ADAMS 转向系统验模流程解析

项目报告Adams/Car中转向系统验模流程报告人:审核：日期：目~录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、 问题描述 3\o"CurrentDocument"1.1验模意图 3\o"CurrentDocument"1.2验模内容 3\o"CurrentDocument"二、 验模流程 4\o"CurrentDocument"2.1转向系干摩擦验证 4\o"CurrentDocument"2.1.1试验目的 4\o"CurrentDocument"2.1.2实际试验方法 4\o"CurrentDocument"2.1.3仿真试验方法 4\o"CurrentDocument"2.2转向系角传动比特性验证 9\o"CurrentDocument"2.2.1试验目的 9\o"CurrentDocument"2.2.2实际试验方法 9\o"CurrentDocument"2.2.3仿真试验方法 10\o"CurrentDocument"2.3转向系正向刚度特性验证 10\o"CurrentDocument"2.3.1试验目的 10\o"CurrentDocument"2.3.2实际试验方法 11\o"CurrentDocument"2.3.3仿真试验方法 11\o"CurrentDocument"2.4转向系逆向刚度特性验证 13\o"CurrentDocument"2.4.1试验目的 13\o"CurrentDocument"2.4.2实际试验方法 13\o"CurrentDocument"2.4.3仿真试验方法 13一、问题描述1.1验模意图同其它CAE方法一样，在建立Adams车辆动力学仿真模型时，需要考察模型仿真试验与实际试验的一致性。艮"实车动力学试验的准确性和重复性；Adams模型在多大程度上能够预测车辆动力学行为。因目前模型建立尚未有一整套详细规范，而有可能导致同一车辆、不同人所建的模型计算结果大相径庭。模型建立时需要考虑诸多因素，同时每一子系统都要进行相关的仿真测试验证，而MSC发布的adams/car中仅保留了与悬架、转向相关的TestRig，因而至于转向系、轮胎、动力传动系和制动系乃至悬架偏频等的测试试验台都需要开发建立。1.2验模内容与实际试验内容相一致，主要包括转向系角传动特性试验、转向系正向刚度特性试验、转向系逆向刚度特性试验和转向系干摩擦特性试验。以AVANZA车型为例，对其转向系统的验模流程做初步规范。二、验模流程2.1转向系干摩擦验证转向系的干摩擦主要包括主销的摩擦阻力矩、转向机的摩擦力矩（取决于转向机效率）、各个球头的摩擦力矩以及原地转向时轮胎与地面的摩擦力矩等。2.1.1试验目的通过试验得到转向系的摩擦及阻尼特性。2.1.2实际试验方法试验前，标定各传感器的零点，轮胎气压和轴荷分别符合制造厂规定，滑盘解锁，使车轮能在滑盘上自由转动。分别在有助力和无助力（关闭助力）两种情况下进行试验，测量方向盘上的转矩和转角。2.1.3仿真试验方法（1） 将模型的初始参数调整到与实际转向试验同等初始条件下的仿真工况下，如相同的载荷状态、相同的车轮初始定位参数以及相同的轮胎气压和轴荷等，尽可能保证仿真试验条件与实际试验条件相一致，以保证结果的准确性。（2） 在Acar的Template模式下打开Avanza车型的转向子系统模板，如图1所示。

图1Avanza转向系统模板（带助力转向）（3）在转向器中的齿轮和齿条的移动副中加摩擦（默认状态下无摩擦存在），具体的操作方法是：选中移动副单击右键选择Modify，弹出图2所示的对话框，单击图中设置摩擦力的按钮。图2设置约束副间的摩擦力

（4）在如图3所示的对话框中通过设置静摩擦系数、动摩擦系数、摩擦力滑动半径、约束副I，JMarker点的相对运动速度、最大运动位移以及初始摩擦力和最大摩擦力等来改变约束副间摩擦力的大小。图3设置干摩擦的大小（5）Acar中可以在移动副、转动副、球铰、虎克铰、圆柱副等约束副间设置摩擦力，不同约束副间设置摩擦力大小的参数不尽相同，但参数意义都相似，如有需要可以参照HELP中相关内容的详细说明。在干摩擦的设置过程中，也可以在转向子系统中其它约束副间（比如转向轴和中间轴间的虎克副、转向盘和转向管柱间的转动副等）设置摩擦力。另外，也可以在悬架子系统模板中转向节和转向横拉杆间的

球铰设置摩擦力，见图4所示。图4设置球铰约束副间的摩擦力设置完干摩擦后，转换至Standard模式，打开Avanza前悬架模型。选择菜单Simulation/SuspensionAnalysis/CreatLoadcase，弹出如图5所示的对话框，设置与实际试验相同的方向盘转角，从-350度转动至350度。图5生成仿真工况文件（7）为了更好地和实际试验结果相对比，需要将生成的仿真工况文件做进一步修改，将方向盘从-350度开始逆时针方向旋转到350度，然后再顺时针方向转动到-350度，旋转一周，并且将角度间距划分的越小越好，在此划分间距为5度，共280个点，仿真工况文件如图6所示。图6转向仿真工况文件（8）从菜单Simulation/SuspensionAnalysis中选择ExernalFiles选项，将上一步骤中生成的仿真工况文件添加进来，进行转向系干摩擦仿真试验。在后处理程序中找到方向盘力矩和方向盘转角的关系曲线，如图7所示。EE-UOMeuAnalysis:-2500.0-400.0 -300.0-200.0-100.00.0Angle(deg)100.0200.0300.0 400.02008-08-191iEE-UOMeuAnalysis:-2500.0-400.0 -300.0-200.0-100.00.0Angle(deg)100.0200.0300.0 400.02008-08-191i图7方向盘力矩和转角的关系和实际试验结果作对比，如果滞回圈过小，则可以调整约束副间的参数值增大摩擦力，以增加方向盘力矩，反之亦然。2.2转向系角传动比特性验证转向系角传动比是指方向盘转过角度和车轮相应的转过角度之间的关系。2.2.1试验目的通过试验得到转向系的角传动比特性。2.2.2实际试验方法试验前将转向轮置于滑盘上，将滑盘解锁使车轮可自由转动，轮胎气压和轴荷分别符合制造厂规定，关闭助力系统。试验时，方向盘由中间位置向左(右)转动至最大转角，方向盘转速不大于10度/秒，测量方向盘的转角和左右转向前轮的转角。2.2.3仿真试验方法（1）在干摩擦调整准确的基础上做转向静态仿真试验，设置转向盘从-350度旋转至350度（当然也可以与实际试验方法一致编写仿真工况从中间位置起向左或向右转至最大转角）。（2）在后处理程序中找到方向盘转角与车轮转角（或前束角）的关系曲线，并和实际试验结果作对比，如图8所示。Analysis:test_steeringAngle(deg；i2008-08-191Analysis:test_steeringAngle(deg；i2008-08-191图8方向盘转角和车轮转角的关系2.3转向系正向刚度特性验证转向系的正向刚度是指设车轮固定不动，将方向盘转过一定的角度所需要的力矩。2.3.1试验目的通过试验得到转向系的正向刚度特性。2.3.2实际试验方法试验前，将转向系统处于使用载荷加载状态下，标定各传感器的零点。将两侧车轮固定，分别在有无助力情况下将转向盘从中间位置（即零位）起向左（或向右）侧方向连续转动，转向盘力矩逐渐加载至50Nm，然后将转向盘向另一侧方向连续转动，使转向盘力矩加载至50Nm，再将转向盘回到中间位置（零位）时停止，此过程为一次试验。同时用计算机数据采集系统记录方向盘力矩和转角。2.3.3仿真试验方法（1）在Acar的Template模式下打开Avanza车型的悬架子系统模板，如图9所示。图9Avanza悬架子系统模板（2）将悬架的转向节臂与地面固定，以限制车轮的转动。具体的做法有多种，可以将转向节臂外侧硬点和大地建立固定约束副，见图10所示。

图10将转向节臂固定于地面图10将转向节臂固定于地面（3） 转换至Standard模式下进行仿真试验，先编写仿真工况文件，将方向盘从-35度转动至35度，然后再反向转动至-35度，方向盘转动一周。具体仿真工况文件的编写以及仿真方法和转向干摩擦相似。（4） 在后处理程序中找到方向盘力矩与方向盘转角的关系曲线，并和实际试验结果作对比，如图11所示。1.0E+005-1.0E+005--40.0 -30.0-20.0-10.00.0Angle(deg)20.0 30.0 40.02008-08-19I1.0E+005-1.0E+005--40.0 -30.0-20.0-10.00.0Angle(deg)20.0 30.0 40.02008-08-19IAnalysis:aa_gangdu图11方向盘力矩和方向盘转角的关系曲线2.4转向系逆向刚度特性验证转向系的逆向刚度是指设方向盘固定不动，将车轮绕主销转过一定的角度所需要的力矩。2.4.1试验目的通过试验得到转向系的逆向刚度特性。2.4.2实际试验方法试验前，将转向系统处于使用载荷加载状态下，标定各传感器的零点。将方向盘固定在试验台架上，在有无助力情况下分别在左、右前轮逐渐施加力矩，用计算机数据采集系统