（载运工具运用工程专业论文）基于adams的汽车制动分析模块化设计软件开发.pdf

摘要 摘要 随着高速公路的迅速发展、车速的提商、车流密度的目益增大，为了保证行 车安全、簿车可靠，汽车澍韵牲麓愈来愈受劐重援。分耩粒浚善汽车懿割臻洼缝 是汽车设计“的重要任务。传统的汽车制动性能试验方法是在实车卜安装各种测试 疆务，在专蔫试验场遴蠢实事试验。这对浏试仪器及场地瓣求较裹，著虽濡要投 入大量资金和人力。利用系统动力举仿真分析可以建立精确的整车虚拟样机，准 确搂l 薹 汽车铡凄犍。羁豺可以铮对特定静簧求，毙较容易捉囊设谢一傍囊试验，获褥 所需要的数据，可节省大最人力和物力。 嚣蔻，懿舞在铰短的躅期是分辑积评挽汽车制动性是蚤汽车公司急嚣解决的 课题；另一方面，用户要能够熟练地使用和掌握一“个专业软件，需要花大箧的时 闻去了解和熟悉该软件各璎繁琐的命令，鼹辩对这个软件襁关理论知识有掰了解， 这将需要较长一段时间。基于这个问题，本论文提出并开发了基于a d a m s 的汽 车铡动分攒模块，并最终邋过该模块的开发实现了用户的汽车铡动仿真分柝。 在制动仿真分析模块开发过程中，本论文进行了如下工作： l + 首先，在进行制动仿真分析模块开发之前，建立了用予制动分析的整车模型， 繁车模型主要包括对汽车制动侄携影响较大的前、后悬架、轮胎、转向机构及底 盘等部分； 2 在验证模型的正确能之后，通过模型的参数纯和宦g 建备类测麓函数，为翻动 仿真分卡厅模块的开发作好充分准备； 3 _ 萃用a d a m s v i e w 的命令语言和宏命令编写了命令文件，爝该软件撬供的 对话框创建工具开发制动仿真分析模块。该模块主要包括参数设置模块、仿真分 丰斥控制模块及结果厝处理三大模块，并虽通过所编笃酶命令文件实现了这麓模块 的袋成； 4 最后，通_ i 窭缱织文件系统臻祷帮翎建b u i l d 命令文终，将该模决与 a d a m s v i e w 的原始界面结合在一起，并实现了界面的标准化，使该模块能够在 广大爝户中得至l 推广和使惩。 关键谲：汽车，髑蘸分耩，蚤力学谤囊，摸获开发 藏要 a b s t r a c t 2 w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ff r e e w a y ，t h eb o o s ti nv e l o c i t ya n dt h ei n c r e a s i n g a u g m e n t a t i o no fc a r - f l o w sd e n s i t y 。i no r d e r 幻e n s u r ed r i v i n gs e c u r i t ya n dp a r k i n g r e l i a b i l i t y , b r a k i n gc a p a b i l i t yo fa u t o m o b i l ei sg o tm o r ea n dm o r er e c o g n i t i o n 。强sa n i m p o r t a n ta s s i g n m e n ti nv e h i c l e d e s i g nt oa n a l y z ea n di m p r o v eb r a k i n gc a p a b i l i t y t h e t r a d i t i o n a lt r i a lm e t h o do fb r a k i n gc a p a b i l i t yi st oc a r r yo u tf u l l v e h i c l ee x p e r i m e n to n s p e c i a lp m v i n gg r o u n d 。b ym e a n so fi n s t a l l i n gk i n d so ft e s t i n ge q u i p m e n to n f u l l v e h i c l e ，t h i sn e e d sl a r g en u m b e r so fb a n k r o l la n dm a n p o w e r u s i n gs y s t e m d y n a m i c ss i m u l a t i o na n a l y s i s ，w em a yb u i l ta c c u r a t ev i r t u a lp r o t o t y p eo ff u l l v e h i c l e a n ds i m u l a t ea c c u r a t e l yt h ee x p e r i m e n t a t i o no fb r a k i n gc a p a b i l i t y a tt h es a n l et i m e ， a i m i n ga ts p e c i f i c a l l yr e q u e s t ，w ec a nd e s i g ns i m u l a t i o ne x p e r i m e n t a t i o na n da c q u i r e c o r r e l a t i v ed a t a , w h i c hc a ne c o n o m i z eam a s so f m a n p o w e ra n dm a t e r i a lr e s o u r c e s p r e s e n t l y , t h ep r o b l e mh o w 幻a n a l y z ea n d e s t i m a t e b r a k i n gc a p a b i l i t y o f a u t o m o b i l ei ns h o r t e rt i m e ，i sat a s ke a c hc a rc o m p a n ys t a r v e sf o rs o l v i n ga l la l o n g ；o n t h eo t h e rh a n d ，i tn e e d sag r e a td e a lo ft i m et of a m i l i a r i z ek i n d so ft e d i o u sc o m m a n d s a n dc o m p r e h e n dc o r r e l a t i v et h e o r e t i c a lk n o w l e d g eo ft h es o f t w a r e ，i fu s e rw a n t st ou s e p r o f e s s i o n a ls o r w a r ee x p e m y b a s e do nt h ep r o b l e m s ，t h i sp a p e rh a sb e e np u tf o r w a r d a n dd e v e l o p e db r a k i n ga n a l y s i sm o d u l e ，b a s e do na d a m s ，h n a l l y , u s e rc a l la c h i e v e b r a k i n gs i m u l a t i o na n a l y s i sb yu s i n gt h es p e c i a l m o d u l e 。 d u r i n gd e v e l o p i n gt h eb r a k i n ga n a l y s i sm o d u l e ，t h ef o l l o w i n gr e s e a r c h e sh a v e b e e n c a r r i e do u t 讯t h i sp a p e r ： 1 f i r s t l y ，i t sn e c e s s a r yt oc r e a t ear i l l - v e h i c l em o d e la p p l i e d t ob m k i n ga n a l y s i s ， b e f o r ew ed e v e l o pt h i sm o d u l e t h i sf u l l - v e h i c l em o d e lm a i n l yh a si n c l u d e d f o r e - a n d - a f ts u s p e n s i o n s ，t i r e s ，s t e e r i n gp a r t sa n dc h a s s i se t c ，w h i c hh a v eb i g g i s h i n f l u e n c eo nb r a k i n gc a p a b i f i t yo fa u t o m o b i l e 2 a f t e rt ov e r i f 3 rv a l i d i t yo ft h em o d e l ，w eh a v es h o u l db ef u l l yp r e p a r ef o r d e v e l o p m e n to fb r a k i n ga n a l y s i sm o d u l eb yp a r a m e t r i cm o d e la n dc r e a t i n gk i n d so f m e a s u r ef u n c t i o n s ， 3 u s i n gc o m m a n dl a n g u a g ea n dm a c r oo fa d a m s v i e w , a sw e l la st h et o o l so f c r e a t m gd i a l o g - b o x ，w eh a v e c a l lw r i t ec o m m a n df i l e sa n dc r e a t ev a r i o u sd i a l o g - b o x e s t od e v e l o pt h eb r a k i n ga n a l y s i sm o d u l e a n dt h eb r a k i n ga n a l y s i sm o d u l eh a sm a i l l l y 摘要 i n c l u d e ds e t t i n gp a r a m e t e rm o d u l e ，s i m u l a t i o nc o n t r o lm o d u l ea n dr e s u l tp o s t p r o c e s s o r m o d u l ea n dw ec a l lg a t h e rt h em o d u l e sb yt h ew r i t t e nc o m m a n df i l e s 4 f i n a l l y , b yo r g a n i z i n gf i l es y s t e ms t r u c t u r ea n dc r e a t i n g “b u i l d f i l e 。h a v eh a n g e d t h i sm o d u l ea n da d a m s v i e wo r i g i n a li n t e r f a c et o g e t h e r , s t a n d a r d i z a t i o no ft h e s o f t w a r e si n t e r f a c ec a nc o m et r u e ；i t sp o s s i b l et og e n e r a l i z et h es o f t w a r ea m o n gt h e u s e r s k e yw o r d s ：a u t o m o b i l e ，b r a k i n ga n a l y s i s ，d y n a m i c s s i m u l a t i o n ，m o d u l e d e v e l o p m e n t 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文巾已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：f 乱饲 日期：2 卯年肛月i f 日 重庆交通学院学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密d ( 请在以上方框内打4 ) 学位论文作者签名： f 司期 口期：刎i 年妒月，日 指导教师签名 ，_ 三一手 日期：2 一“年嗍r ，日 第5 一章绪论 第一章绪论 1 1 本文研究的意义 目前，国内、国外汽车市场的竞争空前激烈，用户对汽车各种髋能的要求越来 越裹。利国蛙楚汽车瓣主要往畿，关系到交遗安全。重大交逮事故往往与剁旗距 离太长，紧急制动时发生侧滑等情况有关，因此汽车的制动性是汽车行驶的煎要 保障。分析和改善汽车的制动髓能是汽车设计的蘑要任务，方掰，汽车的澍动 牲熊熬好嚣是走试验部门邋过路嚣划磁试验寒验涯豹，通过不断改变汽车铡动系 统的参数，不断的试验使汽车获得最好的制动性能，而这需要大量的人力、物力， 如果参数搭配不当，可能造成危险程形成人力、钫力静极大浪费，从而加大试验 部门工掺强度；另一方嚣，汽车肇8 动是银复杂的过程，它与汽车总体布置和铡动 系统各参数选择密切相关，按传统的设计方法，只能程汽车设计最后阶段或等样 车试验结束后才会发现萁主要参数与性能怒否这潮要求，荐进行改造，这样不仅 造成擞大浪费，丽旦延误了瑟产晶的开发。 综上所述，为改善设计人员的工作状况，减少设计周期、提高工作结果的直 观德及降低开发成本，有必要在设计裙步阶段靖汽车露4 动毪能、潮动系静关键零 都传进行准确的计算分辑，这可以借助计算虮工具，建立汽车铡劝过瑕数学模型 来进行数字仿真，以模拟实际制动过程。而机械系统动力学自动分析软件，a d a m s 是廉蓣样税分耩应用软件，靥户可酸逶餍该软 牟方萑魂薅虚羧租械系统进行鼯力 学、动力学和运动学分析。利用a d a m sw 以建立糖确的熬车虚拟样机，准确模 拟汽车制渤性熊，同时可以针对特定的要求，轻松设计仿真试验，获得所需的数 据，可节省大量人力和物力”1 。 目前如何在较短的周期内分析和评价汽车制动性也一蛮蹙各汽车公司争稻解 决懿课麓。尽管该系统动力学嵇粪分柝软 串可以实瑗砖汽车翻动瞧能载分辑耪评 价，但是用户要能够熟练的使用和掌握这种专业软件，需要花费大量的时间去学 习，除需要了解和熟悉各项繁琐的命令外，还需对这个软件稽关理论知识有所了 解，这璧工终对一般靛镬爝者露言是缀繁羹豹，扶i l ；辫诋了镬雳效率。针对这一 耀鬟，我嬲可以利爆a d a m s v i e w 摸块掰舆有的援强始翅户弛设计功熊1 2 1 ，根据 用户的需要定制特殊的用户界耐和设计具稳一定功能的应用程序，来模拟设计环 境和完成设计分析过程，也就是通过对a d a m s 的二次开发，开发出一些特定功 麓静模块，壤户可敬盍矮谪用这些模块实臻特定溺麓，然露霹戳减少王 乍量，提 赢工俸效率，鼯低对使翅黉豹要求，缝短开发周凝，降低开发成本聆1 。因此，可 以掇据遴行利动分掇的流程，开发一个实现铡动仿真分析的模块，该制动分析模 第一鬻鳞论 绫主要密各耱菜单，对话莛缝袋，这麓蔡挚帮对话疆豢爱完全按照钢动分瓣靛器 要设置鲍。瑟使用户不了解繁琐粒软 串操彳乍会令，也可通过直接灞鞠攘块麴蔡革 与对话框，完成舀标任务，并且可以根据用户要求自动出匿。该菜块界蕊十分友 好，一般产品设计人员均可直接使用，大大提高了工作效率，降低了对使用脊的 条件要求。在降低丁对使用该软件的露求后，可以将这个功能强大的软件应用 到更广的领域，能够促进该软件在机械等行业的使用，这将在一定程度上假进我 国汽车制造业的设计水平的提高；同时这种对已有软件的二次开发思想，对于促 进形成自主开发能力，同时对其他机械制造、加工产业也将有极大的幂q 用价德。 l 。2 论文磅究酶主要蠹容 论文基予a d m a s v i c w 其有熬蘧户纯浚诗凌戆，_ 囊开发戆汽车铡麓傍褰分季厅 模块，其主要磅究蠹客蠢： 基于a d a m s v i e w 建立憝车的样机模型，并验证分析模型。 利用a d a m s 软件进行的汽车模块化设计方法的研究和探索。理论上， a d m a s v i e w 具有极强的用户化设计功能，可以根据需要定制特殊的用户界戚， 从而用户可以直接调用这些模块实现某些功能。 1 ) 确定模块功能，订制实现汽车制动仿真分析功能的模块； 2 ) 开发制动仿真模块的前处理，其中包括整车模型的参数化，以及创建横块 开发中所需的各类测量函数。 3 ) 制动仿真分柝模块的开发，并添耍对该模块俸必要的后处理，完成糊关稷 廖文赞豹抒包工作。 1 3 研究现状 对汽车动力学两言，国井瓣联究经绣了壶试验磅究裂理论磺究，力学攥黧囊线 性模型到非线性多体系统模型发鼹过稷。在多刚体系统动力学诞生和发髅以后， 八十年代中、后期多刚体动力学软件相继出现，工程技术人员把多刚体动力学用 于汽车领域的研究，在汽车虚拟设计、虚拟分析、虚拟计算、样机控制乃至虎拟 试验等方面取得了长足的发展；如1 9 9 1 年z c i d a 发表的基于计算机辅助设计的车 辆动力学控制多体系统仿真的研究文鼯，v i l l o c g 在1 9 9 8 年开展了用a d a m s 和 x m a t h 一起对车辆动力学系统控制的共同仿真研究”1 。 随着多刚体系统动力学在我豳的发鼹，我国学者开始尝试用多体系绕动力学 蕊方法对剐落系统进行运动学分辑，皴专拣大学的拣逸教授建立7 对汽车猿立悬 絮中豹攀援篱及摆程式悬黎遴嚣窆翔运动分撰豹遽霜诗舅翟彦；霾露夔麓溪终 a d a m s 等多俸软锌静葶| 进，近忍年黧内疯校帮辩磅枧鞫巅用它稻对火车、装簸梳 械和汽车做了相当深入的研究。主要有：j 方车辆研究掰c a e 中心针对碰带车辆 第一章绪论 用a d a m s a t v 建：兢整车模型晒1 ，研究了悬挂装置弹簧特性、减搬器阻尼特性对 车辆振动与冲击动力学静影响，给密_ 车辆行驶平稳性、冲击响应静动力学分析 结聚；北京理工大学车辆与交通工程学院建立了发幼机、液力变矩器、齿轮传动、 离合器的动力学模整，并缎装成动力学传动系统廉叛祥祝，迸彳亍了总体债粪疆l ， 验证了用a d a m s 建模的有效性，取得了很好的仿真效果；华中科技大学的研究 入员用a d a m s 软件建立了国产轿车的搡缀动力学多体彷冀模型，详绍考虑了前 后热架系统、转向系统以及轮胎，并考虑了各种谶接件中的弹性衬套的影响，对 整率稳态、瓣态工况迸章亍了动力学仿真等。 1 3 1 汽车制动分析研究现状 而霞前采用多刚体系统动力学分析较件进行的汽车镧劝性能的分轿研究还不 是报广泛。目前所进行的研究主要集中在这两部分：一方瓣是利用a d a m s c a r 或毳a d a m s v i e w 进行汽车翻葫彷粪研究，以藏漉明汽车翻动瘙耘祥祝仿囊匏一 般过程，但是在进行制动分析的过程中，几乎都没有考虑窄气阻力对汽车制动的 影确，胰丽忿硌了您气阻力豹彳乍瘸。鄄健考虑了空气阻力瓣作焉，氇是缓定在线 性的情况下发生的。如天津汽车研究所对翼利t j 7 1 0 1 u 轿车进行制动分析结果中 睁“，掰褥静汽车潮渤速凄随辩闺楚线往交纯豹，实际上由予空气瓣力静存在，在 制动力和驱动力一定的情况下，车速应该飓非线性变化的；对某履带车辆不同制 动：l ：援下豹往鼹镑粪硪究，必了楚亿翻囊遵程，麓强逛了麴下缓设：裁韵避程中 4 i 考虑空气阻力对车辆速度的影响以及车辆制动时在平直邋路上或线行驶，且只 受运动阻力或蘧瑟瓣蓑力8 j ，又热藤济大学豹李餐蜂在汽车整攀多俸动力学傍 真研究一文中利用a d a m s 对熬车多种性能进行了仿真研究，其中包括了制动 洼魏熬努辑嘲。 另外，目前关于汽车制渤稳定性的国内最新研究主要集中在对a b s 系统的研 究二，郅透过虚援榉掇软件a d a m s 零：l 控铡软静m a t l a b s i m u l i n k 毂联合镑寞对汽 车制动性能的研究。东南大学的研究人员研究了虚拟仪器在汽车a b s 控制和数据 采繁中豹瘟耀，主要瘦周软锌l a b v i e w 对汽车a b s 制动镑道动态特性进行试验 测试；北京理工大举汽车动力性及排放测试国家专业实验嶷开展的汽车制劝防抱 死系绞熬a d a m s s i m u l i n k 联合赞炎研究，就是逶过利用a d a m s 建立汽车a b s 的机械动力学模型，在m a t l a b s i m u l i n k 环境下建立a b s 的控制模型，构成a b s 机电滚一体他联合仿真的动力学控制模型来实现的“；吉林大学的蒋勇在 a d a m s 软件的浏析及其在汽车a b s 系统控制规律研究中的应用一文中利用 f o r t r a n 语言绽到了a d a m s 自定义予程序s f o s u b ，与a d a m s 的栋准库榭连接， 生成可在a d a m s 仿真分析中使用的a b s 模块，安现对制动力矩的控制“”。 第一章绪论 4 1 3 2a d a m s 的模块开发研究现状 传绞兹汽车建壤露傍囊熬方法携是杰不鬻程度黯汽车避行菜秘楚纯懿溥提下 得出的，遮使汽车的许多特性无法精确获得。随着计算机技术的长足进步，特别 是八十年代竣寒这秘蟪况褥到了改变，多体系统动力学学辩的成熟使车袈渤力学 的建模与仿真产生了巨大飞跃，特别是a d a m s 软件的成功应用使虚拟样机技术 脱鬏嚣出，使汽车麴设诗开发产生了本质变纯，大大缩短了开发周期。虽然多体 分析商品化软件能够解决车辆动力学中模型的复杂性和精确性，1 i 其本身成用也 有一些问题。由于将汽车考崽为一复杂的多体系统，与经典方法栩比建模的工作 量明显增加，而且建模者需有较强的力学鬻景知识，加上车辆动力学的各种工况 的复杂性，以及建模中输入变量、输出变掇的复杂性，以及不同模型的变拓扑结 构等闯题，使一般的产品设计人员较难直接应用多俸透露程序进行虚羧样梳模按 来解决实际问题。因此国外的一些汽车公司已在多体商品化软件基础上开发有自 己特色的瘟稼祥税仿真系统，翔福特公司静a d a m s p r e ，氇u z 醇公司豹 a d a m s i s u z u ，大约2 8 个汽车公司拥有猩a d a m s 基础上二次开发的专用仿真 系统，萁用户赛蟊十分友好，一觳产晶设计久员均胃直接餐蔫，大大挺高了仿真 的工作效率。而目前国内在a d a m s 基础上进行的二次开发还很少，仅见有华中 科技太学翻漕华大学铰过擞型轿车搽缀稳定程多工魏鑫动臻粪系绫= 浚秀发靛强 道“。其中主要运用的也是用户子程序的开发“，用户予程序主鼹是利用通用程 序设计语言( f o r t r a n 或c ) 的功舷采定义a d a m s v i e w 不能提供的函数，用户通 过将函数表达式写成子程序的形式并将其与a d a m s v i e w 连接，从而可以达到函 数袭达式所不具宥的通用髓和灵活性；另外出现的些基予a d a m s 的特定焉户 界髓的开发，也仅仅是开发一些替代某一命令的对话框，或者菜单丽已。对于慕 于汽车的仿真分析，还没有针对任何汽车。陡能仿真分析的模块开发“勰，爵前 a d a m s 塾还没有翅子实现汽车割凌分析的模块。狳此之外，当然墩可以开发实现 操纵稳定性等其他汽车性能分析的模块，最终可以将所有的汽车性能仿真分析模 块紧于一体，将极大地方倭和慧化汽车性憝的仿真分析。嬲此，这技术的开发 体系在我国还有极大的发展潜力和空间。所以开展此项研究有重簧的现实意义和 应用价值，对实现妇主开发能力的彤成，劂时对其他机械制造、加工产业也将有 极大的利用价值。 1 4 论文技术路线和实施方案 1 根据已有经验和褶关参数建立整车的c a d 模型( 可黻是基予a d a m s 建模， 也可以通过其它c a d 软 牛建模) 一测试验证模型修改模型细化模型， 依次进行，得到样税模壅。 2 根据所开发模块的制动仿真分析功能，利用后处理模块和熬车模型中的相 第一章绪论 关参数遴嚣二次开发，并为开发豹模块炸必要躲准冬。 3 定制用户界面，将制动仿真分析模块完全与a d a m s 软件结合起来，通过 囊接调用该模块以实现自动仿真，方便用户使用。 根据论文研究的内容确定箕技术路线如图 1 ，图 2 为开发羿面的结构雷： 摆关参数熬参数化i， 确 定汽 模 鸯 模 建测块 剖 块 一 且 试功动开 整验麓分发 车证 及析 后 模模开模处 型 整 发 块理 前开 处发 姻关测量的创建 | 理 检验工艇ii 参数设置 圈1 1 研究路绞 锎动势桥 结构参数i 空气阻力参数i 各力 仿真设置lj 计算结果 仿真 设置 质量 重心赫度 轴距 质心距前 辅距离 空气阻力系数 空气密瀵 避风面积 车速 方向盘转角 藏惹澍动力 比 友右车轮制 动力不等度 图1 2 制动仿真分析模块铸构图 嘲放 设置 直线 铡动 转弯 捌动 侧向位移 侧向加速腋 藏趣角 法向载荷 速度，奇日速度 ，泣穆 侧向位移 侧向加速度 攘摆凳速度 各车轮轮遮 转弯半径 检查模型，部件稀设诗参变量的裰 关髂惑以及修改轮胎、地巍文件 第二章a d a m s 较锌及诗葬方法 第二章a d a m s 软件及计算方法 6 2 王a 矜a m s 概述 a d a m s ，即机械系统动力学自动分析软件( a u t o m a t i cd y n a m i ca n a l y s i so f m e c h a n i c a ls y s t e m s ) ，该软件是美国m d i 公司( m e c h a n i c a ld y n a m i c si n c ) 开发的 嶷拟样规分橱软件。题兹，a d a m s 已经被全世界各行业的数百家主要制造巍采周。 根据1 9 9 9 年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，a d a m s 软件 镑售总额运，k 子万荚元、蠢攥了5 1 懿份额。 a d a m s 软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数 亿的梳械系统几何模蘩，其求解器采用多刚体系统麓力学瑾论中的拉格朗霹方程 方法，建立系统动力学方穰，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析， 输出位移、速度、加速度和反作用力 l f 线。a d a m s 软件的仿真可用于预测机械 系统斡蛙缝、运动藏疆、磁撞捡测、蜂缓载德以及计算蠢黢元的输入载藏等。 a d a m s 方面是虚拟样机分析的威用软件，用户可以运用该软件非常方便地 对虚稼穰攘系统遂行静力学、运溺学移动力学分辑。另一方瑟，又是寝拟徉撬分 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 类型廉叛样枫分析的二次开发工作平台。a d a m s 软件有两种搡作系统的敝本： u n i x 舨和g r m d o w sn t 2 0 0 0 版。 a d a m s 软件内基本模块、扩展模块、接e l 模块、专渡领域模块及工具箱5 类模块组成。瘸户不仅可潋采建遴用模块对一般豹檄缓系绞逶露傍真，嚣置可以 采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。 综上，a d a m s 软彳孚瑟有戳f 尼个特点h “： 1 在多个通用求解器的基础上，提供丰富的样本库和专用模块； 2 实现c a d c 删删a c e 设计的一体化； 3 。提供变体动懑显示于涉检测功能及强大螅后处理功能； 4 根据工程应用实际，提供功能齐全的工程分析与优化设计功能。 2 2a d a m s 的计算方法 2 2 1 广义嫩标的选择 动力学方程的求解速度很大程度上联决予广义垒标静逡择。磷究丽体在惯往 空问中的一般运动时，可以用它的质心标架坐标系确定位置o ”，用质心标架坐标 系相对地面坐标系的方向余弦矩阵确定方位。为了解析地描述方位，必须规定 缀转魏广义坐耘表豢方趣衾弦矩瘁。第一转方法是鼷方向余弦短黪本身抟元豢俸 为转动广义搬标，但是变攫太多，同时还要附加六个约束方程；第二：种方法是用 敬弦角或卡尔登囊作为转动坐标，它静算法麓范，缺点是程遂阉戆中存在毒点， 第：二章a d a m s 软件及计算方法 在奄点位嚣辫近数餐诗算昝易蹬褒溺难；第三嵇方法是羯欧拉参数佟必转动广义 坐标，4 宅的变量不太多，出方内余弦计算欧拉角时不存在奇点。 a d a m s 软件用刚体置的质心笛卡尔坐标和反映刚体方位的欧拉角作为广义 坐标，即g l = 【x ，y ，二，妒，0 ，妒r ，q = ( q ：，q i ，q ：r 。由于采用了不独立的广义壁 梅，系统动力学方程鬣然楚最大数鬃，稔却楚高纛稀疏藕合豹徽分代数方程，逡 鬟予舔筑愆簿懿方法裹效求翳。 2 2 2 动力学方程的建立 a d a m s 中用刚体b 的质心笛卡尔她标和反映刚体方位的欧拉角作为广义坐 标，即孽= i x ，y ，z ，i f ，疗，铲，令r * x ，y ，z 】。，y = 【矿，护，妒r ，譬= f 晨7 ，7 r 。 梅斧臻心参考坐标系与邀嚣坐檬系翊懿臻蠡交换矩终戈： 爿g t = c o s 伊o o s 乒s i n y c o s o s i n c o s s i n g k - s i n ￥z c o s o c o s 痧s i n u s i n 0 s i n 妒 c o s g k c o s q e o s o s i n 矽s i n 沙s i n 多+ e o s 垆, c o s o e o s 妒“c o s 妒s i n o s i n o s i n 痧s i n o c o s 口i c o s o 定义一个欧拉转轴坐烬系，该坐标系的三个零位矢量分嬲为上鳆兰个欧拉转 动轴，因而三个轴并不相互垂赢。该坐标系到构件质心娥标系的坐标变换矩阵为： b =s i n o s i n 口。一c o s o s i n o e o s c t0s i n 0 1 一 c o s o10 l 构件的角速度可以表达为： 印= b 矿 a d a m s 中弓| 入变量眈为角速度在欧拉转轴鍪标系分量： 缱。， 考虑约束方程，a d a m s 剥用带拉格朗日慕予的拉格朗目第一类方程的能量形 式得到如t 方穰，即系统动力学方程： 到a t ( 誊a o 卜塑a q j = 马+ 喜l 嚣 e 2 ， ，j叫智1 j 。 式中t 系缆广义坐标表达的动能； g ，一广义坐标； q ，一猩广义坐标g ，方向静广义力； 最螽一矮涉及约壤方程葶瑟披格鹈基乘子表达式在广义坐标g ，方交瞧 约窳蔽力。 2 2 3 运动学方程的求解卜 日j 第二二牵a d a m s 教释及计算方法 穆式2 ，1 改写成觳形式羹： f ( q ，“，l ；，五，f ) = 0 | g ( 龆，圆= u - - 垂一0( 2 2 ) j ( g ，z ) = 0 式中： 本，甜一广义速度列阵； 一约窳反力及作用力列黪 f 系统动力学微分方程及用户定义的微分方程( 如用于控制的微分 方程、l 完整约束方程) ； 仔一系统动力学微分方程； 毋一搐述约束的代数方程剥阵。 如定义系统的状态矢量y = 豳7 ，雒7 ，舻r ，式2 2 可写成单一镛阵方程： g ( y ，f ) = o ( 2 3 ) 在送行动力学分辑对，a d a m s 采髑嚣耪算法： 提供三种功能强大的变阶、变步长积分求解程睁：g s t i f f 积分器，d s t i f f 积分器帮b d f 积势器来求解稀蘸藕合的 线性微势代数方程，这秘方法逶予摸援 特征值变化范围大的刚性系统。 摊供a b a m 穰分求解程序，采用塑标分离算法来求解独立垒标的徽分方程， 这手中方法适予模拟特征值经历突变的系统或高频系统。 下面简要介绍微分代数方程的求解算法： 爆g e a r 豫售一校蠹三算法可滋鸯效遗浓解式2 , 2 疑示懿微分代数方程。 首先，根据当前时刻的系统状态矢量值，用t a y l o r 级数预估下个时刻系统 的状态矢藿德： = 强+ 警办+ 壶挚n 泣。， 其中：卜对间步长，h = 蕞 一毛。 这种预估算法得到的新的时刻的系统状态矢量值通常不准确，方程2 , 2 右边项 不等予零，霹耄g e a r o l 除积分袋瓣程窿 噬 驶轮胎与地磁间弹性变形与局 部滑穆、地面给轮胎的垂直反 力总是镶蓠一段距离a ，搜地殛 ， f ff 筠j 。i 瓣 圈3 。6 麸动耱受力撩况 反力与垂直负荷形成力偶f a ，它起到阻止运动的作用，称为滚动阻力偶。由图 3 6 可知，欲壤麸动轮滚凄，登绥在车轮中心蕊雄力r ，它与建甏切自菠力只构 成一力偶矩来克服上述滚动阻力偶，即 b 1 r = e - 口故耳l = 只兰 r 令，= 兰，考虑至e = w ，= e ，最需得 乒- = 秽( 3 。l o ) 其中称- 为滚动阻力，f 为滚动阻力系数。 b 纵向摩擦系数( 缎向附着系数) 当车轮土受至鹱动力矩t d 或划动力矩n 擘用时，地嚣将对轮胎在接地点 乍用 有驱动力f d = t d r d 和制动力f e = t b r o ，而这两个纵向力的最大值受轮胎与路面间接 魅摩擦豹隈翻，霹倦递酶矮大缀囊力墨。歪毙予垂囊力 ；，邸墨一= 声妊乏，式 中。称为静摩擦系数，f z 为轮胎上法向反作用。 如果车轮上要传递磁e 。咯大的驱动力矩或稍动力觚，稍轮胎不荐处予缝 滚动状态，车轮驱动时轮胎“打滑”，镑动时则出现轮胎“抱死拖滑”现象，在滑 动过程中所传递的力由滑幼摩擦系数，决定，一般，培小于，k 。 第三章制动分析理论基础 在轮胎传递驱幼力矩或制动力矩时，w 由车 轮羧逸点麓缀自速发( 等予汽车蘩逶速度) v a 与 该点由车轮角速度与半径所决定的向后切向速度 v x 之差来滋舞数上烤猛： 当v a = v x 时，轮胎接地点相对路面线速度为 零，轮骀楚专= 缝滚动状态。 当v a v x 时，轮骆按接地点糕对路藤有一 向前线速度a v = v a v x ，轮胎处于拖滑状态，如图3 7 。 图3 7 把这季申速度差与骤速度的百分数称为级向滑动率是( 戏滑移攀) 。为了都褥到 正值，在定义时要把驱动工况和制渤工况分开考虑。 驱动滑移率丑。表示： ，。：堑塑皂掣翼婆箬蝰宣10 0 。芏五1 0 0 ( 3 11 )4 。4 车轮切向速度v 、 潮凄灞动率丑。表示： 丸：翌墅遵攀黧罂婴燮1 0 0 。k 墨1 0 0 ( 3 1 2 )一“ 浅车行驶速度 。 v 。 2 ) 轮胎侧偏特性 当汽车麴线行驶或受侧风接用孵，车轮中心憋受到一个镁n 岛力f y ，甥盛在地 面上产生地面侧向作用力f v ，由于轮胎具肖侧向弹性，因而轮胎胎面中心线上诸 点a 0 ，a 1 ，a 2 ，a 3 ，a 4 豹连线将发生搬鏊，如图3 ，8 ，随着车轮滚动土述诸点 将落后于a 0 ，a 1 ，a 2 ，a 3 ，a 4 其连线所形成的轨迹a a 线与原中心面和地面交 线c - c 之闻形成夹熊a ，即为侧偏现象，猕为侧德焦，车轮侧偏时即沿a a 线滚 动，显然侧偏角n 的数值与侧向力f y 的大小有关。在实际中侧偏力f y 与侧偏角 之闽可用下式表示： f y = k y 口 ( 3 1 3 ) 式中k y 侧偏剐度，是k y - a 蟪线在a = o 。处的斜率。 侧偏力不是作用在支承的中间，而是偏后一距离。，t 。称为轮胎拖鼷，遗面 侧偏力f y 慕f 。形成一个绕z 轴的力矩互= 鬈1f ，它使转向车轮有趋势回复到直 线行驶位鬣，故称为回正力矩。 其中影响回正力矩的主要因素有： a 垂鱼簸荷w 躐法向及力f z 。w 增大，在同样翻偏力作用下德偏角减小，k y 增大，最大回正力矩t z 也增大。 第三章制动分析理论基础 b 轮胎型式和结构参数。子午线轮胎接地面宽，侧偏刚度比斜交胎高，同样侧 攘受大对固菱力矩大。猿警较，l 、熬轮验，箕轮骀侧镶骥度大。轮黪气匿增热，熟 偏刚度增大，但气压过高，冈0 度不再变化，气压高，接地印迹短，轮胎拖躐也小， 曩燕力矩变小。 c 纵向力f x ( 包括驱动力和制动力) 。以上讨论的是没有地面纵向作用力f x 时 豹竣赡铡偏特性。实际上，在轮胎圭= 常网对搀用侧超力和级向力，试验表明：因 为有纵向力作用时爰消耗部分附着力，因而侧向能剁用的附着力减少，故往一定 侧编焦。f ，驱动力期舞8 动力增加时，侧向力运濒有历减小。 厂 佘r 荐 毽 以 圈3 8 3 ) 轮胎侧偏特性数学模型2 7 1 辕骀侧偏特性慰汽车撵级稳定棼耋、行驶安全性影响很大，丽本身又受诸多因 素的影响，单纯依靠有限工况下的轮胎特性试验，很难对它的变化规律作深入研 究，为此有盛要建立数学模型及避行理论硬究。 一 第三察潮动分辑理论基璐 为了便于分析，建模时作以下假设： 1 胎体憋刚体，把整个轮胎弹性集中于胎面上； 2 轮胎住是出滚动，先不考虑级向力和纵向滑移影响； 3 。籍骚锱镶焦蠢零； 4 印迹与路面闽各点摩擦系数为常数。 根据以上假设可画出轮胎受力示意图， 如图3 9 当轮胎谯侧向力f y 作用下以侧偏角n 自蓑滚动，在印迹嚣蠛焘( x 固) ，建立一个 坐标系，印逑全长2 8 ，在侧自力俸用下，随 着x 的增大，轮胎侧向变形也增大，其印迹 与轮胎中心线成n 角度。 由于研究的参数f y 和回正力矩丁z 与参 数g ，帮钝煮荚，营先： a 确定轮狳灏踅载荷分布 通过试黢知道印，在印迹问鼹不对称的， f 、 吼2 r ( u j f 心 蜮 国o”m 也 4l “ “ 汐并辨 。置- r f ；。 一划 一一 用下式液示 式中l i = x a ，跨国) 是载荷分毒蠲数，它有秀个约震条传 瑟 墨 獭瑚 当o u 2 时，叩 ) 成立 当均布载荷时， 玎 ) 一1 ， 当载穗分毒翔多次函数对 e 吼2 荔 i i i3 。9 拈) 2 4 ( 3 1 4 ) 警 ) = g 十g 移+ q 2 + g 移3 先假设不知分布形式，求其一般液达式，此时，根据z 方向力和力矩平衡条件， 有 出：托施：e ； x q f l x = ；u a 2 q f l u = 互国一) 式， l一法向力f z 与车轮中心线的距离，m 将( 3 1 4 ) 式代入( 3 1 5 ) 中得到 2 a q ：d u = f e 2 口) 习( 材) 幽 ( 3 1 5 ) 一至三差剑垫坌堑堡燕苎型 一2 5 t 鳐兹簪( 群汹= e ( 甜) 展开后可得应 j ：茚森= 2l r 卅( 甜) 砌= 2 ( 1 一舍) = 2 ( 1 既莎= 令 。 蝎 b 求解吼，f y 前面掇到，当轮胎滚渤时印迹侧向交形与磐掰成歪比，澍可假定俪向载荷分 布为 q 。= g x t g a ( 3 ，1 7 ) 式中，c ，为骆嚣攘胶羰侧肉分蠢剐魔，初步认定为常数，单位为( n m ) r a d ， 则侧向力台力及回正力矩 f y = 譬q ，出= 譬g g c c x d x = 毫毋t e g “如= a 2 c y t g a 互2 u d u = 2 a 2 g t g a 瓦= x q ，出= c ，蛳x 2 级= 3 g t g a a 3 = 詈c 3 1 8 稍整，= 2 a 2 e ，代入上式，刘有曩= 蟹。磐g 与试骏结熙对比，当n 较小对，磐口“岱，= 墨g ，茁，即应为侧偏剐度 n l r a d 。 用p 。= 詈代入上式，则t = e q ，砬单位为m 由此可冤d z 即为回正力矩的力臂( 篱称离正力臂) ，献i 磊求褥理论鹃德编雕 建帮醚正力鹫为 c 讨论出现扁部滑移时的f y 和t z 当铡编力f y 窝瓣壤建a 较大辩，试验表明：囊于毽】迹惑部牮，毪，轮胎 撼觋爨部潺移( 驻为摩擦系数) ，其起滑点的位置w 由擘。= 2 - q f i 稳y g 。 由式3 1 4 和3 1 7 可得下式：p g x t g a = 笮0 ) 由于x = a ，上式可改写为： 2 a 。g t g a t 材= t 2 t - 秽( 群) 以及式3 1 9 得 ( 3 。2 0 ) ( 3 2 1 ) 哼 1；，0，；j q 2 缸堡o f f = 巧琅 第j 兰章制动分轿理论基础 式巾甜表不起滑点位置，由此司测得不同侧偏角o ( 或无量纲侧偏率或) 下 戆越潼点垃置群( 藏互4 = 疆群4 ) ，鼗霹整令露迹分必嚣令部分，0 u 鲜罄分受辫 着隧，其侧向力分布符合式3 1 7 规律；群4 u 2 部分，翼侧向力分布为以= f t q z 。 如x 。 2 a ，则表明侧滑发生在印迹内。在a 较大时，总侧向力f y 和回正力矩 t z 出瓶部分组成 b 2 f a 2 c g a 砌十f ? 掣知出 第一部分f y l = f 1 疆：c g a u d u ：5 甜“- 口：e ；。t g a圭_ = “矿g = 等巧。辔球2