赵铁龙_汽车双横臂悬架转向系统建模与性能仿真分析_论文初稿

1、河北工业大学学士学位论文河 北 工 业 大 学毕业设计说明书(论文) 作 者： 赵铁龙 学 号： 080295 学 院： 机械工程学院 系(专业)： 车辆工程 题 目： 汽车双横臂悬架的动态模拟与仿真 指导者： 卞学良 （教授） 评阅者： 2012 年 5 月 22 日摘 要双横臂式独立悬架是汽车常用的悬架之一，尤其在轿车的前轮上应用广泛。其优点在于设计简单、性能稳定可靠，可以通过选择合理空间导向杆系的铰接点的位置和控制臂的长度，使得悬架具有我们所需的运动特性，并且形成恰当的侧倾中心和纵倾中心，以及有利于减少轮胎的磨损，从而保证汽车有良好的行驶平顺性和方向稳定性。本文基于利用UG软件建立双横臂

2、独立悬架系统的参数化模型，并运用ADAMS软件对参数化的悬架模型进行仿真分析，从而得到我们所需要的性能曲线。本论文的主要研究内容：1、 根据任务书中的各个参数，运用UG软件建立悬架的模型。2、 基于虚拟样机技术，运用ADAMS软件对悬架进行仿真分析。3、 根据运动仿真分析的结果，研究双横臂独立悬架各结构参数对车轮定位参数的影响。通过基于UG虚拟装配技术和ADAMS虚拟动态模拟技术，对双横臂悬架和转向机构的建模和动态仿真，从而对双横臂独立悬架的一些主要性能进行预测和评估，并可迅速的了解双横臂独立悬架的一些参数变化后其主要性能的变化，为双横臂独立悬架设计提供依据，从而大大简化悬架系统设计开发过程，

3、大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，明显提高产品质量及性能，获得最优化和创新的设计产品。关键词：双横臂独立悬架；车轮定位参数；虚拟仿真；动力学Abstract The double wishbone independent suspension is one of the car's suspension, in particular, is widely used on the front wheel of the car. The advantage is that the design is simple, stable and reliable performa

4、nce, by selecting the location and length of the control arm of the hinge point of the guide rod system in a reasonable space, making the suspension has the required motion characteristics, and the formation of appropriate roll center and trim center, as well as help reduce tire wear, thus ensuring

5、that the car with good ride comfort and directional stability. Based on UG software to build parametric model of double-wishbone independent suspension system, and using the ADAMS software simulation analysis of the parameters of the suspension model, we need performance curve. The main contents of

6、this paper: 1.according to the parameters of the task book, the UG software to establish the suspension model. 2. based on virtual prototyping technology, the use of the ADAMS software simulation and analysis of the suspension. 3. according to the results of motion simulation analysis to study the d

7、ouble-wishbone independent suspension wheel alignment parameters of the structural parameters. Based on UG virtual assembly technology, and ADAMS virtual dynamic simulation, modeling and dynamic simulation of the double wishbone suspension and steering mechanism, which the double-wishbone independen

8、t suspension some of the key performance prediction and assessment, and can rapidlyunderstand the double-wishbone independent suspension some parameters change their major performance changes, the double wishbone independent suspension designed to provide a basis, which greatly simplifies the design

9、 and development process of the suspension system, substantially shorten the product development cycle, a significant reduction in product developmentfees and costs, and significantly improve product quality and performance, optimization and innovative design products. Key words: double wishbone ind

10、ependent suspension; wheel alignment parameters; virtual simulation; dynamics 目 录1.绪论1 1.1 现代汽车设计1 1.2 本文主要研究内容及意义22.悬架的概述3 2.1 悬架的类型3 2.2 悬架的设计要求12 2.3 小结123.双横臂独立悬架的数学模型13 3.1 双横臂独立悬架的简化模型13 3.2 双横臂独立悬架的结构参数13 3.3 小结15 4.基于UG的双横臂独立悬架的设计分析 16 4.1 UG软件应用简介 16 4.2 悬架的几何建模17 4.3 小结215.基于ADAMS的双横臂独立悬架的

11、仿真分析22 5.1 ADAMS软件应用简介 22 5.2 悬架分析系统的建立24 5.3 悬架的性能评价指标28 5.4 悬架的车轮跳动仿真32 5.4.1 车轮外倾角33 5.4.2 车轮前束33 5.4.3 主销后倾角34 5.4.4 主销内倾角35 5.4.5 轮距35 5.4.6 车轮的侧向滑移量36 5.5 悬架的车轮转向仿真37 5.6 小结40结论 42参考文献 43致谢 4445河北工业大学学士学位论文1 绪论1.1 现代汽车设计随着现代科技的高速发展，人们越来越关注汽车的行驶舒适性和安全性。在传统的汽车设计方法中，一般只会先理论研究，然后制造出样机，通过无数次的实验不断地改

12、进设计参数，最终才能达到设计要求。这种传统的设计方法设计周期长，设计费用高，于是人们就想到利用计算机来解决一些人们不能解决的问题。“嫦娥一号”卫星发射后首先将被送入一个椭圆形地球同步轨道，这一轨道离地面最近距离为200公里，最远为5.1万公里，探月卫星将用16小时环绕此轨道一圈后，通过加速再进入一个更大的椭圆轨道，距离地面最近距离为500公里，最远为12.8万公里，需要48小时才能环绕一圈。此后，探测卫星不断加速，开始“奔向”月球，大概经过114小时的飞行，在快要到达月球时，依靠控制火箭的反向助推减速。在被月球引力“俘获”后，成为环月球卫星，最终在离月球表面200公里高度的极月圆轨道绕月球飞行

13、，开展拍摄三维影像等工作。卫星奔月总共需时114个小时，距离地球接近38.44万公里。而过去，中国发射的卫星距离地面一般都在3.58万公里左右。嫦娥一号整个发射过程要进行四次地球表面变轨，然后脱离地球，到达月球附近时要进行三次近月制动，只有精确的控制这一系列的变轨、制动，嫦娥一号才能顺利的离开地球，到达月球。航天局的工程师们正是利用了虚拟样机技术，才能到达对嫦娥一号的精准控制，最终完成绕月飞行的任务。虚拟样机技术（Virtual Prototyping, VP）是指在产品设计开发过程中，将分散的零部件设计和分析技术（指在某一系统中零部件的CAD和FEA技术）揉合在一起，在计算机上建造出产品的整

14、体模型，并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析，预测产品的整体性能，进而改进产品设计，提高产品性能的一种新技术。虚拟样机技术是从分析解决产品整体性能及其相关问题的角度出发，解决传统的设计与制造过程弊端的高新技术。在该技术中，工程设计人员可以直接利用CAD系统提供的各零部件的物理信息及其几何信息，在计算机上定义零部件间的连接关系并对机械系统进行虚拟装配，从而获得机械系统的虚拟样机，使用系统仿真软件在各种虚拟环境中真实地模拟系统的运动，并对其在各种工况下的运动和受力情况进行仿真分析，观察并试验各组成部件的相互运动情况，它可以在计算机上方便地修改设计缺陷、仿真试验不同的设计方案，对整个系统进

15、行不断改进，直至获得最优设计方案后，再制造出物理样机。虚拟样机技术可使产品设计人员在各种虚拟样机环境中真实地模拟产品整体的运动及受力情况，快速分析多种设计方案，进行对物理样机而言难以进行或无法进行的试验，直到获得系统级的优化设计方案。虚拟样机技术的应用贯穿在整个设计当中，它可以用在概念设计和方案论证中，设计师可以把自己的经验与想象结合在计算机内的虚拟样机里，让想象力和创造力得到充分发挥。应用虚拟样机技术，能够使产品设计者在研制初期，在虚拟环境中直观的对虚拟的产品模型进行设计、性能评测等，对提高设计质量、减少设计错误、加快产品研发周期有重要的意义。1.2 本文主要研究内容及意义学习和掌握双横臂悬

16、架系统的性能优缺点，并能根据所掌握的专业知识尽可能的提出有利于悬架性能提高的优化设计方案。利用UG软件建立双横臂独立悬架系统的参数化模型，并运用ADAMS软件对参数化的悬架模型进行仿真分析，并且针对存在的问题提出相应的解决方案，最终做出车轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角、车轮前束变化规律、车轮跳动量仿真曲线。汽车悬架系统对整车行驶动力学（行驶稳定性等）有举足轻重的影响，并且双横臂独立悬架导向系统在运动型车系中应用最为广泛。基于ADAMS的汽车悬架系统虚拟样机技术，可把悬架视为是由多个相互连接、彼此能够相对运动的多体运动系统，建模中充分考虑双横臂独立悬架系统中各种弹性体的特性，模拟出最真实的悬架

17、系统以及悬架的作用环境，通过虚拟样机的仿真分析得出性能最为优化的双横臂独立悬架导向系统。在传统悬架系统设计、试验、试制过程中必须一边试验一边改进，定型之前往往要经过多轮的设计、试制、试验，产品开发成本较高，周期长。然而运用基于ADAMS的虚拟样机技术，可以大大简化悬架系统设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，明显提高产品质量及性能，获得最优化和创新的设计产品，为人们驾车出行带来更好的安全保障；为汽车行业带来更多的新鲜“血液”；为汽车企业创造更多的效益。2 悬架的设计概述及结构分析2.1 悬架的类型随着当今社会科技迅猛发展，现代汽车悬架的发展也十分迅速，人们不断地创造

18、出新的悬架。汽车悬架可分为两大类：非独立悬架和独立悬架。非独立悬架（图2-1 a）其结构特点是两侧车轮安装于一根整体式车桥上，车桥通过悬挂与车架相连。这种悬挂结构简单，传力可靠，但两轮受冲击震动时互相影响。而且由于非悬挂质量较重，悬挂的缓冲性能较差，行驶时汽车振动，冲击较大。该悬挂一般多用于载重汽车、普通客车和一些其他车辆上。独立悬架（图2-1 b）的车轴分成两段，每只车轮用螺旋弹簧独立地安装在车架(或车身)下面，当一边车轮发生跳动时，另一边车轮不受波及，汽车的平稳性和舒适性好。但这种悬架构造较复杂，承载力小。现代轿车前后悬架大都采用了独立悬架，并已成为一种发展趋势。图2-1非独立悬架与独立悬

19、架示意图1. 非独立悬架的种类纵置板簧式非独立悬架钢板弹簧被用作非独立悬架的弹性元件,由于它兼起导向机构的作用,使得悬架系统大为简化,如图2-2所示.这种悬架广泛用于货车的前、后悬架中。图2-2纵置板簧式非独立悬架图螺旋弹簧式非独立悬架螺旋弹簧用作弹性元件，其只能承受垂直载荷，所以其悬架系统要加设导向机构和减振器。如图2-3所示。图2-3螺旋弹簧式非独立悬架图空气弹簧非独立悬架空气弹簧非独立悬架（图2-4）中的囊式空气弹簧作为弹性元件，弹簧的上下两端分别固定在车架和车桥上，采用空气弹簧悬架时，容易实现车身高度的自动调节，在装有压气机的汽车上，一般用随载荷的不同而改变空气弹簧内的空气压力的方法来

20、达到这个目的。1. 压气机；2.7.空气滤清器；3.车身高度控制阀；4.控制杆；2. 5.空气弹簧；6.储气罐；8.贮气筒9.压力调节器；10.油水分离器图2-4 空气弹簧非独立悬架油气弹簧非独立悬架油气弹簧非独立悬架（图2-5）应用在某矿用自卸车上，两个油气弹簧1的两端分别固定在前桥上的支架10和纵梁上的支架2上。油气弹簧悬架具有变刚度特性，可保证汽车具有良好的行驶平顺性，现在油气弹簧悬架越来越广泛地被运用在大型工矿用自卸汽车上。图2-5 油气弹簧非独立悬架示意图2. 独立悬架的种类横臂式独立悬架横臂式独立悬架分为单横臂式和双横臂式两种。单横臂式单横臂式独立悬架（图2-6）的特点就是当悬架变

21、形时，车轮平面将产生倾斜而改变轮距的大小，以至于轮胎相对于地面侧向滑移，破坏轮胎和地面的附着。1. 减振器2.尤其弹性元件3.中间支承4.单铰链5.主减速器壳6.纵向推力杆7.螺旋弹簧8.半轴套管图2-6 单横臂式独立悬架示意图双横臂式 双横臂独立悬架（图2-7）的两个摆臂长度可以相等，也可以不相等。悬架可以通过合理选择空间导向杆系的铰接点的位置及导向臂的长度，使得悬架具有合适的运动特性，并且形成恰当的侧倾中心和纵倾中心，从而保证汽车有良好的行驶稳定性，以为中、高级轿车的前悬架所广泛使用。a)两摆臂等长的悬架 b)两摆臂不等长的悬架图2-7 双横臂独立悬架示意图纵臂式独立悬架 纵臂式独立悬架分

22、为单纵臂式和双纵臂式。单纵臂式单纵臂式独立悬架（图2-8）应用在转向轮时，车轮的上下跳动会使主销后倾角产生很大的变化，所以单纵臂式独立悬架一般不用于转向轮。图2-8 单纵臂式独立悬架示意图双纵臂式双纵臂独立悬架（图2-9）的两个纵臂长度一般做成相等，形成平行四连杆机构，这样，在车轮上下跳动时，主销的后倾角保持不变，故这种形式的悬架适用于转向轮。图2-9 双纵臂式独立悬架示意图车轮沿主销移动的悬架 车轮沿主销移动的悬架可分为两种：烛式悬架和麦佛逊式悬架。烛式悬架如图2-10所示，当汽车装有烛式悬架时，其车轮的转向节沿着刚性地固定在车架上的主销上下移动，这样有利于汽车的转向操纵和行驶稳定性。1.通

23、气管2.减振器3.套筒4、6.防尘罩5.主销图2-10 烛式独立悬架示意图麦佛逊式悬架麦佛逊式悬架（图2-11）是由滑动立柱和横摆臂组成，其最大的优点就是增大了两前轮内侧的空间，便于发动机和其他一些部件的布置。主要应用于前置前驱的轿车和某些轻型客车。图2-11麦佛逊式独立悬架示意图单斜臂式独立悬架 单斜臂式独立悬架（图2-12）是介于单横臂和单纵臂之间的一种悬架结构形式，单纵臂绕与汽车纵轴线成一定夹角的轴线摆动。单斜臂式独立悬架兼有单横臂和单纵臂独立悬架的优点。图2-12 单斜臂式独立悬架示意图2.2 悬架的设计要求悬架的设计要求：1.保证汽车有良好的行驶平顺性。2.具有合适的衰减振动的能力。

24、3.保证汽车具有良好的操纵稳定性。4.汽车制动或加速时，要保证车身稳定，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角要合适。5.有良好的隔音能力。6.结构紧凑、占用空间尺寸要小。7.可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零部件质量要小的同时，还要保证足够的强度和寿命。2.3 小结本章主要介绍了汽车悬架的分类以及每一种类别的特点，将汽车悬架分为独立悬架和非独立悬架两类。结合给出的悬架的图形，我们可以清晰的了解到每一类型悬架结构组成，其中现代汽车中独立悬架的应用较为广泛，其中双横臂独立悬架具有良好的行驶稳定性，以为中、高级轿车的前悬架所广泛使用。最后我们还介绍了汽车悬架的设计要求，一个好的汽车悬架必须满

25、足所列出的七点要求，这样才能满足人们对汽车各种行驶性能的要求。3 双横臂独立悬架的数学模型3.1 双横臂独立悬架的简化模型根据双横臂悬架的原理图，做出悬架的简化模型，如图3-1所示。1车架 2上摆臂 3减振器 4下摆臂 5车轮6转向节臂 7转向横拉杆 A下摆臂前安装点B下摆臂后安装点 C上摆臂前安装点 D上摆臂后安装点E下摆臂球铰接点 F上摆臂球铰接点 H主销G车轮中心点 M横拉杆断开点 N横拉杆球铰接点S减振器上安装点 R减振器下安装点图3-1双横臂独立悬架空间结构拓扑图3.2 双横臂独立悬架的结构参数根据双横臂悬架的空间运动情况，通过计算得出悬架的主要关键点的坐标，具体坐标参数见表3-1，

26、样车的主要参数见表3-2。表3-2-1 悬架关键点坐标位置点x/左y/左z/左x/右y/右z/右上摆臂前安装点-41.776-387.222224.080-41.776387.222224.080上摆臂后安装点173.887-383.102212.751173.887383.102212.751上摆臂球销中心12.046-607.337181.16112.046-607.337181.161下摆臂前安装点-228.568-283.005-31.882-228.568-283.005-31.882下摆臂后安装点179.189-284.268-33.684179.189-284.268-33.68

27、4下摆臂球销中心-5.583-665.138-87.477-5.583-665.138-87.477轮胎中心点0-742.61800-742.6180轮胎接地点中心0-740-374.9910-740-374.991转向器横拉杆球销-144.424-687.482-18.543-144.424-687.482-18.543转向器横拉杆断开点-156.794-342.56540.413-156.794-342.56540.413表3-2 样车的主要参数尺寸参数（mm）外形尺寸总长4650总宽1800总高1810轴距2615轮距前轮距1480后轮距1470前轮定位参数前轮外倾角主销内倾角主销后倾角

28、前束值0-2轮胎直径733.53.3 小结本章主要把双横臂独立悬架模型化，参数化。我们可以通过双横臂悬架的简化模型更加清晰的了解悬架的结构，双横臂悬架的主要构件：上摆臂和下摆臂。通过简化结构图还能了解双横臂独立悬架与其他不同类型的悬架之间的区别，再根据双横臂独立悬架的工作原理，牢牢地掌握悬架的主要特点。双横臂独立悬架的参数化是我们对悬架做仿真分析的重要一步，我们只有根据这些悬架的主要关键点的坐标才能准确的建立悬架的三维模型，只有建立了准确的悬架三位模型，才能通过仿真分析得出准确的仿真结果，才能根据这些仿真结果对悬架做出准确的性能评估和优化设计。所以对悬架进行数学建模是对选件进行研究过程中非常重

29、要的一步。4 基于UG的双横臂独立悬架的设计分析4.1 UG软件应用简介UG （Unigraphics）是美国UGS公司开发的集CAD/CAM/CAE功能于一体的软件集成系统。该软件功能覆盖了整个产品的开发过程，即覆盖了从概念设计、功能工程、工程分析、加工制造到产品发布的全过程，真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制造。UG具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟技术和产生工程图等设计功能，而且还可以进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高了产品设计的可靠性。它以参数化实体（Parasolid）为结构，拥有广泛的兼容性与强大的功能，实现了设计优化技术与基于产品和过程的

30、知识工程的组合，显著地改进了汽车、航天、航空、机械、消费产品、医疗仪器和工具等工业的生产。其实体特征（Form Feature）、自由曲面（Free Form Feature）与CAM更是世界知名的航天、汽车业所倚重之利器。应用UG的建模功能，设计工程师可快速进行草图设计和详细设计，交互建立和编辑各种复杂的零部件模型。根据已建立的三维零件模型，UG的各种应用功能既可对模型进行装配操作、创建二维工程图，也可对模型进行机构运动学、动力学分析和有限元分析，进行设计评估和优化。同时，还可根据模型设计工装夹具、进行加工处理，直接生成数控程序，用于产品的加工。总之，使用UG可以为各种规模的企业带来显而易见

31、的价值，更快地递交产品到市场；使复杂产品的设计简化；减少产品成本和增加企业的竞争实力。如今UG在全球已拥有17000多个客户，成为世界上最优秀公司广泛使用的系统。UG是一个高度集成的CAD/CAM/CAE软件系统，可应用于整个产品的开发过程，包括产品的草图设计、建模、分析和加工。该软件不仅具有强大的实体构造、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能；而且，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性；同时，可建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。另外它所提供的二次开发语言UG/Open GRIP UG/Open

32、API实现功能多，便于用户开发专用CAD系统。具体来说，该软件具有以下特点：（1） 具有统一的数据库，真正实现了CAD/CAM/CAE等各模块之间的无数据交换的自由切换，可实施并行工程。（2） 采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模融为一体。（3） 用基于特征（如孔、凸台、型腔、沟槽、倒角等）建模和编辑方法作为实体造型基础，形象直观，并能用参数驱动。 （4） 曲面设计采用非均匀有理B样条作为基础，可用多种方法生成复杂的曲面，特别适合于汽车外形设计、汽轮机叶片设计等复杂曲面造型。（5） 出图功能强，可十分方便地从三维实体模型直接生成二维工程图。能按ISO标准

33、和国标注册尺寸、形位公差和汉字说明等，并能直接对实体做旋转剖、阶梯剖和轴侧图挖切生成各种剖面图，增强了绘制工程图的实用性。（6） 以PARASOLID为实体建模核心，实体造型功能处于领先地位。目前著名CAD/CAM/CAE软件均以此作为实体造型基础。（7） 提供了界面良好的二次开发工具GRIP(GRAPHICAL INTERACTIVE PROGRAMING)和UFUNG(USER FUNCTION)，并能通过高级语言接口，使UG的图形功能与高级语言的计算功能紧密结合起来。（8） 具有良好的用户界面，绝大多数功能都通过图标实现；进行对象操作时，具有自动推理功能；同时，在每个操作步骤中，都有相应

34、的提示信息，便于用户做出正确的选择。4.2 悬架的几何建模将系统中的各部件都看作刚体，并且不考虑减振器的作用，只对悬架作运动学分析。根据实车结构该车的前悬架可简化为由上下摆臂、转向节、转向系拉杆以及车轮等组成的刚性系统。根据求得的关键点坐标利用UG建立的双横臂独立悬架的仿真模型。并将其导出为Parasolid实体模型，为将模型导入ADAMS进行运动学分析作好准备。各部件的建模过程如下：下面以轮毂建模为例。首先打开UG软件，点击“新建”出现以下界面：图4-1新建模型选择界面图选择“模型”，然后点击“确定”按钮。进入建模界面，然后点击“草图”，进入草图设计界面，然后根据选择好的轮毂参数进行草图编辑

35、，如图4-2所示。然后点击“完成草图” ，进入实体建模界面，利用“回转”工具，最终得到轮毂的实体模型，如图4-3所示。图4-2轮毂草图图4-3 轮毂模型图建立悬架其他模型的主要步骤与轮辋模型基本一致，细节部分要根据模型的特点采用适当的建模工具。悬架零部件模型如图4-4所示。图4-4 轮胎模型图其他悬架的零部件图如下：图4-5 上下横臂及转向节臂模型图 图4-6制动盘图 图4-7制动器图 图4-8减振器图 图4-9横拉杆图 图4-10 转向器图 图4-11车标图装配模型时先点击“添加组件”，然后点击“装配约束”，按着模型的装配要求一步步的装配好悬架的模型，最终双横臂独立悬架的装配图如图4-12所

36、示。图4-12 悬架装配图4.3 小结 本章主要是介绍UG建模软件的应用及其与其他同类建模软件的区别与特点，UG是一个高度集成的CAD/CAM/CAE软件系统，可应用于整个产品的开发过程，包括产品的草图设计、建模、分析和加工。在我看来UG软件的建模功能确实比较人性化，建模工具用起来简单易懂。并且简单介绍了运用UG软件进行悬架的实体建模过程，最后展示了每一个悬架零部件的截图。在运用UG软件进行对悬架零部件进行装配的过程也是很简单，只需添加组件，然后进行装配约束，通过一系列的约束条件达到我们所需要的装配状态，最终得到悬架的完整装配模型。5 基于ADAMS的双横臂独立悬架的仿真分析5.1 ADAMS

37、软件应用简介ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)软件，是由美国机械动力公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的最优秀的机械系统动态仿真软件，是世界上最具权威性的，使用范围最广的机械系统动力学分析软件。用户使用ADAMS软件，可以自动生成包括机-电-液一体化在内的、任意复杂系统的多体动力学数字化虚拟样机模型，能为用户提供从产品概念设计、方案论证、详细设计、到产品方案修改、优化、试验规划甚至故障诊断各阶段、全方位、高精度的仿真计算分析结果，从而达到缩短产品开发周期、降低开发成本、提高产品质量及竞争力的目

38、的。由于ADAMS具有通用、精确的仿真功能，方便、友好的用户界面和强大的图形动画显示能力，所以该软件己在全世界数以千计的著名大公司中得到成功的应用。国外的一些著名大学也己开设了介绍ADAMS软件的课程，而将三维CAD软件、有限元软件和虚拟样机软件作为机械专业学生必须了解的工具软件。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件占据了销售总额近8千万美元的51%份额。 ADAMS一方面是机械系统动态仿真软件的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟样机进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是机械系统动态仿真分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成

39、为特殊行业用户进行特殊类型机械系统动态仿真分析的二次开发工具平台。在产品开发过程中，工程师通过应用ADAMS软件会收到明显效果:（1）.分析时间由数月减少为数日（2）.降低工程制造和测试费用（3）.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（4）.在产品开发过程中，减少所需的物理样机数量（5）.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。（6）.缩短产品的开发周期使用ADAMS建立虚拟样机非常容易。通过交互的图形界面和丰富的仿真单元库，用户快速地建立系统的模型。ADAMS与先进的CAD软件(UG, PRO/E)以及CAE软件(ANSYS)可以通过计算机

40、图形交换格式文件相互交换以保持数据的一致性。ADAMS软件支持并行工程环境，节省大量的时间和经费。利用ADAMS软件建立参数化模型可以进行设计研究、试验设计和优化分析。为系统参数优化提供了一种高效开发工具。 ADAMS / Solver是求解机械系统运动和动力学问题的程序。完成样机分析的准备工作以后，ADAMS/View程序可以自动地调用ADAMS / Solver模块，求解样机模型的静力学、运动学或动力学问题，完成仿真分析以后再自动地返回ADAMS / View操作界面。因此，一般用户可以将ADAMS/Solver的操作视为一个“黑匣子”，只需熟悉ADAMS / View的操作，即可完成建模

41、和整个分析过程。ADAMS仿真分析结果的后处理，可以通过调用后处理模块ADAMS/ PostProcessor来完成。ADAMS / PostProcessor:模块具有相当强的后处理功能，它可以回放仿真结果，也可以绘制各种分析曲线。除了可以直接绘制仿真结果曲线以外，ADAMS / PostProcessor还可以对仿真分析曲线进行一些数学和统计计算;可以输入实验数据绘制试验曲线，并同仿真结果进行比较;可以进行分析结果曲线图的各种编辑。一般ADAMS分析功能如下：(1)可有效地分析三维机构的运动与力。例如可以利用ADAMS来模拟作用在轮胎上的垂直、转向、陀螺效应、牵引与制动、力与力矩;还可应用

42、ADAMS进行整个车辆或悬架系统道路操纵性的研究。(2)利用ADAMS可模拟大位移的系统。ADAMS很容易处理这种模型的非线性方程，而且可进行线性近似。(3)分析运动学静定(对非完整的束或速度约束一般情况的零自由度)系统。(4)对于一个或多自由度机构，ADAMS可完成某一时间上的静力学分析或某一时间间隔内的静力学分析。(5)有线性系统模态分析、力输入运动以及模拟控制系统的能力。(6)利用ADAMS/VIEW提供的控制工具箱或ADAMS/Control与MATLAB一起可以方便地进行机电一体化系统仿真。 DADS与ADAMS同属机械系统动态仿真软件，两者的原理和功能相似。但ADAMS软件是专门针

43、对汽车及悬架开发，在模拟和仿真汽车及悬架系统方面比其它的软件方便得多。在ADAMS软件进行仿真前期必须要对模型添加运动副，其中运动副包括铰接副、棱柱副、圆柱副、球形副、平面副、固定副、万向副、恒速副、点-面、点-线等等。这些运动副对自由度约束数都有所不同，具体数据如表5-1-1：表5-1 运动副的自由度约束数运动副(Joint)自由度约束数(Constraints)总自由度约束数转动平移铰接副(Revolute )235棱柱副(Translational)325圆柱副(Cylindrical)325球形副(Spericat )303平面副(Planar)213固定副(Fixed)336万向副(

44、Universal)134恒速副 (Constant veleosity)134点-面(InPlanar)303点-线(Inlinear)0225.2 悬架分析系统的建立1. 模型的导入运行ADAMSView后，启动对话框如图5-1所示。ADAMS启动界面包括：欢迎对话窗（Welcome to ADAMS）、主工具箱（Main Tool Box）和工作窗口（ADAMS）。欢迎窗口的四个选项：Create a new model：创建新模型；Open an existing database：打开一个已经存在的模型；Import a file：导入一个已存在模型的数据文件；Exit：退出ADAM

45、S/View。图5-1 导入模型界面图首次导入单击Create a new model，并设置重力、单位等参数，单击OK。在点击主菜单File，选择Import，然后选择文件类型：.X_T，然后找到需要导入的文件，然后选择要导入的文件，再单击OK，成功导入模型，如图5-2所示。图5-2悬架导入模型图2. 模型的整合 对于刚刚导入的悬架模型，悬架的好多零部件之间都没有相对运动，我们需要运用ADAMS/View软件中的“求和”工具，对悬架的零部件做整合处理，最终形成18（PART1PART18）个部件。为了能够达到真实悬架的受力运动情景，我们在车轮下面添加了一个零部件（辅助件 PART170）来帮

46、助车轮实现在现实中地面上的运动情况，就是通过辅助件的运动带动悬架运动。最后我们得到整合完毕的悬架模型，如图5-3所示。图5-3 悬架整合后的模型图图5-4 模型中的各构件及其名称图3. 添加运动副和驱动对于整合好的悬架模型，我们需要添加运动副使其各个零部件之间能在力的驱动下产生规定的相对运动。各个零部件之间添加的运动副约束和驱动包括：地面与车架之间添加固定副；上下摆臂的前后安装点要和车架之间添加旋转副；上下摆臂与转向节之间添加球副；横拉杆与转向器、转向节之间添加球副；车轮与转向节之间添加旋转副；车轮与辅助件之间添加点面副；辅助件与地面之间添加移动副；转向器与地面之间添加移动副。如图5-6所示：

47、模型中共有球副8个、旋转副8个、滑动副2个、固定副1个、点面副2个、驱动力2个。把零部件之间的运动副添加完毕之后，要分析悬架的运动情况和实际受力情况，经过查阅参考资料，得到车轮上下跳动时，车轮和地面之间的跳动是地面给予的作用力；车轮转向时，转向器受到人给予的拉力。所以在辅助件上的移动副上添加作用力，在转向器上的移动副上添加驱动。经过对模型的这一系列的处理我们可以得到如图5-5中的悬架模型。图5-5 悬架最终模型图图5-6 模型中的约束及驱动图5.3 悬架的性能评价指标为保证汽车稳定的直线行驶，应使转向轮具有自动回正作用。就是当转向轮在偶遇外力(如碰到石块)作用发生偏转时，在外力消失后，应能立即

48、自动回到直线行驶的位置。这种自动回正作用是由转向轮定位参数来保证实现的。这些定位参数有:主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束.车轮转向时，内外车轮的实际转角都与理论转角之间存在误差，这种内外车轮的转角误差越小说明悬架的转向性能越好。所以内外车轮的转角误差的大小是评价悬架性能的又一重要指标。1. 主销后倾角 主销后倾角：即主销轴线和地面垂直线在汽车纵向平面内的夹角。如图5-7所示。主销后倾角计算式：图5-7 主销后倾角示意图2. 主销内倾角 主销内倾角：是主销轴线与地面垂直线在横向平面内的夹角。如图5-8所示。主销内倾角的计算式：主销内倾角应使车轮具有自动回正的作用，当转向轮在外力作用下

49、由中间位置偏转一个角度时，车轮的最低点将陷入路面以下，但实际上车轮下边缘不可能陷入路面以下，而是将转向车轮连同整个汽车前部向上抬起一个相应的高度，这样汽车本身的重力有使转向轮回复到原来中间位置的效应。3. 车轮外倾角 前轮外倾角：除保证汽车稳定直线行驶外也具有定位作用。是通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂直线之间的夹角。如图5-8所示。车轮外倾角 计算式：图5-8 车轮外倾角与主销内倾角示意图4. 车轮前束车轮前束值 ：杆系和车桥的约束使车轮不可能向外滚开，车轮将在地面上出现边滚边滑的现象，从而增加了轮胎的磨损。为了消除车轮外倾带来的这种不良后果，在安装车轮时，使汽车两前轮的中

50、心面不平行，两轮前边缘距离B小于后边缘距离A, A一B之差称为前轮前束值，如图5-9所示。图5-9 车轮前束示意图5. 车轮内外转角转向梯形有整体式和断开式两种，选择整体式或断开式转向梯形方案与悬架采用何种方案有联系。无论采用哪一种方案，必须正确选择转向梯形参数，做到汽车转弯时，保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，使在不同圆周上运动的车轮，作无滑动的纯滚动运动。同时，为达到总体布置要求的最小转弯直径值，转向轮应有足够大的转角。整体式转向梯形是由转向横拉杆l，转向梯形臂2和汽车前轴3组成，如图5-10所示。其中梯形臂呈收缩状向后延伸。这种方案的优点是结构简单，调整前束容易，制造成本低；主要缺点是

51、一侧转向轮上、下跳动时，会影响另一侧转向轮。当汽车前悬架采用非独立悬架时，应当采用整体式转向梯形。整体式转向梯形的横拉杆可位于前轴后或前轴前(称为前置梯形)。对于发动机位置低或前轮驱动汽车，常采用前置梯形。前置梯形的梯形臂必须向前外侧方向延伸，因而会与车轮或制动底板发生干涉，所以在布置上有困难。为了保护横拉杆免遭路面不平物的损伤，横拉杆的位置应尽可能布置得高些，至少不低于前轴高度。1转向横拉杆 2转向梯形臂 3前轴图5-10 整体式转向梯形示意图转向梯形的横拉杆做成断开的，称之为断开式转向梯形。断开式转向梯形方案之一，如图5-11所示。图5-11 断开式转向梯形示意图断开式转向梯形的主要优点是

52、它与前轮采用独立悬架相配合，能够保证一侧车轮上、下跳动时，不会影响另一侧车轮；与整体式转向梯形比较，由于杆系、球头增多，所以结构复杂，制造成本高，并且调整前束比较困难。所有车轮不是绕位于后轴沿长线上的点滚动，而是绕位于前轴和后轴之间的汽车内侧某一点滚动。此点位置与前轮和后轮的侧偏角大小有关。因影响轮胎侧偏角的因素很多，且难以精确确定，故下面是在忽略侧偏角影响的条件下，分析有关两轴汽车的转向问题。此时，两转向前轮轴线的延长线应交在后轴延长线上，如图5-12所示。设、分别为内、外转向车轮转角，L为汽车轴距，B为汽车前轮距，K为两主销中心线延长线到地面交点之间的距离。若要保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行驶，则梯形机构应保证内、外转向车轮的转角有如下关系.图5-12 内外转向车轮的转角关系图6. 轮距 轮距：车轮垂直跳动量由于车轮上下跳动时承受较大的载荷，而又希望轮距变化尽量小，所以车轮下跳时可以适