ADAMS_32t卡车转向机构的运动学仿真.doc

32t卡车转向机构的运动学仿真摘 要：汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。汽车转向系统和制动系统都是汽车安全必须要重视的两个系统。 本文利用虚拟样机技术在ADAMS/View软件环境下建立了32t卡车的转向机构的多体运动学计算模型, 研究影响转向性能的主要设计参数点。并进行了运动学仿真分析研究，优化设计出了内、外侧车轮的偏转角度随时间的变化规律并使其基本满足理想的转向轮偏转角之间的关系-阿克曼定理。通过对这个课题的研究，将转向误差降低至最低，对提高整车主动安全性、减轻驾驶员负担有很大的实用价值。关键词：虚拟样机技术；转向机构；仿真；优化设计；转向误差0 引言 传统的汽车设计模式是先进行汽车零部件的设计, 然后将零部件组装成物理样机, 再进行试验研究。这种设计方法由于设计周期长, 成本高, 成功率低,已经逐渐被虚拟样机技术所取代。虚拟样机技术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(指在某单一系统中零部件的CAD 和FEA 技术)揉合在一起, 利用计算机建立产品的整体模型, 并针对其在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3。 当今汽车工业的发达国家对虚拟样机技术的研究已经取得了显著的成果, 所开发的软件如ADAMS、DADS、NEWEUL 等都为汽车设计水平的提高提供了有力的手段。本文借助于多体动力学软件ADAMS/View建立了一种32t重卡汽车的转向机构的多体系统运动学模型, 从运动学角度对其进行了优化设计分析。1 转向机构的运动学仿真分析 本文所述的卡车转向机构的结构组成（如图1所示）,如何设计汽车的转向特性，使汽车具有良好的操纵性能，从而在一定程度上改善了整车的转向性能是本文的关键。 图 11.1 建立虚拟样机模型汽车设计中的虚拟样机技术是以多体系统动力学为理论基础的，基于多体系统动力学理论, 利用机械系统动力学仿真软件ADAMS/View, 按照ADAMS建立模型的要求,建立了该型卡车的转向机构的几何模型，如图。（1） 创建设计点图 2（2）构建模型 图31.2 仿真分析卡车转向机构的运动学特性在使用中首先反映在内外侧车轮转角的变化趋势上。为了使得仿真分析结果客观真实和具有可信度,首先要对所构建的模型进行在实际操作过程中的动作的测试。生成一个传感器检测内角达到最大转角时的状态，检测到达到最大转角40 时，传感器能否会自动停止仿真。1.2.1 转向机构模型的测试 首先测试机构内外角的变化曲线： 图4 内角角度测量图 图5 外角角度测量图 再测量外侧车轮转角偏差，得到外轮转角偏差的曲线图（如图5所示），借助于函数编辑器提供的基本函数，编辑外轮转角偏差的函数表达式为：abs(ATAN(TAN(abs(.MODEL_1.MEA_ANGLE_1)*PI/180)*3650/(3650+2376*TAN(abs(.MODEL_1.MEA_ANGLE_1)*PI/180 )-abs(.MODEL_1.MEA_ANGLE_1_2*pi/180)*180/pi运行后：图 6 图7 外轮转角偏差图2 优化设计及结果分析2.1将设计点参数化 图82.1.1灵敏度分析 灵敏度报告如图：图 9 表一2.1.2 确定目标函数约束条件 在整个优化模拟设置中，拟定最大的内轮转向角为40 ，确定每个不同的设计参数的可能值，通过优化车轮的外轮转角偏差来达到优化车辆转向性能的目的。设计目标函数为： 式中：是理想外轮转角，完全满足阿克曼转向关系 是实际外轮转角理想的阿克曼转向关系为：式中是内轮转角；K为两主销中心线延长线到地面交点之间的距离；L为汽车轴距。2.2 优化设计结果分析利用ADAMS内嵌的优化设计模块ADAMS/Insight对转向机构进行200组的结构优化仿真试验，得到如下表二结果。优化前后的目标函数的曲线如图7，其中实线是优化前的曲线，虚线是优化后的曲线。Adams/Insight 运行结果：图 9表二 优化设计前后的设计变量及目标函数值设计变量DV_2DV_3DV_4DV_5优化前810-450870-370优化后821.946-441.779925.019-367.456 图10 目标函数的曲线对比图3 结束语本文利用ADAMS 软件建立了32t重卡汽车的转向机构的运动学分析模型。对它的转向运动进行优化设计分析，结果形象直观， 仿真效果良好， 为同类机构的设计提供了一种方便而且使用的分析方法。不足之处在于：本文得到的优化设计方案是基于运动学分析的基础上的，而转向机构的强度和刚度等性能应该还有待于进一步采用其他方法(比如有限元分析)进行分析验证4。参考文献：1 李军,邢俊文. ADAMS 实例教程M . 北京:北京理工大学出版社, 2002.2 李增刚. ADAMS入门详解与实例M . 北京:国防工业出版社, 2006.43 赵韩,钱德猛 ,魏映. 基于ADAMS的车辆空气悬架-转向机构的运