【正文】 了 51%的份額。 ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫，約束庫，力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動力學方程，對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學，運動學和動力學分析，輸出位移，速度，加速度和反作用力曲線。 ADAMS軟件的仿 真可用于預測機械系統(tǒng)的性能，運動范圍，碰撞檢測，峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷等。 ADAMS一方面是虛擬樣機分析的應用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學，運動學和動力學分析。另一方面，又是虛擬樣機分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發(fā)工具平臺。 ADAMS軟件有兩種操作系統(tǒng)的版本 :UNIX版和 Windows NT/2021版。 ADAMS 模塊組成及特點 ADAMS軟件包括基本模塊、擴展模塊、接口模塊、專業(yè)領域模塊及工具箱。用戶不僅可以采用通用模塊對一般的機械系統(tǒng)進行仿真，而且可以采用專用模塊對特定行業(yè)應用領域的問題進行快速有效的建模與仿真分析。 4 （ 1） ADAMS/View(用戶界面模塊 ) ADAMS/View(用戶界面模塊 )是最基本的核心模塊之一。 ADAMS/View采用簡單的分層方式進行建模，提供了豐富的零件約束庫和力庫，并且支持布爾運算。仿真結(jié)果采用強有力的、形象直觀方式描述，并可以將結(jié)果形象逼真的輸出。CAD幾何造型可通過 IGES接口輸入 ADAMS/View，豐富了 ADAMS/View自身的建模功能。另外， ADAMS/View還提供多種位移函數(shù)、速度函數(shù)、加速度函數(shù)、接觸函數(shù)、樣條函數(shù)、力和力矩函數(shù)、用戶子程序函數(shù)等多種函數(shù)。 （ 2） ADAMS/Solver(求解器模塊 ) ADAMS/Solver也是 ADAMS系列產(chǎn)品的核心模塊之一，是 ADAMS產(chǎn)品中處于心臟地位的仿真 “ 發(fā)動機 ” 。 ADAMS/Solver能自動形成仿真模型的動力學方程，提供靜力學、運動學、動力學的解算結(jié)果。該軟件模塊提供各種建模和求解選項，以便用戶根據(jù)具體要求精確有效的解決各種工況問題。 ADAMS/Solver可以對剛體和彈性體進行仿真研究，除了輸出力、 位移、速度、加速度外，用戶還可以輸出自定義的數(shù)據(jù)以便進行有限元分析。 （ 3） ADAMS/Postprocessor(后處理模塊 ) 該模塊用來輸出各種數(shù)據(jù)曲線、動畫，還可以進行曲線的編輯和數(shù)字的處理。用戶可以在該模塊里更方便的觀察、研究仿真將結(jié)果。該模塊既可以在ADAMS/View環(huán)境下運行也可以獨立運行。 （ 4） ADAMS/Insight(設計與分析模塊 ) 該模塊是 ADAMS軟件的功能擴展模塊，它是網(wǎng)頁技術的新模塊。工程師可以借助該模塊將仿真試驗置于網(wǎng)頁上，實現(xiàn)資源共享，加速決策過程。ADAMS/Insight是選裝模塊既可以在 ADAMS/View, ADAMS/Car運行也可以獨立運行。 ADAMS/Insight具有多種功能 :可以更快的修改和優(yōu)化模型，進行模型的參數(shù)化分析、找出模型的關鍵參數(shù)和非關鍵參數(shù)等。 （ 5） ADAMS/Tire(輪胎模塊 ) ADAMS / Tire(輪胎模塊 )是研究輪胎與道路相互作用的可選模塊。該模塊更完善地計算側(cè)向力、自動回正力矩及由于路面坑洼等障礙而產(chǎn)生的力，ADAMS/Tire可計算輪胎因克服滾動阻力而受到的垂直、縱向和橫向載荷，可仿真研究車輛在制動、轉(zhuǎn)向和滑行、滑移等大變形位 移下的動力學特性 :研究車輛穩(wěn)定性，計算汽車的偏移、俯沖和側(cè)傾特性 。其輸出力和加速度數(shù)據(jù)可作為有限元分析軟件包的輸入載荷進行相應的應力和疲勞特性研究 :計算由于制動力矩和轉(zhuǎn)動力矩產(chǎn)生的反作用力。 此外，還包括 Hydraulics(液壓系統(tǒng)模塊 )、 Linear(線性分析模塊 )、 Exchange(圖形接口模塊 ). Controls(控制模塊 )、 Flex(柔性體模塊 )、Animation(動畫模塊 )、 MECHANISM/Pro(機構(gòu)分析模塊 )、 Driver(駕駛員模塊 )等 5 模塊。 （ 6） ADAMS/Car(轎車模塊 ) ADAMS/Car(轎車模塊 )是 ADAMS軟件的專業(yè)模塊之一，是 MDI公司與 Audi、BMW、 Renault、 Volvo。等公司合作開發(fā)的整車設計軟件包。利用該軟件模塊，工程師可以快捷的建立精確的樣機，包括懸架、車身、轉(zhuǎn)向系、輪胎、制動系等。用戶可以在各種不同的路面下仿真，分析模型的操縱穩(wěn)定性，安全性，乘坐舒適性及其它性能參數(shù)。 其中， 專門 為汽車專業(yè)開發(fā)的 模塊有 :轎車模塊 (ADAMS/Car)、懸架設計軟件包 (Suspension Design)、概念化懸架模塊 (CSM)、駕駛員模塊 (ADAMS/Driver)、動力傳動系統(tǒng)模塊 (ADAMS/Driveline)、輪胎模塊 (ADAMS/Tire)、發(fā)動機設計模塊 (ADAMS/Engine)等等 。用戶只需在模板中輸入必要的數(shù)據(jù)，就可以快速建造包括車身、懸架、傳動系統(tǒng)、發(fā)動機、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、制動系統(tǒng)等在內(nèi)的高精度的整車虛擬樣機，并進行仿真， ADAMS在汽車開發(fā)中的應用也越來越廣泛。 基于 ADAMS 的前懸架系統(tǒng)模型的建立 各子系統(tǒng)模型的建立 （ 1）前懸架模型 應用 ADAMS/Car對懸架系統(tǒng)進行建模，模型原理要與實際的系統(tǒng)相一致。考慮到汽車基本上為一縱向?qū)ΨQ系統(tǒng)，軟件模 塊已預先對建模過程進行了處理，故只需建立左邊或右邊的 1/2懸架模型，另一半就會自動生成。 圖 1 前懸架模型 6 麥弗遜懸架結(jié)構(gòu)， 總成由 彈簧、筒式減震器及滑柱、下擺臂、轉(zhuǎn)向節(jié)總成 （ 包括減振器下體、輪轂軸 ） 、轉(zhuǎn)向橫拉桿、球頭銷、轉(zhuǎn)向器齒條、車輪總成、車身等剛體部分組成。 經(jīng)結(jié)構(gòu)簡化分析，建立 前懸架動力學模型 子系統(tǒng) 如圖 1所示。 表 1 前懸架模型的鉸鏈類型與數(shù)目 鉸鏈名稱 鉸鏈約束的自由度 約束鉸鏈數(shù)量 平動 轉(zhuǎn)動 麥弗遜式 固定鉸鏈 3 3 10 轉(zhuǎn)動鉸鏈 3 2 4 平動鉸鏈 2 3 2 萬向節(jié)鉸鏈 3 1 2 圓柱鉸鏈 2 2 3 球鉸鏈 3 0 4 等速萬向節(jié)鉸鏈 3 1 6 平面副 1 2 1 各部件約束如 上圖 1所 示 ，減振器上體用萬向節(jié)鉸與車身相連，轉(zhuǎn)向節(jié)總成與減振器上體用圓柱鉸約束，相對減振器上半部分可以進行軸向移動和轉(zhuǎn)動；下擺臂一端通過轉(zhuǎn)動鉸與車身相連 （ 其中一個為虛約束 ） ，可相對車身上下擺動，另一端通過球鉸與轉(zhuǎn)向節(jié)總成相接；轉(zhuǎn)向橫拉桿一端通過球鉸與轉(zhuǎn)向節(jié)總成相連，另一端通過萬向節(jié)鉸與轉(zhuǎn)向齒條相連； 懸架模型的鉸鏈類型與數(shù)目如表 1所示。 麥弗遜式前懸架 (不含轉(zhuǎn)向系 )的約束方程 M1為： M1=4*3+4*5+4*3+2*5+6*4+10*6+2*4+3+1=150 模型中存在兩個 Gruebler Count(相當于兩個自由度 )，故自由度 K1為 : K1=25*6+2150=2 1） 前減振器模型的建立 減振器是懸架系統(tǒng)的主要阻尼元件，與彈性元件并聯(lián)安裝，車輪與車身間的相對振動，主要是通過減振器衰減的，即由于懸架匹配了適當?shù)淖枘彳嚿淼淖杂烧駝颖谎杆偎p，車身的強迫振動會受到抑制。在 ADAMS/CAR中建立減振器模型，首先建立一個用戶自定義的減振器文件，然后利用屬性對話框進行修改，也可以直接在速度一 力曲線上直接拖改，也可以通過參數(shù)列表進行準確的定義，最終自動進行擬合得到滿意的非線性曲線，圖 2所示。 圖 2 前減振器特性曲線 7 2）前 彈簧模型 的建立 在 ADAMS 軟件里 首先建立一個用戶自定義的彈簧特性文件，然后利用屬性對話框進行修改，也可以直接在力－行程 變化 曲線上直接拖改，也可以通過參數(shù)列表進行準確的定義，最終自動進行擬合得到 前懸架 彈力 隨 壓縮、拉伸行程 變化 曲線如圖 3 所示。 圖 3 前懸架彈簧剛度特性曲線 8 3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型的建立 該車采用的是齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系。它主要包括方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)向傳動軸、橫 拉桿、齒輪齒條轉(zhuǎn)向器等。 建立的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如圖 4 所示。 建模分析中必須考慮的一個重要參數(shù)是轉(zhuǎn)向系傳動比。轉(zhuǎn)向系的傳動比包括力傳動比 pi ；和角傳動比 0i? ，它直接影響車輛的機動性和操縱輕便性。轉(zhuǎn)向系力傳動比 pi 指的是從輪胎接觸地面中心作用在兩個轉(zhuǎn)向輪上的合力 2 wF 與作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力 hF 之比；轉(zhuǎn)向系角傳動比 0i? 指轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和駕駛員同側(cè)的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角之比。計算公式如下： αRαRαRαRαR 39。0 ????????????????? ?????? ?? ????? ppHp iiiMMi (1) 圖 4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型 式中： M? － 轉(zhuǎn)向阻力矩； hM － 轉(zhuǎn)向盤的力矩； R － 轉(zhuǎn)向盤的半徑； ? － 主銷偏移距，指從轉(zhuǎn)向節(jié)主銷軸線的延長線與支承平面的交點至車輪中心平面與支承平面的交線的距離 ； i? － 轉(zhuǎn)向器角傳動比，等于方向盤轉(zhuǎn)角增量 ?? 必與轉(zhuǎn)向搖臂的相應增量pB? 之比 ； 39。i? － 轉(zhuǎn)向傳動裝置角傳動比，等于搖臂軸轉(zhuǎn)角增量 178。p? ； 與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量 kB? 之比。 4）輪胎模型 輪胎模型是車輛模型中的重要組成部分，輪胎結(jié)構(gòu)由橡膠、簾布層等合成的外胎固定于金屬輪輛上，內(nèi)部充入壓縮空氣。輪胎的材料具有非線性、可壓縮、各向異性和粘彈性等特點，因此其物理模型的建立較為復雜。 9 為了分析輪胎的復雜特性，國內(nèi)外學者做了很多研究工作來將輪胎進行模型化，并建立了 Fiala模型、 Frank模型、 Sakai模型、 Pacejka模型等理論模型。其中比較知名的是用于理論解析輪胎側(cè)偏特性的 Fiala彈性圓環(huán)模型。 Frank模型把胎體簡化為彈性支承 上的無限長梁的一部分，并考慮胎體變形時受拉以及受力分布載荷作用而彎曲等特點。 Sakai模型在 “ 梁 ” 模型基礎上考慮了有驅(qū)動和制動力情況下的聯(lián)合側(cè)偏特性。 Pacejka模型將胎體的變形考慮為張緊的弦，提出所謂“ 弦 ” 模型，并在此基礎上考慮了有驅(qū)動和制動力情況下的聯(lián)合側(cè)偏特性。國內(nèi)主要有郭孔輝從胎體變形與垂直載荷的一般模式出發(fā)，導出側(cè)偏特性的一般理論模型，進而考慮了有驅(qū)動和制動力情況下的聯(lián)合側(cè)偏特性，并與半經(jīng)驗模型結(jié)合形成便于仿真的 “ 統(tǒng)一 ” 模型。 在 ADAMS軟件中，提供了 4種輪胎模型，即 Fiala模型、 UA(University of Arizona)模型、 Smithers模型及 DELET模型，此外用戶還可以自定義模型。在這些模型中， DELET, Smithers和 UA tire輪胎模型所需的參數(shù)較多，不易得到，而Fiala輪胎模型所需的參數(shù)較少，因此在本文研究中采用 Fiala輪胎模型。 該 車的車胎型號是 195/55R15 。此輪胎參數(shù)如表 2： 表 2 輪胎特性參數(shù) 參數(shù)名稱及單位 數(shù)值 輪胎自由半徑 (R1/m) 徑向剛度 (CN/Nmm 1) 280 高寬比 55 斷面名義寬度 (mm) 195 輪輞直徑 (in) 15 靜摩擦系數(shù) ( ou ) 動摩擦系數(shù) (u1) 前懸架系統(tǒng) 的構(gòu)建 及校核 （ 1）前懸架系統(tǒng)的構(gòu)建 將上述建好的各子系統(tǒng)按照相應的約束連接在一起，即可構(gòu)成完整的汽車 前懸架 模型。該模型能多方位的呈現(xiàn)在計算機屏幕上，較真實和 準確的反映前懸架各部件在實際運動過程中受力運動情況。對模型進行仿真前需測試模型的正確 10 性，要確保模型沒有過約束。模型如圖 5 所示。 （ 2） 前懸架 模型的校核 在建立前懸架 動 力學仿真模型之后，為了得到正確的結(jié)果，必須保證仿真模型能夠準確地反映實際系統(tǒng)并能在計算機上正確運行，因此必須對仿真模型的有效性進行研究與評估。仿真模型往往是為某一特定目的而建立的，絕大多數(shù)仿真模型并不是對原系統(tǒng)完全準確的描述，其只是在一些假設條件下對實際系統(tǒng)的簡化，因此它并不能百分之百地反映所研究的系統(tǒng)，模型是否有效是相對于問題的研究目的以及用戶需求而言的。 仿真模型有效性的研究和評估主要包括兩方面的內(nèi)容：模型的驗證(Verification)和確認 (Validation)。模型的驗證主要是考察系統(tǒng)模型與 計算機實現(xiàn)之間的關系，主要判斷模型的計算機實現(xiàn)是否正確。在本文中，利用ADAMS/View 中的 Model Verify 功能來驗證模型的正確性，確保前懸架 模型中沒有過約束。模型的確認考察的是系統(tǒng)模型與實際研究系統(tǒng)之間的關系，即通過比較在相同輸入條件下和運行環(huán)境下模型與實際系統(tǒng)輸出之間的一致性，評價模型的可信度。 圖 5 前懸架系統(tǒng) 3 前懸架系統(tǒng)的分析 前懸架系統(tǒng)運動仿真 定義車輛參數(shù) 在標準模式 “ simulatesuspension AnalysisSet Suspension Parameters”中定義 11 與 前懸架系統(tǒng)分析相關車輛參數(shù)：輪胎自由半徑為 300mm,輪胎垂直剛度為200N/mm,簧上質(zhì)量為 1400kg,質(zhì)心高度為 300mm,軸距為 2765m，如圖 6 所示。 圖 6 設計懸架基本參數(shù) 建模分析結(jié)果圖 在 ADAMS/Car 中建立前懸架模型后 ,對模型進行了上下跳動極限為 177。100mm 的雙輪同向跳動試驗。評價懸架運動學特性的指標主要有 :懸架剛度 、車輪外傾角 、 主銷偏距 、 車輪前束角 、 側(cè)傾轉(zhuǎn)向 、 側(cè)傾外傾系數(shù) 、 側(cè)傾中心高度等 。 （ 1） 車輪外傾角 車輪外傾角是車輪平面與車輛豎直方向上的交角，當車輪的上部向外傾斜時車輪 外傾角為正。車輪跳動時的外傾變化對車輛的直行穩(wěn)定性、穩(wěn)定響應特性等有很大影響。由于輪胎與地面之間有相對的外傾角，路面對