基于ADAMS的汽车电动助力转向系统仿真分析_3虚拟样机仿真模型的建立_24_35

青华模具培训 · 发表于 2012-8-7 16:52

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3 虚拟样机仿真模型的建立

ADAMS 使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，用堆积木式的方法建立三维机械系统模型，快速方便且完全参数化。该模型可以是ADAMS 软件中直接建造的简化几何模型，也可以是从其他CAD 软件中传过来的几何模型。在几何模型上施加力，力矩和运动激励，执行一组与实际状况十分接近的运动仿真测试，就可以得到实际机械系统工作过程的运动仿真。这使得工程师和设计人员能够在物理样机建造前，建立机械系统“虚拟样机”，预估它们的工作性能。

3.1 ADAMS/VIEW 建模的步骤

在ADAMS中建模，输入描述系统初始位置关系的最基本数据，软件即可对系统自动识别。该过程分为以下几个步骤:

(1)定义刚体。构件是机构内可相互运动的刚体或刚体固定件。当定义刚体时，需要给出刚体局部坐标系的原点及方向、刚体质心的位置、质量，某参考坐标系的转动惯量、惯性积等，还要定义一个固定件（ground）作为参考系。当定义刚体其他要素（如约束点、力、标识点）时，必须给定该要素所对应的刚体。

(2)定义约束。约束是机构内两构件间的联结关系。

2 (3)对模型进行初步的检查。判断机构的奇异构型；排除系统冗余约束和其它定义错误问题。

3 (4)定义运动激励。运动激励是机构内一个刚体相对于另一个刚体按约束允许的运动方式，以给定的规律进行运动。该运动不受刚体运动的影响。

3.2 建立数字化模型的准备

建立多体系统动力学分析模型，参数需要量大，精度要求高，参数准备工作量大。根据文献[29]，所需要的参数主要可分为四类：整车尺寸参数、质量特性参数、力学特性参数与外界参数。几何定位参数指运动部件的几何尺寸及各运动部件之间的安装连接尺寸等参数；质量特性参数指各个运动部件的质量、质心位置、转动惯量等参数；力学特性参数指系统的刚度、阻尼等参数；外界参数指外部环境参数，包括汽车行驶道路的道路谱，高速行驶时的侧向风力等。

其中尺寸参数和大部分的质量特性参数可以通过建立三维数字模型得到。其他参数获得方法主要有以下几种：图纸查阅法、试验法、计算法、CAD 建模法等。

3.2.1 尺寸参数

尺寸参数，这里主要是指悬架系统、转向系统等的几何定位参数。

在应用多体系统动力学理论，建立整车运动学模型和动力学模型时，需要依据整车的结构型式，在模型中输入各运动部件之间的安装连接位置与相对角度、定位角等参数。

各运动部件的相对连接位置，应在统一的整车参考坐标系中测量。在无法获得总成图时，可以掌握一些基本参数，如运动部件的几何外形参数与车轮定位角等，通过计算和作图获得运动学参数。表3-1 所示为本文所建模型的主要定位参数。

表3-1 模型主要定位参数表[26]

整车主要定位参数	数据	整车主要定位参数	数据
轴距/ mm	2600	主销内倾角/ °	10.0
前/后轮距/ mm	1650/1650	车轮前束角/ °	0.2
车身质心距前轴位置/ mm	1335	车轮外倾角/ °	1.0
主销长度/ mm	330	上横臂长度/ mm	350
主销后倾角/ °	2.5	下横臂长度/ mm	500

3.2.2 质量特性参数

在机械振动系统中，系统本身的质量、质心、转动惯量等决定了系统的特性。通常情况下，质量特性参数由各个运动部件的质量、质心、转动惯量等参数组成。其中，质心、转动惯量等与测量时选取的参考坐标有关。

需要注意到实际零部件与多刚体系统动力学意义上的运动部件的差别。在多体系统动力学中，只要在运动过程中时刻具有相同的运动轨迹，并具有特定的联系，如通过各种方法固定在一起的零部件，就是一个运动部件。一个运动部件应只有一个共同的质心与转动惯量。

3.2.3 力学特性参数

力学特性参数一般是指零部件或系统的刚度、阻尼等。由于整车中使用了具有缓冲减震特性的零部件，如弹簧、扭杆、弹性轮胎等，这些元件大多具有复杂的力学特性，对汽车的各项性能，特别是操纵稳定性和平顺性等具有决定性的影响。

悬架中的有关零部件的刚度和阻尼，轮胎等特性参数均查阅相关资料获得。

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