ADAMS软件在汽车前悬架-转向系统运动学及动力学分析中的应用.docx

美国 MDI(Mechanical Dynamics Inc) 公司 2001 年中国用户年会论文集 ADAMS软件在汽车前悬架－转向系统 运动学及动力学分析中的应用 尤瑞金 北京吉普汽车有限公司 摘 要 :本文介绍利用国际上著名的 ADAMS 软件对工程上多刚体系统进行运动学和动力学分析的 方法 , 并用这一方法模拟了某货车悬架 -转向系统的运动学及动力学特性 ,研究开发了前、后处理专 用程序，使该软件适用于车辆系 统，并得出了许多具有工程意义的结果。 主题词 ：汽车总布置 －计算机辅助设计县架转向系 一、前 言 汽车悬架和转向的动学及动力学分析是汽车总布置设计、运动校核的重要内容之一， 也是研究平顺性、操纵稳定性等汽车性能的基础。由于汽车前悬架一转向系统是比较复杂的 空间机构，特别是前独立悬架，一般多设计成主销内倾和后倾，并且控制臂轴也大多倾斜布置。这些就给运动学、动力学分析带来较大困难。过去多用简化条件下的图解法一般的分析 计算法进行分析计算。所得的结果误差较大，并且费时费力。近年来，随着计算机技术和计 算方法的不断提高，国外研制了 IMP、ADAMS及 DAMN等很多专用程序，用于车辆运动学及 动力学分析。 本文是在消化吸收引进的 ADAMS软件过程中，结合汽车设计，解决运动学及动力学问 题，从而提高设计质量。 二、 ADAMS软件概述 ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems ，即机械系统动力 学自动化分析软件包）是由美国机械动力公司开发的。由于该软件采用的比较先进的计算方 法，大大地缩短了计算时间， 其精确度也相当高， 因上，被广泛应用于机械设计的各个领域。 1.ADAMS软件功能如下： 一般 ADAMS分析功能如下 : （ 1）可有效地分析三维机构的运动与力。 例如可以利用 ADAMS来模拟作用在轮胎上的垂 直、转向、陀螺效应、牵引与制动、力与力矩；还可应用 ADAMS进行整个车辆或悬架系统道 路操纵性的研究。 2）利用 ADAMS可模拟大位移的系统。 ADAMS很容易处理这种模型的非线性方程，而且可进行线性近似。 3）可分析运动学静定（对于非完整的束或速度约束一般情况的零自由度）系统。 4）对于一个或多外自由度机构 ，ADAMS可完成某一时间上的静力学分析或某一时间间隔内的静力学分析。 -229- 美国 MDI(Mechanical Dynamics Inc) 公司 2001 年中国用户年会论文集 （ 5）有线性系统模态分析、力输入运动以及模拟控制系统的能力。 2.ADAMS分析原理 ADAMS 采用了两种直角坐标系： 总体坐标系和局部坐标系， 它们之间通过关联矩阵 相互转换。 总体坐标系是固定坐标系，它不随任何机构的运动而运动。它是用来确定构件的位移、速度、加速度等的参考系。 局部坐标系因定在构件上，随构件一起运动。构件在空间内运动时，共运动的线物理量（如线位移、线速度、线加速度等）和角物理量（如角速度、角位移、角加速度）都可由局部坐标系相对于总体坐标系移动、转动时的相应物理量确定。而约束方程表达式均由相连接的两构件的局部坐标系的坐标描述。 机构的自由度（ DOF=6（构件总数－ 1）－约束总数）是机构所具有的可能的独立运动状态的数目。在 ADAMS软件中，机构的自由度决定了该机构的分析类型：运动学分析或动力学分析。 当 DOF=0时，地机构进行运动学分析，即仅考虑系统的运动规律，而不考虑产生运动的外力。在运动学分析中，当某些构件的运动状态确定后，其余构件的位移、速度和加速度随 时间变化的规律， 不是根据牛顿定律来确定的， 而是完全由机构内构件间的约束关系来确定，是通过位移的非线性代数方程与速度、加速度的线性代数方程迭代运算解出。 当 DOF>0时，对机构进行动力学分析，即分析其运动是由于保守力和非保守力的作用而引起的，并要求构件运动不仅满足约束要求，而且要满足给定的运动规律。它又包括静力学分析、准静力学分析和瞬态动力学分析。动力学的运动方程就是机构中运动的拉格朗日乘子微分方程和约束方程组成的方程组。 当 DOF<0时，属于超静定问题， ADAMS无法解决。 3.ADAMS工程流程 ADAMS 的整个计算过程（指从数据的输入到结果的输出，不包括前、后处理功能模块。 ） 可以分成以下几个部分： 1）数据的输入； （2）数据的检查；（ 3）机构的装配及过约束的消除 ; （ 4）运运方程的自动形成；（ 5）积分迭代运算过程； （ 6）运算过程中的错误检查和信息输出； 7）结果的输出。 ADAMS 工作流程如图 1。 三、汽车前悬架 - 转向机构的运动学及动力学分析 机构也称机械系统，它是由相互可以相对运动的刚体通过副或约束联接形成