基于UGADAMS的汽車懸架三維建模及分析

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基 于 Pro /E 與 ADAMS 的 汽 車 懸 架 仿 真 分 析 朱 學 文 ,詹 建 軍 ,何 小 新 (武 漢 大 學 ,湖 北 武 漢 430072) Kinematic Analysis of Suspension Based on Pro/ E and ADAMS ZHU Xue wen , ZHAN Jian jun , HE Xiao xin (Wuhan University ,Wuhan 430072 ,China) 摘 要 :利 用 Pro/ E 與 ADAMS 建 立 汽 車 懸 架 的 三 維 模 型 ,進 行 運 動 仿 真 ,并 在 此 基 礎 上 ,分 析 了 在 車 輪 上 跳 和 回 落 過 程 中 前 束 角 的 變 化 情 況 ,利 用 結 果 數(shù) 據(jù) 進 行 繪 圖 。 為 懸 架 的 設 計 開 發(fā) 提 供 了 依 據(jù) 。 關 鍵 詞 :懸 架 ; Pro/ E ; ADAMS 中 圖 分 類 號 : T K4 ; TP39 文 獻 標 識 碼 :A 文 章 編 號 :1001 2257 (2005) 08 0070 02 收 稿 日 期 :2005 03 30 Abstract :The t hesis build t he suspension mod2 el of car in Pro/ E software and ADAMS software , t hen kinematically analyze t he model in ADAMS software. U sing t he experiment result plot the chart of displacement of wheel and the chart of toe angle of wheel. U sing ADAMS software can sig2 nificantly reduce product develop ment cycles. Key words :suspension ; Pro/ E ; ADAMS 0 引 言 懸 架 的 運 動 學 及 動 力 學 分 析 是 汽 車 布 置 設 計 、 運 動 校 核 的 重 要 內(nèi) 容 之 一 ,也 是 研 究 汽 車 平 順 性 、 操 縱 穩(wěn) 定 性 等 汽 車 性 能 的 1 。 汽 車 前 束 角 是 汽 車 縱 向 中 心 平 面 與 車 輪 中 心 平 面 和 地 面 的 交 線 之 間 的 夾 角 。 在 車 輪 上 下 跳 動 過 程 中 ,前 束 不 變 ,這 比 在 汽 車 靜 止 時 有 一 個 正 確 的 前 束 更 為 重 要 。 車 輪 上 跳 及 下 落 時 的 前 束 變 化 對 車 輛 的 行 駛 穩(wěn) 定 性 、 車 輛 的 穩(wěn) 態(tài) 響 應 特 性 有 很 大 影 響 ,是 汽 車 懸 架 的 重 要 設 計 參 數(shù) 之 一 。 為 此 在 以 P TC 公 司 的 三 維 建 模 軟 件 Pro/ E 和 MSC 公 司 的 動 力 學 仿 真 軟 件 ADAMS 相 結 合 的 基 礎 上 ,對 懸 架 系 統(tǒng) 進 行 了 運 動 仿 真 分 析 。 分 析 了 在 車 輪 上 下 跳 動 50 mm 垂 直 行 程 中 ,車 輪 前 束 角 的 變 化 情 況 。 1 三 維 建 模 在 Pro/ E 與 ADAMS 中 建 立 汽 車 懸 架 的 三 維 模 型 ,建 模 步 驟 如 圖 1 所 示 。 圖 1 建 模 步 驟 a. 在 Pro/ E 中 建 立 各 零 件 三 維 模 型 圖 。 此 時 注 意 建 立 模 型 單 位 設 置 應 為 “ M KS” ( meter kilo2 gram second) ,同 樣 在 創(chuàng) 建 裝 配 圖 時 也 要 注 意 此 問 題 ,因 為 把 實 體 模 型 轉(zhuǎn) 化 到 ADAMS 軟 件 中 時 ,只 能 辨 認 這 種 單 位 設 置 ,設 置 成 其 它 單 位 時 會 出 錯 。 b. 建 立 懸 架 的 裝 配 圖 。 創(chuàng) 建 完 各 個 主 要 零 件 后 ,把 各 個 零 件 組 裝 成 裝 配 圖 。 建 立 裝 配 圖 時 需 考 慮 到 各 個 構 件 運 動 的 初 始 位 置 ,在 最 開 始 裝 配 時 就 設 置 成 構 件 運 動 的 初 始 位 置 ,以 減 少 以 后 的 調(diào) 整 2 。 c. 在 Pro/ E 中 建 立 M/ Pro 環(huán) 境 并 定 義 剛 體 。 裝 配 完 成 后 ,利 用 Pro/ E 和 ADAMS 軟 件 的 接 口 程 序 M/ Pro 來 生 成 ADAMS 可 以 讀 取 的 文 件 ,這 是 保 證 2 個 軟 件 無 縫 連 接 的 關 鍵 。 安 裝 好 M/ Pro 后 , 在 Pro/ E 程 序 中 ,會 出 現(xiàn) M/ Pro 的 級 聯(lián) 菜 單 ,利 用 此 菜 單 ,可 以 指 定 機 構 的 各 個 剛 體 ,建 立 剛 體 之 間 的 基 本 約 束 和 一 些 參 考 坐 標 系 ,建 立 完 成 后 ,利 用 該 接 口 程 序 可 以 直 接 把 實 體 模 型 存 成 可 以 在 ADAMS 讀 取 的 文 件 格 式 。 d. 導 入 ADAMS 并 添 加 必 要 的 約 束 和 驅(qū) 動 。 07 機 械 與 電 子 2005 (8) 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 把 三 維 模 型 導 入 ADAMS 后 ,利 用 ADAMS 提 供 的 建 模 工 具 ,對 模 型 進 行 進 一 步 的 完 善 ,添 加 必 要 的 驅(qū) 動 和 約 束 ,使 模 型 所 必 需 的 元 素 完 備 3 。 e. 仿 真 模 型 并 修 改 。 在 ADAMS 中 進 行 仿 真 , 并 與 試 驗 結 果 進 行 比 較 ,如 果 不 一 致 ,則 回 到 前 面 的 步 驟 對 參 數(shù) 進 行 修 改 ,直 到 虛 擬 樣 機 的 仿 真 結 果 與 試 驗 結 果 趨 于 一 致 。 在 整 個 過 程 中 ,需 要 對 建 立 模 型 等 前 續(xù) 工 作 進 行 不 斷 地 修 改 和 完 善 ,才 能 生 成 所 要 求 的 懸 架 模 型 。 2 運 動 仿 真 及 分 析 接 下 來 就 是 在 ADAMS 程 序 中 進 行 運 動 仿 真 。 在 ADAMS 中 導 入 利 用 M/ Pro 創(chuàng) 建 的 ADAMS 文 件 后 ,其 中 基 本 的 約 束 都 已 經(jīng) 創(chuàng) 建 完 成 。 在 AD2 AMS 中 需 要 進 一 步 完 善 約 束 類 型 ,例 如 在 ADAMS 中 地 面 剛 體 。 然 后 設 定 驅(qū) 動 的 類 型 以 及 位 置 ,在 此 系 統(tǒng) 中 ,在 車 輪 中 心 點 處 施 加 一 個 Y 方 向 的 點 驅(qū) 動 ,作 用 于 轉(zhuǎn) 向 節(jié) 車 輪 中 心 。 至 此 ,就 可 以 利 用 ADAMS 來 進 行 運 動 的 仿 真 了 。 利 用 ADAMS 中 的 仿 真 結 果 后 處 理 ,可 以 創(chuàng) 建 仿 真 結 果 的 數(shù) 據(jù) 曲 線 。 車 輪 中 心 離 地 面 高 度 隨 時 間 的 變 化 曲 線 如 圖 2 所 示 。 它 是 一 段 正 弦 曲 線 ,與 所 添 加 在 轉(zhuǎn) 向 節(jié) 車 輪 中 圖 2 車 輪 位 移 測 量 曲 線 心 的 驅(qū) 動 函 數(shù) 完 全 相 符 ,即 Displacement (time) = 50sin (360d 3 time) 車 輪 前 束 角 隨 時 間 變 化 曲 線 如 圖 3 所 示 。 從 圖 3 中 可 以 看 出 在 車 輪 上 跳 和 回 落 過 程 中 ,車 輪 前 束 圖 3 車 輪 前 束 角 曲 線 角 的 最 大 值 為 3. 5 。 而 設 計 時 ,對 于 汽 車 前 輪 ,車 輪 上 跳 時 的 前 束 值 多 設 計 成 零 至 負 前 束 的 變 化 。 設 計 值 取 在 零 附 近 是 為 了 控 制 直 線 時 由 路 面 的 凸 凹 引 起 的 前 束 變 化 ,確 保 良 好 的 直 線 穩(wěn) 定 性 。 另 外 ,取 弱 負 前 束 變 化 是 為 了 使 車 輛 獲 得 弱 的 不 足 轉(zhuǎn) 向 特 性 , 以 使 裝 載 質(zhì) 量 變 化 引 起 車 高 變 化 時 也 能 保 持 不 足 轉(zhuǎn) 向 。 車 輪 前 束 角 隨 車 輪 上 跳 行 程 的 變 化 曲 線 如 圖 4 所 示 。 過 零 點 虛 直 線 是 前 束 角 隨 上 跳 行 程 的 理 想 變 圖 4 前 束 角 隨 車 輪 上 跳 行 程 變 化 曲 線 化 。 但 受 懸 架 、 轉(zhuǎn) 向 結 構 形 式 所 限 ,實 際 呈 曲 線 變 化 為 多 。 前 束 角 變 化 的 較 理 想 設 計 特 性 值 是 :前 輪 上 跳 時 ,為 零 至 負 前 束 ( - 0. 5 / 50 mm) ,后 輪 上 跳 時 , 正 前 束 (0. 3 / 50 mm) 。 最 近 發(fā) 展 趨 勢 多 取 零 。 所 以 如 圖 4 所 示 前 束 角 還 不 夠 理 想 ,還 可 以 對 懸 架 結 構 繼 續(xù) 改 進 ,以 使 懸 架 結 構 更 加 合 理 。 3 結 束 語 對 利 用 Pro/ E 與 ADAMS 軟 件 建 立 的 汽 車 懸 架 三 維 模 型 ,通 過 運 動 學 仿 真 分 析 得 知 ,仿 真 數(shù) 據(jù) 與 現(xiàn) 實 試 驗 結 果 有 一 致 的 變 化 趨 勢 ,這 說 明 所 建 立 懸 架 運 動 學 模 型 已 達 到 一 定 精 確 度 ,可 為 懸 架 的 設 計 開 發(fā) 提 供 依 據(jù) 。 當 然 ,使 用 該 模 型 進 行 仿 真 不 可 避 免 地 存 在 一 定 的 誤 差 ,但 總 的 來 說 ,用 ADAMS 分 析 懸 架 運 動 學 及 動 力 學 還 是 比 較 方 便 和 精 確 的 。 參 考 文 獻 : 1 汽 車 工 程 手 冊 編 輯 委 員 會 . 汽 車 工 程 手 冊 M . 北 京 : 人 民 交 通 出 版 社 ,2001. 2 黃 圣 杰 ,張 益 三 ,洪 立 群 . Pro/ E 高 級 開 發(fā) 實 例 M . 北 京 :電 子 工 業(yè) 出 版 社 ,2002. 3 李 軍 ,刑 俊 文 ,覃 文 潔 . ADAMS 實 例 教 程 M . 北 京 :北 京 理 工 大 學 出 版 社 ,2002. 作 者 簡 介 :朱 學 文 (1980 - ) ,男 ,河 南 新 鄉(xiāng) 人 ,武 漢 大 學 動 力 與 機 械 學 院 研 究 生 ,研 究 方 向 為 虛 擬 設 計 與 仿 真 。 17 機 械 與 電 子 2005 (8) 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.