《陈立平机械系统动力学分析及ADAMS应用第12章ADAMS应用实例.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《陈立平机械系统动力学分析及ADAMS应用第12章ADAMS应用实例.doc（67页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第12章 ADAMS应用实例第12章 ADAMS应用实例 本章主要介绍了ADAMS在建立汽车等速万向节专用仿真系统以及在建立轿车整车动力学模型及仿真分析方面的应用。对本章的学习，可以进一步加深对ADAMS的理解。12.1等速万向节专用仿真分析系统应用实例上一章的内容，介绍了利用ADAMS/View的二次开发功能，以及以ADAMS软件为平台，建立汽车等速万向节专用仿真分析系统的详细过程。图 12-1 轿车前转向驱动桥结构图1球笼式等速万向节； 2驱动半轴； 3差速器； 4三球销式等速万向节； 5驱动半轴； 6驱动轮； 7球笼式等速万向节； 8三球销式等速万向节建立这种针对某些零部件的专用仿真分析
2、系统是十分有意义和必要的。因为，象ADAMS这样的国外大型通用计算机辅助工程分析软件，虽然具有功能强大的求解器和前、后处理功能，为解决复杂、庞大的工程项目提供了一个强有力的工具。但正是由于其通用性特点，使其不具有针对性。复杂的英文界面和繁琐的分析步骤都给从事产品设计的技术人员造成了很大的障碍，直接应用这些通用软件进行产品设计会使得工作量浩大而且十分容易出错，无论在时间上，还是费用上都给这些软件在实际产品设计中的应用带来了负面影响。因此，研究开发面向工程设计人员的专用仿真分析系统显得十分必要。本节以汽车等速万向节专用仿真分析系统为例，说明这类专用系统的应用情况，通过本例可以看出此类专用系统将很大
3、程度上改变国内数字化虚拟仿真分析软件的应用水平，从而提高产品的设计能力。12.1.1 等速万向节结构简介图 12-1 轿车前转向驱动桥结构图1球笼式等速万向节； 2驱动半轴； 3差速器； 4三球销式等速万向节； 5驱动半轴； 6驱动轮； 7球笼式等速万向节； 8三球销式等速万向节为了能够把问题讲清楚，有必要先简单介绍一下汽车等速万向节的基本结构。汽车等速万向节是汽车驱动半轴的重要部件，一般分为球笼式等速万向节和三球销式等速万向节两种，分别安装在驱动半轴的两端，如图12-1所示：图12-2 球笼式等速万向节的结构图1钟形壳； 2钢球（6个）； 3保持架（球笼）； 4星形套球笼式等速万向节由钟形壳
4、、钢球、保持架和星形套组成。钟形壳的内表面是一个球面，在球面上开有6条供钢球滚动的沟道，沟道的横截面形状通常有圆形、椭圆形、拱形（桃形）之分。沟道的中心线是一条位于钟形壳轴线平面内的圆弧线，该圆弧线圆心相对于钟形壳内表面球面的球心向外偏移一定的距离e，被称为钟形壳球道偏心距。与钟形壳类似，星形套的外表面是一个球面，在球面上开有6条供钢球滚动的沟道，沟道的横截面形状相应有圆形、椭圆形、拱形（桃形）之分。沟道的中心线是一条位于星形套轴线平面内的圆弧线，该圆弧线圆心相对于星形套外表面球面的球心向内偏移（即装配后，偏移方向与钟形壳的偏移方向相反）相等的距离e，被称为星形套球道偏心距。保持架外表面与内表
5、面是同心的球面，在其上开有6个长圆形的窗口，窗口的宽度方向与钢球相配合，根据不同的使用情况，有间隙配合和小过盈配合之分。球笼式等速万向节的基本组成如图12-2所示。图12-3 三球销式等速万向节的结构图如图12-3所示，三球销式等速万向节由柱槽壳、三销架和球环组成。三销架上的三个销轴呈120均布，销轴和球环间装有2030个滚针，柱槽壳上有容纳球环的三条圆柱面沟道。12.1.2 等速万向节动力学模型的建立建立合适的等速万向节的动力学模型是本系统的技术关键之一，在本系统中，为了保证仿真分析的真实性，万向节的动力学模型各构件间的相互约束关系没有被定义成理想化的几何约束关系，而是被定义为基于接触碰撞的
6、力约束关系，即构件之间只通过接触碰撞力（法向）和摩擦力（切向）相互约束，而不存在其它的约束关系。具体来讲，对于球笼式等速万向节，构件间存在如下力约束关系：(1)球和外球道的接触碰撞力和摩擦力。对于拱形球道，每一对钢球和外球道分别在外球道两侧都存在一组接触碰撞力和摩擦力，对于圆形球道，每一对钢球和外球道只存在一组接触碰撞力和摩擦力。6个球道共存在6处上述情况。(2)钢球和内球道的接触碰撞力和摩擦力。对于拱形球道，每一对钢球和内球道分别在内球道两侧都存在一组接触碰撞力和摩擦力，对于圆形球道，每一对钢球和内球道只存在一组接触碰撞力和摩擦力。6个球道共存在6处上述情况。(3)钢球和保持架窗口的接触碰撞
7、力和摩擦力。钢球和保持架窗口存在两种配合情况，间隙配合和小过盈配合。对于间隙配合，每一对钢球和保持架窗口只存在一组接触碰撞力和摩擦力。对于过盈配合，每一对钢球和保持架窗口分别在窗口两侧都存在一组接触碰撞力和摩擦力。6个保持架窗口共存在6处上述情况。(4)钟形壳内球面和保持架外球面之间的接触碰撞力和摩擦力。(5)星形套外球面和保持架内球面之间的接触碰撞力和摩擦力。对于三球销式等速万向节，构件间存在如下力约束关系：(1)球环外球面与三柱槽壳的圆柱槽之间的接触碰撞力和摩擦力。3个圆柱槽共存在3处上述情况。(2)球环内孔圆柱面与三销架的轴颈圆柱面之间的接触碰撞力和摩擦力。3个轴颈共存在3处上述情况。需
8、要特别说明的是，对于三球销式等速万向节球环和轴颈处的受力，将滚针轴承进行了简化，去掉了滚针，而将轴颈半径扩大一个滚针直径的距离。这样做的原因有二，其一是，由于滚针的工作状态受球环的变形影响很大，而这在ADAMS这样的刚体动力学分析软件中无法模拟；其二是，经过简化后，只要适当调整球环和轴颈的接触刚度和摩擦，不会影响到对万向节整体性能的仿真分析。图12-4显示了上述万向节各构件间力的约束关系的空间位置关系。在以上动力学模型中，万向节各构件间的接触碰撞力采用impact函数提供的非线性等效弹簧-阻尼模型，其广义形式可表示为：其中，为法向接触力；K为Hertz接触刚度，为阻尼因子，为接触点法向穿透深度
9、，为接触处法向相对速度。本系统的万向节构件间的摩擦力仍然采用库仑摩擦模型，考虑静摩擦和动摩擦。但在实际动力学计算中，如果采用如图12-5(a)所示的典型的库仑摩擦模型，那么在接触对相对速度为零时，由于摩擦系数对于速度在此处是分段函数，且摩擦系数在此发生突变，因此动力学计算在此处将会发散。为此，在本系统中采用了图12-5(b)所示的摩擦模型，使摩擦系数对于速度是光滑的连续函数，改善计算的收敛性。 (a) (b) (c) (d) (e)图12-4 等速万向节各构件间力的约束关系(a)球笼式万向节钢球与外球道约束关系；(b) 球笼式万向节钢球与内球道约束关系；(c) 球笼式万向节钢球与保持架约束关系
10、；(d)三球销式万向节球环与三柱槽壳约束关系(e) 三球销式万向节球环与三销架约束关系12.1.3 等速万向节动力学仿真分析系统简介如前所述，本等速万向节动力学仿真分析系统分为前处理、分析计算和分析结果后处理三个部分，前处理模块实现等速万向节动力学模型的参数化建模功能；分析计算模块实现可以根据各种分析项目的不同输入不同的工况参数，自动实现对不同工况边界条件的模拟，自动选取求解方法、求解精度和仿真时间长短，并自动完成动力学仿真分析计算；后处理模块实现详尽方便的的分析结果后处理功能，使设计人员能很方便地了解万向节的各种性能数据的变化情况，用以指导设计工作。下面分别介绍之。1 等速万向节动力学仿真分
11、析系统前处理模块前处理模块是用来实现等速万向节动力学模型的参数化建模功能的，为了建立比较真实的万向节动力学模型，在模型参数输入界面上提供了尽量详尽的产品参数输入窗口，这些参数包含了几何尺寸和物理参数两部分，几何尺寸中又分为基本参数和误差参数。对于球笼式等速万向节，钟形壳、星形套、保持架都与钢球存在配合关系，它们的形位误差决定了产品的性能，因此这些误差参数是尺寸参数重要组成部分，具体尺寸项目见表12-1所示。对于三球销式等速万向节，三柱槽壳、球环和三销架存在配合关系，它们的形位误差决定了产品性能的好坏，因此这些误差参数是尺寸参数重要组成部分，具体尺寸项目见表12-2所示。尺寸参数零件基本参数误
12、差 参 数钟形壳（分为拱形球道和圆形球道两种）球道直径6个球道分别的分度误差球面直径6个球道分别的中心离轴距球道偏心距6个球道分别的球道半径误差钢球接触角6个球道分别的球道偏置距误差星 形 套（分为拱形和圆形球道两种）同钟形壳同钟形壳保 持 架外球面直径外球面中心偏置误差内球面直径内球面中心偏置误差窗口宽度窗口偏置距误差（6个窗口分别）表12-1 球笼式等速万向节几何模型主要参数 （a） （b）图12-5 万向节构件间的摩擦力模型表 12-2 三球销式等速万向节几何模型主要参数尺寸参数零件基本参数误 差 参 数柱槽壳圆柱槽直径圆柱槽直径误差（3个球槽分别）圆柱槽中心线位置半径误差（3个球槽分别
13、）圆柱槽中心线位置半径圆柱槽中心线位置分度误差（3个球槽分别）圆柱槽中心线平行度误差（3个球槽分别）三销架三销架轴颈直径三销架轴颈分度误差（3个轴颈分别）三销架轴颈垂直度误差（3个轴颈分别）球环球环直径球环、内孔同心度误差（3个球环分别）内孔直径2 2。等速万向节动力学仿真分析系统分析计算模块图12-6 万向节分析项目边界条件输入对话框 (a)、(b)分别为球笼式和三球销式万向节静态窜动间隙仿真输入对话框(c)、(d)分别为球笼式和三球销式万向节动态仿真分析输入对话框 (a) (b) (c) (d)根据万向节理论研究和实际需要，本万向节动力学分析仿真系统可以实现的分析仿真项目有两种：万向节静态
14、轴向及圆周窜动间隙仿真和万向节动态仿真分析。其中静态窜动间隙仿真用来检测万向节装配好之后，在轻微载荷作用下的轴向和圆周方向的窜动间隙，相应的边界条件分别为轴向力（仅对球笼式万向节）和扭矩；动态仿真分析用来检测万向节动态工作性能指标，它是万向节工作状态的真实再现，其边界条件为扭矩、轴交角和转速，分析前可以选择哪些球道或圆柱槽需要计算接触应力（或全选）。图12-6显示了这些分析边界条件的输入对话框。表12-3 球笼式等速万向节的分析曲线分析项目数据曲线静态窜动间隙仿真轴向静态窜动间隙圆周方向静态窜动间隙动力学仿真间隙 / 位移类主动轴角位移曲线从动轴角位移曲线主从动轴角位移差曲线钢球相对于保持架窗
15、口侧边位置曲线（6个窗口分别）钢球与外球道背侧间隙曲线（6个球道分别）钢球与内球道背侧间隙曲线（6个球道分别）构件受力类钢球与外球道压力曲线（6个球道分别）钢球与内球道压力曲线（6个球道分别）钢球与保持架窗口侧边压力曲线（6个窗口分别）钟形壳与保持架压力曲线星形套与保持架压力曲线接触应力类外球道接触应力及应力椭圆曲线（6个球道分别）内球道接触应力及应力椭圆曲线（6个球道分别）注：应力椭圆曲线由椭圆长半轴曲线、椭圆短半轴曲线和应力中心到球道边缘距离曲线三条曲线组成。3 3。等速万向节动力学仿真分析系统后处理模块作为一个分析软件，丰富便捷的后处理功能是十分必要的，但在ADAMS的数据库中，只提供了
16、一系列基本数据的信息，而对用户真正关心的数据往往没有直接给出，或者需要用户在几百个变量列表中自己去寻找。为此，本系统作为一个万向节的专用分析软件，对ADAMS进行了二次开发，实现了丰富便捷的后处理功能。可以得到的分析曲线按球笼式等速万向节和三球销式等速万向节分别见表12-3和表12-4所示。12.1.4 基于本专用系统的万向节虚拟试验及结果如前所述，通过对ADAMS二次开发，建立起了汽车等速万向节专用的动力学仿真分析系统。利用此专用系统，可以很方便地建立各种尺寸参数的万向节动力学模型；模拟各种工况条件；通过分析计算，得到各种反映万向节使用性能的分析曲线；实际上，这就是在进行万向节的虚拟试验，通
17、过虚拟试验的结果（各种分析曲线），深入研究各尺寸参数对万向节工作性能的影响，从中总结出万向节的设计理论，提高万向节的设计能力。在本节中，介绍了三种虚拟仿真试验及其结果，分别是：球笼式万向节单参数变化对性能的影响；三球销式万向节单参数变化对性能的影响；三球销式万向节各参数对性能的影响敏度分析。1 球笼式万向节单参数变化对性能的影响本项虚拟试验分别对下面几项形位参数和形位误差的不同进行了分析，这些形位参数和形位误差分别是：球道截面形状、球道截面接触角、球道分度误差。为了对传动性能进行量化评价，我们结合分析结果，提出了下面五项评价指标，分别是：球道背侧间隙、球道背侧敲击力、球道压力、球道应力和球道应
18、力椭圆的大小和位置，但对于不同的分析项目，这五个指标的侧重点有所不同。下面是具体内容。（1.）球道截面形状对性能的影响本次分析对球笼式等速万向节的球道截 面形状分别采用拱形和圆弧形进行计算，对比各种分析结果输出曲线发现，两种截面形状的球道在传动过程中差别最大之处在于：对于单圆弧球道，由于其截面形状是一个半径比钢球略大一个间隙的单圆弧，因此球道在传动时的压力中心极易发生在球道边缘处，使得在球道边缘处发生应力集中，从而降低了球道的承载能力。比较图12-7和图12-8，不难看出对应于拱形球道的接触中心至球道边缘的距离在约2.6mm4.1mm之间变化，而对应于圆形球道的接触中心至球道边缘的距离在约0.
19、7mm5.4mm之间变化，对于圆形球道，当接触中心处于至球道边缘只有0.7mm的位置时，实际上已经几乎压在了球道的边缘上，这会导致球道边缘比较严重的应力集中，影响到球道的寿命和承载能力，因此，建议一般不采用圆形球道，而采用拱形或椭圆形球道。为了进一步研究圆形球道的特点，又分别做了图12-9和图12-10两组试验，这两组试验的差别是，前者球道过盈量是0.02mm，后者的过盈量为0.06mm，比较两图发现，当过盈量为0.02mm时，图中最小距离为约0.7mm，当过盈量为0.06mm时，图中最小距离约为2.25mm，两种情况最小距离值变化约1.5mm，而相同的情况下拱形球道只变化约0.5mm，所以，
20、圆形球道的应力位置向球道边缘移动的趋势对球道配合过于敏感。图12-8 圆形球道接触中心位置图12-7 拱形球道接触中心位置（2）.球道截面接触角对性能的影响图12-9 过盈量为0.02时圆形形球道接触中心位置图12-10 过盈量为0.06时圆形形球道接触中心位置由于球道截面采用圆形时，容易在球道边缘处发生应力集中，所以通常球道截面采用角接触的方式，最常用的接触角采用45，本次分析对接触角能否采用36进行了探讨，下面图12-11到图12-18是部分分析曲线，在建立模型时分别采用了45和36，其余尺寸都相同，均采用平均偏差值。图12-11到图12-14分别表示不同工况和接触角时的球道压力情况，其中
21、红色实线代表球道正侧压力，蓝色虚线代表球道背面压力，从图中可以看出，当采用36接触角时，球道背侧碰撞力都要比采用45时要小。图12-11接触角为45时的球道压力曲线（扭矩200Nm；转速300rpm；交角20）图12-14接触角为36时的球道压力曲线（扭矩456Nm；转速300rpm；交角6.5）图12-14接触角为36时的球道压力曲线（扭矩456Nm；转速300rpm；交角6.5）图12-13 接触角为45时的球道压力曲线（扭矩456Nm；转速300rpm；交角6.5）图12-12 接触角为36时的球道压力曲线（扭矩200Nm；转速300rpm；交角20）图12-15到图12-18分别表示不
22、同工况和接触角时的接触应力椭圆的相关曲线，其中红色实线代表椭圆的长半轴尺寸，蓝色虚线代表椭圆的短半轴尺寸，洋红色点线代表椭圆中心到球道边缘的距离，此距离越大，越不易在球道边缘处发生应力集中。对比图中数据发现，当采用36接触角和45接触角时，接触椭圆的大小（长半轴和短半轴值）差别不大，但采用36时的椭圆中心到球道边缘的距离比采用45时的大。图12-15接触角为45时的应力椭圆曲线（扭矩200Nm；转速300rpm；交角20）图12-16接触角为36时的应力椭圆曲线（扭矩200Nm；转速300rpm；交角20）图12-16接触角为36时的应力椭圆曲线（扭矩200Nm；转速300rpm；交角20）图
23、12-17接触角为45时的应力椭圆曲线（扭矩456Nm；转速300rpm；交角图12-18接触角为36时的应力椭圆曲线（扭矩456Nm；转速300rpm；交角6.5）20）（3）.球道分度误差的确定球道的分度误差主要影响等速万向节的等速性和各钢球和球道的受力均匀程度，进而影响到各球道的应力均匀程度和万向节的效率和寿命。在下面几张曲线图中，曲线较平坦的部分表示万向节进入稳定工作状态时主动轴和从动轴的转角差，这部分曲线的波动幅值大小直接反应了万向节传动的等速性，幅值越小等速性越好，从图12-19到图12-22可以明显看出，随着分度误差的增加，转角差的波动幅值也随之增加。图12-19 球道分度误差为
24、零时的等速性曲线，曲线稳态部分几乎无波动图12-20 球道分度误差为3时的等速性曲线，曲线稳态部分产生波动图12-21 球道分度误差为7.5时的等速性曲线,曲线稳态部分产生较大波动图12-22 球道分度误差为4.2时的等速性曲线，曲线稳态部分产生更大波动2 2。三球销式万向节单参数变化对性能的影响本项虚拟试验分别按照下面几项形位参数和形位误差的不同进行了分析，这些形位参数和形位误差分别是：三柱槽壳和三销架分度误差、轴劲垂直度误差。为了对传动性能进行量化评价，我们结合分析结果，将传动的等速性（稳态时主动轴和从动轴的转角差）和三销轴中心（即三个销轴的交汇点，理论上其在一椭圆轨迹上摆动）的摆动半径作
25、为主要的评价指标，下面是具体内容。（1）.三柱槽壳和三销架分度误差对性能的影响三柱槽壳和三销轴分度误差从120 3和120 6分别调到120 6和 120 15后，所计算出来的等速性曲线分别为图12-23到图12-26。将误差放宽前后的分析曲线进行对比，发现等速性曲线变化不是很大，如图12-23和 图12-24，但三销轴中心的摆动半径变化很大，如图12-25和图12-26。图12-23 误差放宽前的等速性曲线图12-24 误差放宽后的等速性曲线图12-26 误差放宽后的三销轴中心摆动半径曲线图12-25 误差放宽前的三销轴中心摆动半径曲线（2.）轴径垂直度误差的确定三销轴轴径垂直度误差不仅对万
26、向节的等速性造成影响，而且也对三销轴中心的摆动半径造成影响，图12-27到图12-32表示误差分别取0、0.05和0.1时的等速性曲线和三销轴中心线摆动半径曲线。可以看出轴径垂直度误差的增加虽然波动增加的幅值不大，但使波动曲线包含了一个明显的低频波动。图12-27 轴径垂直度误差为0时的等速性曲线图12-28 轴劲垂直度误差为0.05时的等速性曲线图12-27 轴劲垂直度误差为0时的等速性曲线图12-29 轴径垂直度误差为0.1时的等速性曲线图12-28 轴径垂直度误差为0.05时的等速性曲线图12-32 轴径垂直度误差为0.1时的三销轴中心摆动半径曲线图12-31 轴径垂直度误差为0.05时
27、的三销轴中心摆动半径曲线图12-30 轴径垂直度误差为0时的三销轴中心摆动半径曲线3.。三球销式万向节各参数对性能的影响敏度分析对于万向节这样其性能受诸多因素影响的产品，如果想通过限制所有相关尺寸公差大小的方法来保证其质量，往往是不经济的甚至是不可能的，这就需要知道在诸多因素中，哪些因素是重要的，需要特别注意的，哪些因素是次要的，可以适当降低精度水平。参数的敏度分析正好是用来实现这一要求，但如果直接利用ADAMS提供的参数敏度分析功能，将会遇到很繁琐的操作。利用本万向节专用系统，由于建模和分析结果都是参数化的，实现起来讲非常便捷，以下是三球销式万向节参数敏度分析的几个例子。在三销轴等速万向节的
28、各种分析曲线中，受误差变化影响最大的是等速性曲线和三销轴中心的摆动半径曲线，于是分别以等速性和摆动半径为标准对万向节各主要尺寸做了敏度分析，下面图12-33到图12-36是分析结果。图12-34 以等速性为标准的参数敏度分析（多参数变化时）图12-33 以等速性为标准的参数敏度分析（单参数变化时）图12-35 以三销轴中心的摆动半径为标准的参数敏度分析（单参数变化时）图12-36 以三销轴中心的摆动半径为标准的参数敏度分析（多参数变化时）12.2 ADAMS在汽车悬架及整车系统仿真的应用20 世纪80 年代以来，汽车作为极其重要的工业产品，在交通运输领域和人民日常生活中的地位日益突出。国内、国
29、际汽车市场的竞争变得空前激烈，用户对汽车安全性、行驶平顺性、操纵稳定性、乘坐舒适性的要求越来越高。然而，汽车本身是一个复杂的多体系统集合，外界载荷的作用更加复杂、多变，人、车、环境三位一体的相互作用，致使汽车动力学模型的建立、分析、求解始终是一个难题。基于以往的解决方法，需经过多轮样车试制，反复的道路模拟试验和整车性能试验，不仅花费大量的人力、物力，延长设计周期，而且有些试验因其危险性而难以进行。广大设计人员迫切希望找到一种能在图纸设计阶段全面、准确地预测车辆动力学性能，并可对其性能进行优化分析的办法。ADAMS 软件采用虚拟样机模拟技术，提供了上述问题的解决方案，可以用于指导和修正设计，按照
30、并行工程的概念组织产品设计到生产，从而在真正意义上实现优化的整车系统设计。数字化虚拟样机技术是缩短车辆研发周期、降低开发成本、提高产品设计和制造质量的重要途径。随着虚拟产品开发、虚拟制造技术的逐渐成熟,计算机仿真技术得到大量应用。系统动力学仿真是数字化虚拟样机的核心、关键技术。对汽车而言,车辆动力学性能尤为重要。为了降低产品开发风险,在样车制造出之前,利用数字化样机对车辆的动力学性能进行计算机仿真,并优化其参数就显得十分必要了。过去的许多情况下，不得不把计算模型简化（如两自由度模型），以便使用经典频域方法手工求解，对于汽车系统中大多数非线性原件（如轮胎、变刚度悬架、橡胶衬套等）也只能采用简易算
31、法进行局部线性模拟，从而导致车辆的许多重要特性无法得到较精确的定量分析。现在，理论方法与计算手段的突破，使我们可以坐在办公室里研究开发“虚拟汽车”，建立“虚拟试验场”，在计算机上预测汽车的动力学性能。力学模型由线性模型发展到非线性模型，模型的自由度由两自由度发展到数十个甚至数百个自由度。国内、外大量文献列举出用多体动力学方法评价车辆操纵稳定性，研究汽车对路面随机振动输入的响应，模拟汽车转向侧倾、横摆运动，分析悬架系统中采用的弹性约束对车辆性能的影响。轿车为一典型的多体系统，部件之间的运动关系十分复杂，传统的人工计算很难将车辆的各种运动特性表述清楚，下面以某轿车为例，讨论ADAMS在汽车悬架及整
32、车系统仿真中的应用。12.2.1整车拓扑结构分析以某轿车为例，该虚拟样车系统由车身系统、动力传动总成系统（包括发动机、离合器、变速箱、差速器、驱动轴等）、前悬架系统（包括副车架）、前稳定杆系统、转向系统、后悬架系统（包括、副车架）、后稳定杆系统、制动系统、以及前轮胎系统、后轮胎系统组成。前悬架系统为麦克弗逊悬架，包含转向节、下摆臂、转向拉杆、副车架、阻尼器、悬架弹簧、驱动轴等部件，并包含大量弹性连接衬套，减振器中包含橡胶限位器。模型中考虑了所有约束以及相应的弹簧、阻尼器、衬套等力元连接。后悬架为多连杆悬架系统，包含转向节、上摆臂、副车架、阻尼器、悬架弹簧、转向节臂、侧向拉杆等部件，并包含大量弹
33、性连接衬套，减振器中包含橡胶限位器。模型中考虑了所有约束以及相应的弹簧、阻尼器、衬套等力元连接。转向系统为齿轮-齿条转向系统，包含方向盘、转向柱、转向中间轴、转向传动轴、小齿轮、齿条、齿条固定外壳等部件。并包含齿条固定外壳与车身5的弹性连接衬套，转向传动轴与小齿轮间的弹性衬套。模型中考虑了所有约束以及相应的弹簧、衬套以及转向助力等力元连接。前稳定杆系统两端端部连杆分别以球铰连接悬架下臂，左右稳定杆之间由转动副连接并作用一个表达其稳定杆系统扭转刚度的扭簧，左右稳定杆分别与车身以弹性衬套连接，端部连杆与稳定杆间以等速万向节连接。后稳定杆系统两端端部连杆分别以球铰连接后悬架上臂，左右稳定杆之间由转动
34、副连接并作用一个表达其稳定杆系统扭转刚度的扭簧，左右稳定杆分别与车身以弹性衬套连接，端部连杆与稳定杆间以等速万向节连接。车身系统包含簧上质量信息以及各子系统与车身的连接信息。轮胎模型利用国际上通用的Magic Formula 模型建模，并在轮胎试验机上进行试验获取试验数据，然后进行参数回归建模。轮胎模型自动连接到悬架系统。发动机动力总成模板考虑发动机动力总成为四点悬置，动力输出传递利用发动机MAP图，并根据车速控制要求进行PID控制从而决定驱动轴的动力输出。制动系统为前后盘式制动器，根据制动踏板力与前后制动管路压力传递的定量关系确定制动器上的正压力，并根据制动钳的位置等信息确定制动力矩的大小并
35、将制动力矩施加到车轴上。以上各系统具体约束及力元参见整车约束及力元表。在ADAMS建模中，根据车辆的铰链坐标点及方向、各部件的质心坐标，质量、惯量坐标系及其惯量、衬套的各个方向非线性特性、减振器非线性阻尼特性、弹簧刚度特性等具体参数可建立精确的虚拟样车模型。将前悬架系统模型、前稳定杆系统模型、转向系统模型、前轮胎系统模型装配可建立前悬挂转向系统模型；将后悬架系统模型、后稳定杆系统模型、后轮胎系统模型装配可建立后悬挂系统模型；悬挂系统模型可用于悬架系统的跳动性能分析、转向系统性能的分析。将所有子系统进行装配可建立一个十分精确的整车模型。整车模型可进行一系列的操纵稳定性、乘坐舒适性、制动稳定性及其
36、他各项动态性能的仿真试验。图12-37 前悬挂转向系统模型图12-38 后悬挂系统模型图12-39 整车系统集成模型1整车模型的拓扑结构Part表 整车模型共建立了53个Part，列表如下：表12-4 整车模型Part表Part名Part名gel_diff_outputger_diff_outputges_powertrainfront_gel_droplinkfront_ger_droplinkfront_gel_arbfront_ger_arbfront_ges_subframefront_gel_drive_shaftfront_ger_drive_shaftfront_gel_uppe
37、r_strutfront_ger_upper_strutfront_gel_tripotfront_ger_tripotfront_gel_spindlefront_ger_spindlefront_gel_tierodfront_ger_tierodfront_gel_uprightfront_ger_upright.front_sus.gel_lower_control_armfront_ger_lower_control_armfront_whl_wheelfront_whr_wheelrear_gel_droplinkrear_ger_droplinkrear_gel_arbrear_
38、ger_arbrear_gel_spindlerear_ger_spindlerear_gel_Uprightrear_ger_Uprightrear_gel_Track_Rodrear_ger_Track_Rodrear_gel_Damper_Upperrear_ger_Damper_Upperrear_gel_Damper_Lowerrear_ger_Damper_Lowerrear_gel_lateralrear_ger_lateralrear_gel_upperrear_ger_upperrear_whl_wheelrear_whr_wheelrear_ ges_Subframeges
39、_chassisges_steering_columnges_rackges_intermediate_shaftges_steering_shaftges_rack_housingges_pinionges_steering_wheel整个模型共计53个Part。2整车模型的拓扑结构-约束连接表整车模型的约束列表如下表：表12-5 整车模型约束连接表约束名约束类型Part IPart J约束自由度数jolrev_diff_output转动铰gel_diff_outputges_powertrain5jorrev_diff_output转动铰ger_diff_outputges_powertr
40、ain5front_jolcon_droplink_to_arb等速万向节front_gel_droplinkfront_gel_arb4front_jolsph_droplink_upper_ball球铰front_gel_droplinkfront_upper3front_jorcon_droplink_to_arb等速万向节front_ger_droplinkfront_ger_arb4front_jorsph_droplink_upper_ball球铰front_ger_droplinkfront_upper3front_josrev_arb_rev_joint转动铰front_ger
41、_arb.front_gel_arb5front_jolcon_drive_sft_int_jt等速万向节front_gel_tripotfront_gel_drive_shaft4front_jolcon_drive_sft_otr等速万向节front_gel_drive_shaftfront_gel_spindle4front_jolcon_tierod_inner等速万向节front_gel_tierodges_rack4front_jolcyl_strut圆柱副front_gel_uprightfront_gel_upper_strut4front_jolrev_spindle_upr
42、ight转动铰front_gel_spindlefront_gel_upright5front_jolsph_lca_balljoint球铰front_gel_uprightfront_gel_lower_control_arm3front_jolsph_tierod_outer球铰front_gel_tierodfront_gel_upright3front_joltra_tripot_to_differential平移副front_gel_tripotgel_diff_output5front_jorcon_drive_sft_int_jt等速万向节front_ger_tripotfron
43、t_ger_drive_shaft4front_jorcon_drive_sft_otr等速万向节front_ger_drive_shaftfront_ger_spindle4front_jorcon_tierod_inner等速万向节front_ger_tierodfront_ges_rack4front_jorcyl_strut圆柱副front_ger_uprightfront_ger_upper_strut4front_jorrev_spindle_upright转动铰front_ger_spindlefront_ger_upright5front_jorsph_lca_balljoin
44、t球铰front_ger_uprightfront_ger_lower_control_arm3front_jorsph_tierod_outer球铰front_ger_tierodfront_ger_upright3front_jortra_tripot_to_differential平移副front_ger_tripotfront_ger_diff_output5front_jolfix_wheel_to_spindle固定铰front_whl_wheelfront_gel_spindle6front_jorfix_wheel_to_spindle固定铰front_whr_wheelfront_ger_spindle6rear_jolcon_droplink_to_arb等速万向节rear_gel_droplinkrear_gel_arb4rear_jolsph_droplink_upper_ball球铰rear_gel_droplinkfront_gel_upper3rear_jorcon_droplink_to_arb等速万向节rear_ger_droplinkrear_ger_arb4rear_jorsph_droplink_upper_ball球铰rear_ger