, 等. ADAM S 实例教程 [M ]. 北京:
图 2 轻、满载直行速度和加速度
运动副种类
圆柱副 旋转副 球面副 固定副 万向节副 耦合副
表 1 运动副及约束表
运动副
每个运动副
数目 m 1
的约 束数 p 4
9
5
7
3
4
6
5
4
1
1
合计
4 45 21 24 20
1
将表 1中数据代入系统自由度计算式计算得到 自由度数为
m
l
F = 6n - E pi - E qj - E Rk = 6 @ 21 -
12. 73 9. 85
结合图 2和表 2可知, 轻载时车辆机动灵活, 较 容易操纵, 但稳定性较差; 满载的车辆由于质量惯性 增加使稳定性能增强, 但起步和制动需要较长的时 间, 所以对于满载的车辆要做好制动工作才能确保 行驶安全 [ 7] . 2. 2 爬坡工况
先对路面谱做修改 (坡度 18. 43b), 可在原有路 面谱的基础上加以修改. 按照上面步骤, 模拟以一定 档位匀速冲坡的工况, 为此只需在后轮加一 m otion 函数:
基于 ADAM S的汽车多种工况的仿真
高勇伟, 王欣欣
(华北水利水电学院, 河南 郑州 450012009
摘 要: 利用虚拟样机软件 ADAM S并依据实测点的三 维空间 坐标完 成了汽 车模型 的构建. 对车 辆直行 工况
和爬坡工况在轻载、满载的情形 下分别做出仿真, 并进行 了对比分析. 分析 结果认为, 该方案 为汽车进行 深层
GAO Y ong-w e,i WANG X in-x in
( N o rth Ch ina Institute o fW ater Conservancy and H ydroe lectric P ower, Zhengzhou 450011, China)
Abstrac t: A car m ode l is m ade by using o f v irtua l prototyping softw are ADAM S based on the m easured po in t of the three-d im ensiona l coordina tes. S imu la tion is m ade on the stra ight and c lim b ing cond itions in light load and fully lo aded cond ition, and the comparative analysis is m ade. It prov ides a new m eans for the ca r to carry out in-dep th des ign and optim ization. K ey word s: autom otive; v irtua l proto typ ing; ADAM S; simu lation of wo rk ing conditions
利用虚拟样机软件 ADAM S完成汽车模型的仿 真. 该软件具有卓越的多体动力学仿真功能.
ADAM S软件可以方便地建立参数化实体模型, 并应用了多体系统动力学原 理进行仿真计算. ADAM S使用交互图形环境和部件库、约束库、力库, 用 堆积木方式建立三维机械系统参数化模型, 并通过 对其运动性能的仿真分析和比较来研究虚拟样机可 供选择的设计方案 [ 1] .
收稿日期: 2009- 04- 30 作者简介: 高勇伟 ( 1977) ), 男, 河南许昌人, 助教, 硕士, 主要从事现代设计理论与方法方面的研究.
第 30卷第 4期
高勇伟等: 基于 ADAM S的汽车多种工况的 仿真
67
m
l
F = 6n - E pi - E qj - E Rk
i= 1
j= 1
左后轮: - step( tim e, 0, 0, 3, 50) ; 右后轮: step( tim e, 0, 0, 3, 50); 进行仿真得到如图 3所示的轻载和重载下速度 和加速度曲线. 由图 3曲线可以看出轻载车和满载车是几乎以 相同的速度开始爬坡, 由加速度曲线很明显看出满 载车受到的冲击力更大一些, 所以对于重量较大的 车辆 爬 坡 前 要 减 小 速 度, 避 免 对 车 辆 的 过 大 冲 击 [ 8] . 整个爬坡过程满载车的加速度是小于轻载车 的, 主要是因为满载车沿坡向下的重力分力更大一 些, 使得向上的驱动分力相对减小了.
第 30卷第 4期 2009年 8月
华北水利水电学院学报 Journa l o f N orth Ch ina Institute ofW ate r Conse rvancy and H ydro electr ic Pow er
文章编号: 1002- 5634( 2009) 04- 0066- 03
ad2ams使用交互图形环境和部件库约束库力库用堆积木方式建立三维机械系统参数化模型并通过对其运动性能的仿真分析和比较来研究虚拟样机可供选择的设计方案汽车包括车身发动机行走系转向系制动系传动系和辅助设备是一个复杂的机械系统如果按照车辆的真实构造进行建模工作量非常因此根据研究的目的在建模时对车辆的结构进行了适当的抽象简化对建立的整车动力学模型作出如下假设主要考虑车辆几种工况下的加速或制动性能因此对影响这些研究性能的非主要因素如动力总成进行简化直接在后驱动轮上加驱动来实现其动力性能要求
次的设计和优化提供了一种新手段.
关键词: 汽车; 虚拟样机; ADAM S; 工况仿真
中图分类号: TH12
文 献标识码: A
虚拟样机技术 ( V irtual P rototyping, VP ) 是一种 崭新的产品开发方法, 是一种基于产品的计算机仿 真模型的数字化设计方法. 虚拟样机技术以机械系 统运动学、动力学和控制理论为核心, 加上三维计算 机图形技术和基于图形的用户界面技术, 以及广泛 应用的网络技术与仿真方法相结合, 为产品的开发 提供一个全新的设计方法, 可以显著提高设计质量、 降低产品开发成本, 极大提高企业的创新能力、竞争 能力和经济效益.
出如下假设 [ 4] : 1. 主要考虑车辆几种工况下的加 速或制动性
能, 因此对影响这些研究性能的非主要因素如动力 总成进行简化, 直接在后驱动轮上加驱动来实现其 动力性能要求.
2. 除了轮胎、弹性元件 外, 其余 零件认为 是刚 体, 在仿真分析过程中不考虑它们的变形.
3. 运动副内的摩擦力不计. 使用 ADAM S /V iew 创建汽车的整车模型, 它包 括: 汽车底盘模型、双横臂式前独立悬架模型、转向 机构模 型、斜 置 臂式 后悬 架 模型、轮胎 模 型和 路 面谱. 建立多体系统动力学分析模型, 参数需要量大, 精度要求高, 参数准备工作量大. 所需的参数主要可 划分为 4类: 尺寸 (几何定位 ) 参数、质量特性参数 ( 质量、质心与转动惯量等 )、力学特性参数 ( 刚度、 阻尼等特性 ) 与外界参数 ( 道路谱等 ). 其中尺寸参 数和大部分的质量特性参数可通过建立三维数字模 型得到, 其他参数则需其他方法来获取. 采用创建点的方式进行建模, 这些参数点的依 据来源于实地考察测量计算, 并将这些点的三维空 间坐标表示出来. 然后根据这些点完成汽车模型的 构建, 如图 1所示. 1. 2 验证模型 机械系统的自由度 F 计算式为 [ 5 ]
i= 1
j= 1
( 4 + 45 + 21 + 24 + 20 + 1) - 0 - 0 =
126 - 115 = 11
所建模型经过软件验证自由度也为 11, 说明建 立的模型是正确的.
2 多种工况的仿真与分析
2. 1 直行工况 为了实现直行, 首先要修改路面谱为一定长度
的路面. 为使该次仿真实 现启动加速、一定速度匀 速、再次加速、高速匀速和刹车制动的效果, 在两后 轮施加 M otion 函数 [ 6] 如下:
曲线和表格 2中的特性数据.
图 1 汽车数字模型
式中: n 为活动构件总数; p i 为第 i 个运动副的约束 条件数; m 为运动副总数; qj 为第 j 个原动机的驱动 约束条件数; l 为原动机总数; Rk 为其他的约束条件 数. 运动副种类、数目及约束数见表 1.
1) 轻载质心速度; 2) 满载质心速度 3) 轻载质心加速度; 4) 满载质心加速度
北京理工大学出版社, 2002. [ 5] 赵卫军, 王晶, 姜 琪. 机 械原 理 [ M ] . 西安: 西 安交 通大
学出版社, 2003. [ 6] 张越今. 汽车 多体 动力 学及 计算 机仿 真 [ M ]. 长春: 科
学技术出版社, 1998. [ 7] 任卫群, 杨勇, 蒋鸣, 等. 采用多 体系统动 力学的 平衡悬
56, 18000); 进行仿真得到图 2轻载和重载下速度和加速度
工况
轻载 满载
最大 速度 / ( m# s- 1 ) 31. 75 31. 35
表 2 特性数据
最大 加速度
制动 制动 距离 时间
/( m# s- 2 ) /m
/s
4. 39
134 5. 8
4. 17
142 6. 4
制动最 大加速度 /( m# s- 2 )
架牵引车平顺性 研究 [ J]. 汽车 工 程, 2004, 26 ( 3): 331 - 335. [ 8] 徐庆华, 吴宪. ADAM S 软件 在复 合式 后桥 动 力学 模拟 中的应用 [ J] . 制造业自动化, 2004, 26( 7): 55- 57.
S im u lation on M ultip le Operating Cond itions of V eh icle Based on ADAM S
右后轮: Step ( tmi e, 0, 0, 5, 60) + Step ( tmi e,
15, 0, 20, 30); 左右后轮的制动力表达式: Step ( t im e, 50, 0,
3结 语
建立了某轿车的整车动力学仿真模型, 包括前悬
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华北水利水电学院学 报
2009年 8月
产品设计开发周期、降低设计成本、提高设计质量的 目的.
1) 轻载爬坡速度; 2) 满载爬坡速度 3) 轻载爬坡加速度; 4) 满载爬坡加速度
图 3 轻、满 载爬坡速度和加速度
架、转向机构、后悬架以及底盘车身等. 完成了车辆 直行工况和爬坡工况在轻载、满载的情形下仿真和 分析, 并对各自的特点作出对比. 该方案为车辆在虚 拟环境下进行多工况的仿真分析提 供了一个新平 台, 为车辆深层次的设计和优化提供了一种新手段. 可以帮助相关企业摆脱对物理样机的依赖, 达到缩短
1 汽车模型的创建
1. 1 建 模 汽车包括车身、发动机、行走系、转向系、制动
系、传动系 和辅助设 备 [ 2- 3] , 是 一个复杂 的机械系 统, 如果按照车辆的真实构造进行建模, 工作量非常 大. 因此根据研究的目的, 在建模时对车辆的结构进 行了适当的抽象、简化, 对建立的整车动力学模型作
参考文献
[ 1] 唐应时, 廖丹, 李克安, 等. 汽车 双前桥转 向系统 的运动 学和动力学的 建模与 仿 真分 析 [ J]. 湘 潭大 学学 报: 自 然科学版, 2003, 28( 3): 98- 101.
[ 2] 王望予. 汽车设计 [M ]. 北京: 清华大学出版杜, 2002. [ 3] 陈家瑞. 汽车构造 [M ]. 北京: 人民交通出版社, 2000. [ 4] 李军, 邢俊文, 覃文洁, 等. ADAM S 实例教程 [M ]. 北京:
图 2 轻、满载直行速度和加速度
运动副种类
圆柱副 旋转副 球面副 固定副 万向节副 耦合副
表 1 运动副及约束表
运动副
每个运动副
数目 m 1
的约 束数 p 4
9
5
7
3
4
6
5
4
1
1
合计
4 45 21 24 20
1
将表 1中数据代入系统自由度计算式计算得到 自由度数为
m
l
F = 6n - E pi - E qj - E Rk = 6 @ 21 -
12. 73 9. 85
结合图 2和表 2可知, 轻载时车辆机动灵活, 较 容易操纵, 但稳定性较差; 满载的车辆由于质量惯性 增加使稳定性能增强, 但起步和制动需要较长的时 间, 所以对于满载的车辆要做好制动工作才能确保 行驶安全 [ 7] . 2. 2 爬坡工况
先对路面谱做修改 (坡度 18. 43b), 可在原有路 面谱的基础上加以修改. 按照上面步骤, 模拟以一定 档位匀速冲坡的工况, 为此只需在后轮加一 m otion 函数:
基于 ADAM S的汽车多种工况的仿真
高勇伟, 王欣欣
(华北水利水电学院, 河南 郑州 450012009
摘 要: 利用虚拟样机软件 ADAM S并依据实测点的三 维空间 坐标完 成了汽 车模型 的构建. 对车 辆直行 工况
和爬坡工况在轻载、满载的情形 下分别做出仿真, 并进行 了对比分析. 分析 结果认为, 该方案 为汽车进行 深层
GAO Y ong-w e,i WANG X in-x in
( N o rth Ch ina Institute o fW ater Conservancy and H ydroe lectric P ower, Zhengzhou 450011, China)
Abstrac t: A car m ode l is m ade by using o f v irtua l prototyping softw are ADAM S based on the m easured po in t of the three-d im ensiona l coordina tes. S imu la tion is m ade on the stra ight and c lim b ing cond itions in light load and fully lo aded cond ition, and the comparative analysis is m ade. It prov ides a new m eans for the ca r to carry out in-dep th des ign and optim ization. K ey word s: autom otive; v irtua l proto typ ing; ADAM S; simu lation of wo rk ing conditions
利用虚拟样机软件 ADAM S完成汽车模型的仿 真. 该软件具有卓越的多体动力学仿真功能.
ADAM S软件可以方便地建立参数化实体模型, 并应用了多体系统动力学原 理进行仿真计算. ADAM S使用交互图形环境和部件库、约束库、力库, 用 堆积木方式建立三维机械系统参数化模型, 并通过 对其运动性能的仿真分析和比较来研究虚拟样机可 供选择的设计方案 [ 1] .
收稿日期: 2009- 04- 30 作者简介: 高勇伟 ( 1977) ), 男, 河南许昌人, 助教, 硕士, 主要从事现代设计理论与方法方面的研究.
第 30卷第 4期
高勇伟等: 基于 ADAM S的汽车多种工况的 仿真
67
m
l
F = 6n - E pi - E qj - E Rk
i= 1
j= 1
左后轮: - step( tim e, 0, 0, 3, 50) ; 右后轮: step( tim e, 0, 0, 3, 50); 进行仿真得到如图 3所示的轻载和重载下速度 和加速度曲线. 由图 3曲线可以看出轻载车和满载车是几乎以 相同的速度开始爬坡, 由加速度曲线很明显看出满 载车受到的冲击力更大一些, 所以对于重量较大的 车辆 爬 坡 前 要 减 小 速 度, 避 免 对 车 辆 的 过 大 冲 击 [ 8] . 整个爬坡过程满载车的加速度是小于轻载车 的, 主要是因为满载车沿坡向下的重力分力更大一 些, 使得向上的驱动分力相对减小了.
第 30卷第 4期 2009年 8月
华北水利水电学院学报 Journa l o f N orth Ch ina Institute ofW ate r Conse rvancy and H ydro electr ic Pow er
文章编号: 1002- 5634( 2009) 04- 0066- 03
ad2ams使用交互图形环境和部件库约束库力库用堆积木方式建立三维机械系统参数化模型并通过对其运动性能的仿真分析和比较来研究虚拟样机可供选择的设计方案汽车包括车身发动机行走系转向系制动系传动系和辅助设备是一个复杂的机械系统如果按照车辆的真实构造进行建模工作量非常因此根据研究的目的在建模时对车辆的结构进行了适当的抽象简化对建立的整车动力学模型作出如下假设主要考虑车辆几种工况下的加速或制动性能因此对影响这些研究性能的非主要因素如动力总成进行简化直接在后驱动轮上加驱动来实现其动力性能要求
次的设计和优化提供了一种新手段.
关键词: 汽车; 虚拟样机; ADAM S; 工况仿真
中图分类号: TH12
文 献标识码: A
虚拟样机技术 ( V irtual P rototyping, VP ) 是一种 崭新的产品开发方法, 是一种基于产品的计算机仿 真模型的数字化设计方法. 虚拟样机技术以机械系 统运动学、动力学和控制理论为核心, 加上三维计算 机图形技术和基于图形的用户界面技术, 以及广泛 应用的网络技术与仿真方法相结合, 为产品的开发 提供一个全新的设计方法, 可以显著提高设计质量、 降低产品开发成本, 极大提高企业的创新能力、竞争 能力和经济效益.
出如下假设 [ 4] : 1. 主要考虑车辆几种工况下的加 速或制动性
能, 因此对影响这些研究性能的非主要因素如动力 总成进行简化, 直接在后驱动轮上加驱动来实现其 动力性能要求.
2. 除了轮胎、弹性元件 外, 其余 零件认为 是刚 体, 在仿真分析过程中不考虑它们的变形.
3. 运动副内的摩擦力不计. 使用 ADAM S /V iew 创建汽车的整车模型, 它包 括: 汽车底盘模型、双横臂式前独立悬架模型、转向 机构模 型、斜 置 臂式 后悬 架 模型、轮胎 模 型和 路 面谱. 建立多体系统动力学分析模型, 参数需要量大, 精度要求高, 参数准备工作量大. 所需的参数主要可 划分为 4类: 尺寸 (几何定位 ) 参数、质量特性参数 ( 质量、质心与转动惯量等 )、力学特性参数 ( 刚度、 阻尼等特性 ) 与外界参数 ( 道路谱等 ). 其中尺寸参 数和大部分的质量特性参数可通过建立三维数字模 型得到, 其他参数则需其他方法来获取. 采用创建点的方式进行建模, 这些参数点的依 据来源于实地考察测量计算, 并将这些点的三维空 间坐标表示出来. 然后根据这些点完成汽车模型的 构建, 如图 1所示. 1. 2 验证模型 机械系统的自由度 F 计算式为 [ 5 ]
i= 1
j= 1
( 4 + 45 + 21 + 24 + 20 + 1) - 0 - 0 =
126 - 115 = 11
所建模型经过软件验证自由度也为 11, 说明建 立的模型是正确的.
2 多种工况的仿真与分析
2. 1 直行工况 为了实现直行, 首先要修改路面谱为一定长度
的路面. 为使该次仿真实 现启动加速、一定速度匀 速、再次加速、高速匀速和刹车制动的效果, 在两后 轮施加 M otion 函数 [ 6] 如下:
曲线和表格 2中的特性数据.
图 1 汽车数字模型
式中: n 为活动构件总数; p i 为第 i 个运动副的约束 条件数; m 为运动副总数; qj 为第 j 个原动机的驱动 约束条件数; l 为原动机总数; Rk 为其他的约束条件 数. 运动副种类、数目及约束数见表 1.
1) 轻载质心速度; 2) 满载质心速度 3) 轻载质心加速度; 4) 满载质心加速度
北京理工大学出版社, 2002. [ 5] 赵卫军, 王晶, 姜 琪. 机 械原 理 [ M ] . 西安: 西 安交 通大
学出版社, 2003. [ 6] 张越今. 汽车 多体 动力 学及 计算 机仿 真 [ M ]. 长春: 科
学技术出版社, 1998. [ 7] 任卫群, 杨勇, 蒋鸣, 等. 采用多 体系统动 力学的 平衡悬
56, 18000); 进行仿真得到图 2轻载和重载下速度和加速度
工况
轻载 满载
最大 速度 / ( m# s- 1 ) 31. 75 31. 35
表 2 特性数据
最大 加速度
制动 制动 距离 时间
/( m# s- 2 ) /m
/s
4. 39
134 5. 8
4. 17
142 6. 4
制动最 大加速度 /( m# s- 2 )
架牵引车平顺性 研究 [ J]. 汽车 工 程, 2004, 26 ( 3): 331 - 335. [ 8] 徐庆华, 吴宪. ADAM S 软件 在复 合式 后桥 动 力学 模拟 中的应用 [ J] . 制造业自动化, 2004, 26( 7): 55- 57.
S im u lation on M ultip le Operating Cond itions of V eh icle Based on ADAM S