基于ADAMS的汽车悬架系统建模与仿真

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基于ADAMS的汽车悬架系统建模与仿真

（武汉理工大学汽车工程学院，汽研141班,1049721402323）摘要：本文首先介绍了ADAMS软件。然后借助多体动力学软件ADAMS，进行汽车悬架系统的建模与仿真。论文首先以CAR模块为研究平台,建立了悬架转向系统模型。并进行了悬架的运动学和弹性运动学仿真分析，做出悬架性能相关参数的变化曲线。悬架性能参数的变化曲线即本次建模仿真得到的结果。对于汽车操纵稳定性的评价有重要的意义。

关键词：建模仿真；ADAMS；悬架系统

Automotive suspension system modeling and simulation based

on ADAMS

Abstract:In this paper, multi-body dynamics software ADAMS is introduced firstly. Using multi-body dynamics software ADAMS, the author does modeling and simulation of suspension systems.Based on the templates owned by CAR module,the author establish a suspension and steering systems model.Then the author does a simulation study on the kinematics and elastic kinematics of suspension ,based on which the author made a suspension-related parameter changes curve.

Key Words：Modeling and simulation；ADAMS；suspension system

1.ADAMS软件及其核心模块

ADAMS（Automatic Dynamic

Analysis of Mechanical System ）软件

是原美国MDI公司（现已被MSC合并）开发的机械系统动力学仿真软件。MSC.ADAMS经成为CAE领域中使用范围最广、应用行业最多的机械系统动力学仿真工具，是一款集建模、求解、可视化技术于一体的虚拟样机软件。它使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力车分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便的对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。ADAMS软件主要包括核心模块、功能拓展模块、专业模块、接口模块以及工具箱五大部分，共30多个模块。它的核心模块包括用户界面模块ADAMS/View，求解器ADAMS/Solver 和后处理模块ADAMS/PostProcessor。

ADAMS/View是以用户为中心的交互式图形环境。它将简单的按钮、菜单、鼠标点取操作与交互式图形建模、仿真计算、动画显示、X-Y曲线图处理等功能完美地集成在一起，同时还提供完整的约束库和力/力矩，建模快速。采用用户熟悉的Windows界面，提高了相对任意参考坐标系方便定位

的功能，从而大大提高了快速建模能

力。用户利用Table Editor，可像Excel

一样方便地编辑模型数据[1]。

ADAMS/Solver可自动形成机械系统模型的动力学方程，提供静力学、运动学和动力学的解算结果。ADAMS/Solver该软件有各种建模和求解选项，以便精确有效地解决各种工程应用问题。可对刚体和弹性体进行仿真研究。为了进行有限元分析和控制系统研究，用户除要求软件输出位移、速度、加速度和力外，还可要求模块输出用户自己定义的数据。

后处理模块ADAMS/Processor用

来处理仿真结果数据、显示仿真动画

等。既可以在ADAMS/View环境中运

行，也可脱离该环境独立运行。

ADAMS/Processor的主要特点是：采用

快速高质量的动画显示，便于从可视

化角度深入理解设计方案的有效性；

具有丰富的数据作图、数据处理及文

件输出功能；多视窗动画与曲线结果

同步显示，并可录制成电影文件；具

有完备的曲线数据统计功能：如均值、

均方根、极值、斜率等；具有丰富的

数据处理功能，能够进行曲线的代数

运算、反向、偏置、缩放、编辑和生

成波特图等；能支持模态形状动画，

模态形状动画可记录的标准图形文件

格式有：*.gif，*.jpg，*.bmp，*.xpm，

*.avi等；在日期、分析名称、页数等方面增加了图表动画功能；可进行几何属性的细节的动态演示[2]。

2.悬架仿真分析

本文建立的悬架模型以东风

EQ2050越野汽车的悬架为原型，其采用双横臂独立悬架，独立悬架具有以下优点：

（1）在悬架弹性元件一定的变形范围内，两侧车轮可以单独运动，而互不影响，这样在不平道路上行驶时可减少车架和车身的振动，且有助于消除转向轮不断偏摆的不良现象。

（2）独立悬架减少了非簧载质量。在用独立悬架时，对驱动桥而言，由于主减速器、差速器及外壳都固定在车架上，成了簧载质量；对于转向桥而言，它仅具有转向主销和转向节，而中部的整体梁不再存在。所以采用独立悬架时，非簧载质量只包括车轮质量和悬架系统中的一部分零件的全部或者部分质量，非簧载质量越小，悬架所受的冲击载荷也越小。

（3）能给予车轮较大的上下运动空间，因而可以将悬架刚度设计得较小，使车身振动频率降低，以改善行驶平顺性[3]。

2.1前悬架转向系统建模

本文在ADAMS/CAR环境中在已有的双A臂（Double-wishbone）模板基础上，通过修改模板参数，建立前悬挂系统且存储于private模板中。建立的前悬架转向系统多刚体模型如图2.1所示。

由图2.1可知，前双横臂独立悬架运动学模型由如下机构组成：车身、左右两个上（下）横臂、左右两横向稳定杆、左右两减振器上（下）活塞杆、左右两转向节与转向系转向节通过轮毂连接，将车轮与转向节看成一个整体不考虑车轮绕后轴旋转）。此中，车身通过万向节与减振器上活塞杆连接，减振器上、下活塞杆之间通过圆柱副连接；车身通过旋转铰与左右两个上下横臂连接，四个横臂通过球铰和转向节相连；故模型中共有2个万向节铰，2个圆柱铰,4个球铰和4个旋转铰。

2.2悬挂转向系统运动学仿真

本节将利用建立好的悬挂转向模型（包括前悬、转向系、悬架系统测试平台）进行悬架运动学和弹性运动学试验，共两项：左右车轮平行跳动实验和外加载荷输入试验。

2.2.1左右车轮平行跳动试验仿真分析

悬架系统运动学分析的基本方法是左右车轮平行跳动实验。该项试验实际是给左右车轮一个相同的路面激励使车轮跳动。此实验中车轮遇到激励时的运动情况能模拟多种工况下的悬架运动，例如车辆遇到障碍物时的运动，车辆行驶在凹凸不平路面上的运动，车辆行驶中车身发生侧倾时的运动和车辆在加速和制动过程中车身俯仰导致的运动。并输出各个悬架性

图2.1前悬挂转向系统