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基于 UGADAMS 汽车 悬架 三维 建模 分析

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内容简介：

基 于 P r o E与 ADAMS的汽车悬架仿 真分析 朱 学 文 ， 詹 建军 ， 何 小新 ( 武 汉 大学 ， 湖北 武 汉 4 3 0 0 7 2 ) Ki n e ma t i c An a l y s i s o f S u s p e n s i o n B a s e d o n Pr o E a n d ADAMS Z HU Xu ewe n Z HAN J i a nj u n HE Xi a ox i n ( W uha n Uni ve r s i t y， W uh an 43 00 72， Ch i n a ) 摘 要 ： 利 用 P r o E与 AD AMS建 立汽 车 悬 架 的 三 维模 型 ， 进行 运 动 仿 真 ， 并在 此基 础 上 ， 分 析 了在 车轮 上跳 和 回落过 程 中前 束 角 的 变化 情 况 ， 利 用 结 果数据 进行 绘 图。为 悬 架的设 计 开发提 供 了依据 。 关键 词 ： 悬 架 ； P r o E； ADAMS 中 图分类 号 ： TK4 ； T P 3 9 文献标 识 码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 1 2 2 5 7 ( 2 0 0 5 ) 0 80 0 7 00 2 Ab s t r a c t ： Th e t he s i s b ui l d t he s u s p e ns i o n mod e l of c a r i n Pr o E s o f t war e a n d ADA M S s o f t wa r e t he n ki ne ma t i c a l l y a n a l yz e t he m o de l i n ADAM S s o f t wa r e U s i ng t h e e x pe r i m e n t r e s u l t pl o t t he c h a r t o f di s pl a c e me nt o f whe e l a n d t he c ha r t of t oe a n gl e o f whe e 1 Us i n g ADA M S s of t wa r e c a n s i g ni f i c a nt l y r e d uc e pr od uc t d e v e l o pme nt c yc l e s Ke y wo r d s ： s u s p e n s i o n； P r o E；ADAMS 0 引 言 悬 架 的运 动学 及 动力 学 分 析 是 汽 车布 置 设计 、 运 动校 核 的重要 内容 之一 ， 也 是研究 汽 车平顺 性 、 操 纵稳 定性 等 汽 车性 能 的 。汽车前 束 角是 汽 车纵 向 中心平 面 与 车 轮 中心 平 面 和地 面 的 交 线 之 间 的 夹 角 。在 车轮 上下 跳 动过 程 中 ， 前 束不 变 ， 这 比在汽 车 静 止时 有一 个正 确 的前 束 更 为重要 。 车轮上 跳及 下 落时 的前束 变化 对 车 辆 的行 驶 稳 定 性 、 车 辆 的稳 态 响应特 性有 很 大影 响 ， 是 汽 车悬 架 的重 要 设 计 参 数 之一 。为 此 在 以 P TC公 司 的 三 维 建模 软 件 P r o E 和 MS C公 司 的动力 学仿 真 软 件 ADAMS相 结 合 的 基础 上 ， 对悬 架 系 统 进 行 了运 动 仿 真分 析 。分 析 了 在 车轮上 下跳 动 5 0 mm 垂 直行 程 中 ， 车 轮前 束 角 的 收稿 日期 ： 2 0 0 5 一O 33 O 7 0 变化 情况 。 1 三 维建模 在 P r o E 与 ADAMS中建 立 汽 车 悬 架 的 三 维 模型 ， 建 模步 骤如 图 1所示 。 图 l建 模 步 骤 a 在 P r o E 中建 立 各 零 件 三 维 模 型 图 。此 时 注意 建 立 模 型 单 位 设 置 应 为 “ MKS ”( me t e r k i l o g r a m s e c o n d ) ， 同样 在 创 建 装 配 图 时 也 要 注 意 此 问 题 ， 因 为把 实 体 模 型 转化 到 AD AMS软 件 中 时 ， 只 能辨 认 这种单 位设 置 ， 设置 成 其它 单 位时会 出错 。 b 建 立 悬 架 的 装 配 图 。创 建 完 各 个 主 要 零 件 后 ， 把 各 个零 件 组装 成装 配 图 。建 立 装 配 图 时 需考 虑 到各个 构 件运动 的初 始 位 置 ， 在 最 开 始装 配 时就 设置 成构 件运 动 的初 始位 置 ， 以减 少 以后 的调 整 。 C 在 P r o E 中 建 立 M P r o环 境 并 定 义 刚 体 。 装 配完成 后 ， 利用 P r o E和 AD AMS软 件 的接 口程 序 M P r o来 生 成 AD AMS可 以 渎取 的 文 件 ， 这 是 保证 2 个 软 件无缝 连 接 的关 键 。安装 好 M P r o后 ， 在 P r o E程 序 中 ， 会 出现 M P r o的级 联 菜 单 ， 利用 此菜单 ， 可 以指定 机构 的各 个 刚体 ， 建 立 刚体之 间 的 基本 约束 和一 些参 考 坐标 系 ， 建立 完成 后 ， 利用 该接 口程序可 以直接把 实体模 型存 成可 以在 AI ) AMS 读取 的文 件格 式 。 d 导 人 ADAMS并 添 加 必 要 的 约 束 和 驱 动 。 机 械 与申 子 ；) 2 0 0 5 ( 8 ) 维普资讯 把三 维模 型导 人 AD AMS后 ， 利用 AD AMS提 供 的 建模 工 具 ， 对模 型进 行进 一 步的 完善 ， 添加 必要 的驱 动和 约 束 ， 使模 型 所必需 的元 素完 备 。 e 仿 真 模 型并 修 改 。在 AD AMS中 进行 仿 真 ， 并与 试验 结 果 进 行 比较 ， 如 果 不 一 致 ， 则 回到 前 面 的步 骤对 参数 进行 修 改 ， 直 到虚 拟 样 机 的仿 真结 果 与试 验结果 趋 于 一致 。在 整 个过 程 中 ， 需 要对 建 立 模 型 等前续 工 作进 行不 断 地 修 改 和完 善 ， 才 能生 成 所要 求 的悬 架 模型 。 2 运动仿真及 分析 接下来 就是 在 ADAMS程 序 中进行 运 动 仿 真 。 在 AD AMS中导 人利 用 M P r o创 建 的 ADA MS文 件后 ， 其 中基 本 的 约 束 都 已 经 创 建 完 成 。 在 AD AMS中需要 进一 步完 善约 束类 型 ， 例 如在 AD AMS 中地 面刚体 。然后 设定 驱 动 的类 型 以及 位 置 ， 在 此 系统中， 在车轮 中心点 处施加 一个 y方 向的点 驱 动 ， 作 用 于 转 向 节 一 车 轮 中 心 。 至 此 ， 就 可 以利 用 ADA MS来 进行 运动 的仿 真 了 。利用 A DAMS中的 仿 真结 果后 处 理 ， 可 以创 建 仿 真 结 果 的 数 据 曲线 。 车轮 中心离 地 面 高度 随 时 间 的 变 化 曲 线 如 图 2所 示 。它 是一段 正 弦曲线 ， 与 所添 加在 转 向节一 车 轮 中 l ， l r l I l l l h e 1 e i g h l 图 2车轮位移测量 曲线 心 的 驱动 函数完 全相 符 ， 即 Di s p l a c e m e nt ( t i m e )一 50 s i n( 36 0 d*t i me ) 车 轮前 束角 随时 间变 化 曲线 如图 3所示 。从 图 3中 可以看 出在 车轮 上跳 和 回落 过程 中 ， 车 轮前束 I I I X 、 l 、 ， I 、 l I I 一T o e A n g 1 e I 图 3 车 轮前 束角 曲线 机 械 与 电子 ) 2 0 0 5 ( 8 ) 角 的最 大 值 为 3 5 。 。 而 设 计 时 ， 对 于 汽 车 前 轮 ， 车 轮上 跳 时 的前束 值 多设计 成零 至 负前束 的变化 。设 计值 取 在零 附近 是 为 了控 制直 线时 由路 面 的 凸凹 引 起 的前 束变化 ， 确保 良好 的直线 稳 定性 。另 外 ， 取弱 负前束变化是为了使车辆获得弱 的不足转 向特性 ， 以使装载质量变化引起车高变化时也能保持不足转 向。 车 轮前 束角 随车 轮上 跳行 程 的 变 化 曲线 如 图 4 所示 。过 零 点虚 直线 是前 束角 随上 跳行 程 的理 想变 j ： F 0 E n g 1 e l V h E e 1 H e 1 i ；h 1 l _ ： r 一 ， 一 一 一 ， 一 ，一 ， 图 4前 束 角 随 车 轮 上 跳 行 程 变 化 曲 线 化 。但受 悬架 、 转 向结 构形 式所 限 ， 实际 呈 曲线 变化 为 多 。前 束角 变化 的较 理 想 设 计 特性 值 是 ： 前 轮 上 跳 时 ， 为零 至 负前 束 ( 一0 5 。 s o mm) ， 后 轮 上 跳 时 ， 正 前 束 ( 0 3 。 1 s o mm) 。最 近发 展 趋 势 多 取 零 。所 以如 图 4所示 前束 角 还 不 够 理 想 ， 还 可 以对 悬 架 结 构 继续 改 进 ， 以使悬 架结 构更 加合 理 。 3 结 束语 对 利 用 P r o E与 AD AMS软 件 建 立 的 汽 车 悬 架 三维 模 型 ， 通 过运 动学 仿真 分析 得 知 ， 仿 真 数据 与 现 实试 验结 果 有一 致 的 变化 趋 势 ， 这 说 明 所 建 立悬 架运 动 学模 型 已达 到 一定 精 确 度 ， 可 为 悬 架 的设 计 开发 提供 依据 。 当然 ， 使 用 该模 型进 行 仿 真不 可避 免地 存 在 一 定 的误 差 ， 但 总 的 来 说 ， 用 ADA MS分 析悬 架 运动 学及 动力 学还 是 比较 方便 和精 确 的 。 参考 文 献 ： 1 汽车工程手 册编辑 委员会 汽车工 程手 册 M 北 京 ： 人 民交 通 出 版 社 ， 2 0 0 1 E 2 黄圣杰 张益三 洪立 群 P r o E高级开 发实 例 M 北 京 ： 电 子 工 业 出版 社 2