admas双横臂建模全过程完整版

基于虚拟样机技术电动汽车悬架性能研究XXXX150XXXXX85（西安建筑科技大学机电工程学院，陕西西安 710055）摘要：汽车前悬架系统部件之间的运动关系十分复杂, 对整车操纵稳定性和平顺性有举足轻重的作用。

本文使用ADAMS对汽车的双横臂式前独立悬架系统进行了三维建模和组装，利用虚拟样机这种方式，对汽车横向平面的倾斜角和下横臂轴水平斜置角等参数设计为设计变量，通过优化这些设计变量以达到优化前悬架的目的这些结果对汽车前悬架后续的改进设计有重大的指导意义。

关键词：汽车前悬架；虚拟样机：设计变量；ADAMS1.引言现代社会便捷交通发展的同时，全球汽车数量快速增长，与此同时也导致环境污染问题日益突显[1]。

汽车的乘坐舒适性以及操纵稳定性，不仅会对乘坐人员的舒适性、疲劳程度以及乘员的人身安全造成严重影响，而且也会影响汽车耗油量以及交通的安全性[2]。

因此汽车的乘坐舒适性以及操纵稳定性已经成为各个汽车生产厂商在激烈的汽车市场中参与竞争所必须考虑的两个非常重要的性能了[3]。

所以，对于整车进行操纵稳定性以及平顺性[4]的优化分析，已经成为汽车设计过程中的所要完成的一件重要而艰巨的任务[5]。

本文本文使用ADAMS对汽车的双横臂式前独立悬架系统进行了三维建模和组装，为了使改装后汽车悬架的各项性能参数得到优化以实现车身和悬架相互匹配，从而改善汽车的操纵稳定性，提高行驶平顺性行驶性能，对设计采用传统汽车悬挂系统的电动汽车有一定的参考价值。

2.虚拟样机技术2.1虚拟样机技术的基本概念虚拟样机技术[6]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)糅合在一起，在计算机上创建出产品的整体模型，并针对该产品在投入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。

它是从分析解决产品整体性能及相关问题的角度出发，解决传统设计与制造过程弊端的高新技术。

基于adams汽车悬挂转向系统仿真与优化第一章引言Adams/Car模块简介：Adams/car模块是MSC公司与Audi，BMW等汽车公司合作开发的轿车设计模块，它能够快速建立高精度的车辆子系统模型和整车模型，它可通过高速动画直观的在线各个工况下车辆运动学和动力学相应，并与操纵稳定性，，制动性，平顺性有关的性能参数。

Adams/car的一个主要特点是基于模版。

建立模版即定义部件，部件之间的连接以及其他模版和试验台如何交换信息。

其中后者则是基于模版的产品所特有的。

Adams/car的共享数据库里提供了包括各种悬架，转向系，动力总成以及车身的模版，因此用户在建模时，无需从零开始，可调用已有的模版进行调整，从而大大简化建模过程。

如果在用户所要求的悬架模型或其他模型adams/car没有提供模版，这时就需用户在“template builder”中自行创建。

第二章正文2.1 悬架简介悬架是连接车轮与车架的弹性传力装置,它与汽车的操纵稳定性、平顺性及安全性等性能均有关。

悬架运动学主要研究内容是车轮定位参数与悬架变形量(或车轮跳动量) 的关系,随着各种形式的独立悬架的出现和应用,车轮定位参数在行驶过程中所引起的运动学变化对汽车操纵稳定性有着很大的影响。

双横臂悬架作为目前应用最广泛的独立悬架之一,其主要优点是:运动规律可以设计,对前轮定位参数的变化和侧倾中心位置的变化设定自由度较大,如果能适当地选择设计参数,可以使车辆得到很好的操纵性和平顺性。

本文针对某轿车行驶过程中所产生的过多转向问题,针对双横臂悬架的特性,利用ADAMS 软件对其进行建模分析,并根据仿真分析的结果确定优化目标对悬架运动学性能进行优化。

图2.2 基于双横臂前悬架子系统仿真2.2创建悬挂与转向系统轿车前后悬架为双横臂悬架。

主要结构由上下控制臂、转向节、转向横拉杆和减震器等组成。

其前悬架下控制臂为柔性体，如图 1 所示；而后悬架全部为刚体。

在建立悬架时，由于悬架左右是对称的，所以ADAMS/Car 中只需建立一侧的模型，另一侧会自动生成。

的 ］ 。
１ 双 横 臂独 立悬 架仿 真模 型 的建 立 悬 架 的 建模 主 要 是 在 ＡＤＡＭＳ ／ Ｃ ａ ｒ 模 块 中完 成
图 １ 双 横 臂 独 立前 悬 架模 型
的， 为 了建模 的方便 ， 应 对 前悬 架系统 进行 适 当简化 和 假设＿ ５ ］ ： ① 悬架 中 除橡 胶 元件 和 弹性元 件外 ， 所有 零部 件 都认 为 是刚体 ， 同时 零 部 件 之 间 的所 有 连 接 都 简化 为铰接 ， 内部 间隙不 计 ； ② 认 为左 、 右两 侧 非 悬挂 质 量 系统相 同 ， 关 于赛车 纵 向 中分面对 称 ； ③车轮 上下 跳动 时， 假 设 车身相 对 于地 面是 静止 的 ， 即没有上 下位 移 。 从 机 械实物 或者 Ｃ ＡＤ软 件 中获取 硬 点 的 空 间坐 标， 给 机械 系统 建立 运 动 部 件 、 施 加 相应 的约 束 ， 并 定 义模 型 中的相关 部件 、 弹 性元 件 、 铰 链及 相应 的外界 条 件， 从 而建立 起 机械 系统 的运 动学 模型 ， 如图 １ 所示 。
一
１ ． ６６ ６ ３ 。 ～ 一 ０． ５ ７ ８ ６ 。 。
基 于 ＡＤＡＭＳ的 Ｆ Ｓ ＡＥ赛 车双 横 臂 悬 架 的仿 真优 化
柳 威 ，师 忠 秀 ，于 渊 ，王甜 甜
（ 青 岛大 学 ， 山东 青岛 ２ ６ ６ ０ ７ １ ）
摘 要 ：在 ＡＤ ＡＭＳ ／ Ｃ ａ ｒ 模 块 中建 立 Ｆ Ｓ ＡＥ赛 车双 横 臂 悬 架 模 型 ，对 模 型 进 行 运 动 学 仿真 ，分 析 仿 真结 果 ，确
运 动学性能得到改善。
关 键 词 ：Ｆ Ｓ ＡＥ赛 车 ；ＡＤ ＡＭＳ ）双 横 臂 独 立 悬 架 ；建 模 仿 真 ； 优 化 分 析

基于ADAMS的双横臂悬架优化设计李胜琴;赵立;杨春博【摘要】根据某汽车双横臂前悬架硬点坐标等参数，应用ADAMS/Car建立该悬架虚拟样机模型，并对悬架系统进行车轮跳动仿真分析，模拟车轮跳动对双横臂悬架前轮定位参数的影响，得出相应参数的变化规律曲线。

根据仿真试验结果和相关参数的设计要求，对该悬架的部分硬点位置及悬架特性参数进行优化，使悬架的综合性能达到最佳。

结果表明，所做的优化设计有效，改善了悬架系统的运动学特性。

%Based on given parameter values ,such as the hardpoint coordinates ,the double wishbone front suspension model was built through the ADAMS/Car software in this paper .The dynamics of simulation analysis on the model is done by means of w heel run-out ,in order to get corresponding pa-rameter variation curve ,we simulate its impact on front wheel alignment parameter .To achieve the best performance on the suspension ,the hard point location of the suspension and parameters need to be optimized according to the simulation results and the design requirements of the relevant parame-ters .The results show that the optimization was done correctly and effectively on improving the kine-matic characteristics of the suspension system .【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】4页(P89-92)【关键词】双横臂悬架;ADAMS/Car;仿真;优化【作者】李胜琴;赵立;杨春博【作者单位】东北林业大学交通学院哈尔滨 150040;东北林业大学交通学院哈尔滨 150040;东北林业大学交通学院哈尔滨 150040【正文语种】中文【中图分类】U463.5基于多体动力学理论的虚拟样机技术可在各种虚拟环境中模拟产品整体的运动及受力情况等，对多种设计方案进行快速分析，ADAMS软件就是虚拟样机技术的典型代表，其Car模块是一种基于模板建模和仿真的工具．由于集成了专家们在汽车设计、开发等方面的经验，故利用它可在很大程度上简化建模的步骤、加快建模速度并且提高仿真分析效率［1］．本文将运用 ADAMS／Car模块建立某汽车双横臂前悬架模型并进行仿真分析，根据相应参数的变化范围和趋势，通过修改硬点坐标，使该悬架的各定位参数的变化达到要求，进而改善悬架的性能．1 悬架模型分析及建立ADAMS／Car模块采用的建模顺序是先根据硬点坐标建立模板，不同的模板组成子系统，最后由子系统生成模型．在利用ADAMS／Car进行建模时，首先将物理模型简化，即根据物理模型中各零件之间的相对运动关系，定义出各零件的拓扑结构，之后只需建立左边或右边的1／2悬架模型，另一半将会根据对称性自动生成［2］，双横臂前悬架初始硬点坐标见表1．表1 双横臂悬架初始硬点坐标序号 ADMAS hardpoint name 三维坐标1 drive＿shaft＿inr 750，－200，550 2 lca＿front 636，－373，464 3 lca＿outer625，－736，424 4 lca＿rear 946，－338，464 5 lwr＿strut＿mount 629，－617，439 6 subframe＿front －74，－494，552 7 subframe＿rear 991，－253，434 8 tierod＿inner 781，－400，562 9 tierod＿outer 780，－676，562 10 top＿mount 616，－513，1129 11 uca＿front 495，－508，979 12 uca＿outer 661，－713，962 13 uca＿rear 696，－518，964 14 wheel＿center 638，－770，564双横臂前悬架主要由上横臂、下横臂、主销、转向节、转向横拉杆和减振器等组成．上横臂与主销之间通过旋转副连接，在运用ADAMS／Car建立模板时，将上横臂定义为一个部件，使其成为一个整体（实际上在建模过程中部件的几何形体并不影响仿真结果，但在实际的分析中部件的几何形体的形状却能引发运动干涉）；把主销与转向节定义为一个整体，使其具有相同的运动形式；上控制臂和下控制臂与副车架（在建立模板时，将副车架视为固定的）之间通过旋转副进行连接，主销与下横臂之间通过万向副进行连接［3］．根据初始硬点坐标建立的模型图见图1．图1 双横臂前悬架模型2 双横臂悬架的仿真分析在对所建好的悬架模型进行仿真分析前，应先对该悬架轮胎自由半径、轮胎垂向刚度、质心高度、簧上质量和轴距等相关仿真参数进行设定，具体设定参数见图2．图2 悬架参数参数设定对话框在ADAMS／Car模块中，系统提供了很多的仿真类型以供用户的选择，对于悬架而言，其典型的分析工况有双轮同向激振仿真试验（parallel wheel travel）、双轮反向激振仿真试验（opposite wheel travel）、单轮激振仿真试验（single wheel travel）等．本文拟取外倾角、前束角、后倾角的变化范围和变化趋势，选择双轮同向激振仿真试验和双轮反向激振仿真试验进行分析和优化［4］．1）外倾角外倾角是重要的定位参数之一．外倾角过小，将不足以抵消当汽车满载时轮胎的内倾角度，从而无法最大的发挥外倾角的作用，轮胎将会产生不同程度的偏磨损；外倾角过大，轮胎也会产生偏磨损．一般认为外倾角变化范围在－2°～0．5°较为适宜［5］．图3为外倾角变化曲线．由图3可知，车轮同向跳动时，悬架外倾角曲线变化范围为－1．9°～1．1°，不符合要求；车轮反向跳动时，外倾角变化范围为－1．80°～1．1°，基本符合上述要求，但应需进一步予以优化．图3 外倾角在2种工况下仿真曲线2）前束角前束角的主要作用是抵消外倾角带来的副作用，若前束角变化过大将会使轮胎的磨损加剧，故希望前束角变化应尽可能小，较适宜的前束角变化幅度为0°～0．5°．图4为前束角变化曲线．车轮同向跳动时的变化范围为－2．25°～1．36°，变化幅度较大，不符合要求，需要进行优化；车轮反向跳动时，前束角变化范围为－3．78°～3．42°，幅度为0．36°，基本符合要求，但需进一步优化［6］．图4 前束角在2种工况下仿真曲线3）后倾角后倾角过小将不能产生合适的稳定力矩，过大又会使驾驶员施加的力增大，一般认为合理的主销后倾角为2°～3°．由图5可知该双横臂悬架主销后倾角的变化范围在同向车轮跳动时为2．45°～3．72°；在车轮反向跳动时为2．30°～3．55°，角度均偏大，不符合要求．图5 后倾角在两种工况下仿真曲线3 双横臂前悬架优化设计硬点坐标的变化会改变悬架中各个零件之间的相对位置，继而影响悬架的性能，故将对各硬点坐标进行反复的修改，再对修改后的模型进行仿真分析，以得出修改后各定位参数的变化范围和变化趋势，如不符合要求，则继续对硬点参数进行修改，再次进行分析．经反复修改后，从中选出使得定位参数最符合要求的一组硬点标．在ADAMS／Insight模块中，选取麦弗逊式悬架系统的9个关键点作为设计变量，对包括下控制臂前支点（lca＿innr＿fr），下控制臂外支点（lca＿otr），转向横拉杆内支点（tierod＿innr），转向横拉杆外支点（tierod＿otr）等4个硬点的12个坐标值进行优化分析［7］．优化前后双横臂悬架系统各主要硬点的空间坐标参数对比见表2．表2 双横臂悬架硬点坐标优化前后对比ADMAS hardpoint name 三维坐标优化前优化后lca＿front 636，－373，464 650，400，470 lca＿outer 625，－736，424 630，－750，430 lca＿rear 946，－338，464 940，－330，460 tierod＿inner 781，－400，562 775，－405，560 tierod＿outer 780，－676，562 775，－670，560 uca＿front 495，－508，979 495，－508，980 uca＿outer 661，－713，962 661，－713，1000优化前后的定位参数变化总结对比如下．1）外倾角优化结果对比外倾角优化前后对比见图6．由图6可知，经优化后，在车轮同向跳动时，外倾角的变化范围由原来的－1．9°～1．1°变为现在的－0．55°～0°；在车轮反向跳动时，其变化范围由原来的－1．80°～1．1°变为了－0．55°～0°，均符合了要求，达到了优化的目的．图6 外倾角优化前后对比曲线2）前束角优化结果对比前束角优化前后对比见图7．由图7可知，车轮同向跳动时，前束角变化范围由原来－2．25°～1．36°变为现在的更接近0°；车轮反向跳动时，前束角变化范围由原来的－2．3°～1．5°，变为现在的－1．6°～0．6°，符合设计要求，达到了优化的目的．图7 前束角优化前后对比曲线3）后倾角优化结果对比后倾角优化前后对比见图8．由图8可知，经优化后，在车轮同向跳动工况下，后倾角的变化范围由原来的2．30°～3．55°变为2．9°～3．05°；在车轮反向跳动工况下，后倾角的变化范围由原来的3．4°～3．8°变为了现在的2．9°～3．05°，变化更为平缓，达到了优化的目的．图8 后倾角优化前后对比曲线4 结束语本文运用ADAMS／Car模块对双横臂前悬架进行建模，模型正确建立后，对该悬架进行仿真分析，以得出车轮定位参数随车轮跳动时的变化范围和趋势，从而对该双横臂悬架的性能进行分析和评价，评价结束后，以优化悬架性能为目标，通过改变相应硬点坐标的数值，经多次仿真分析，找出使相应定位参数的变化范围和趋势最佳的一组硬点坐标数值，完成优化．优化结果表明，各个定位参数的变化范围更为合理，使得该悬架的性能得到了改善．需说明的是，本论文只进行了仿真分析，并没有对优化结果进行试验验证，在后续的研究中需结合试验做进一步优化．参考文献［1］陈家瑞．汽车构造［M］．下册．北京：人民交通出版社，2001．［2］郑凯，胡仁喜，陈鹿民．ADAMS2005机械设计高级应用实例［M］．北京：机械工业出版社，2006．［3］李军．ADAMS实例教程［M］．北京：北京理工大学出版社，2002．［4］MOTOVAMA K，YAMANAKA T．A study of suspension design using optimization and DOE［D］．Mechanical Dynamics，Ine．International ADAMS User Conference，2000．［5］余志生．汽车理论．北京：机械工业出版社，2009．［6］吴镇，吴庆鸣，孙国正．运用虚拟样机技术对四连杆组合臂架变幅轨迹的仿真研究［J］．武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2004（2）：226－228．［7］ HARGCRTT D，KOERNER S．ADAMS／Insight and Rapid Simulation Technology．The Power of Virtual Prototyping［C］∥ MechanicalDynamicsIne，2000．。