基于ADAMS_Car的麦弗逊悬架建模与仿真
基于 ADAMS/ Car 的麦弗逊悬架建模与仿真
李 臣 , 司景萍
(内蒙古工业大学 , 内蒙古 呼和浩特 010051)
摘 要 : 介绍了利用系统动力学仿真软件 ADAMS 中的专业模块 Car 进行麦弗逊式前悬架建
模的方法和步骤 ,并针对汽车的典型工况对所建模型进行了仿真。
关键词 : 汽车 ; ADAMS/ Car ; 麦弗逊悬架 ; 建模 ; 仿真
中图分类号 :U463. 33 文献标识码 :A 文章编号 :1671 - 2668 (2007) 03 - 0008 - 03
ADAMS 中的 Car 模块是 MDI 公司与 Audi 、
BMW、Renault 和 Volvo 等公司合作开发的轿车模
块 ,它能快速建立高精度的整车虚拟样机 ,包括车
身、悬架、传动系统、发动机、转向机构和制动系统
等 ,通过高速动画直观地再现各种工况下车辆的运
动学和动力学响应 ,并输出表征操纵稳定性、制动
性、乘坐舒适性和安全性等的性能参数。
麦弗逊悬架又称为滑柱连杆式悬架 ,它结构简
单、维修方便 ,左右悬架之间空间较大 ,便于发动机
前置、前驱动装置的安装。本文利用 ADAMS/ Car
模块构建麦弗逊悬架的运动学模型 ,并对整车进行
不同工况下的仿真分析。
1 模型的建立
通常 ADAMS/ Car 模块采用自下而上的建模
顺序 ,即整车模型和系统总成模型建立于子系统模
型基础之上 ,而子系统需要在模板中建立。因此 ,在
模板中建立子系统是关键步骤。本文以某轿车的麦
弗逊独立悬架为例 ,说明在 ADAMS/ Car 模板模式
下建立多体系统模型的过程。
1. 1 物理模型的简化
根据子系统中各零件之间的相对运动关系对零
件进行整合 ,假设系统关于整车纵向中心对称面对
称 ,只需建立半个前悬架模型 ,模型的另一半由系统
自动生成。假设前悬架为一个多刚体系统 ,忽略导
向杆件的柔性变形 ,且前后悬架簧载质量的垂向运
动相互独立 ,无轴荷纵向转移。简化后的麦弗逊独
立悬架的结构如图 1 所示。
1. 2 定义系统模型的绝对坐标系
坐标原点为两侧车轮接地印迹中心点连线的中
点 ,车辆的行驶方向为 x 轴负向 , y 轴由坐标原点指
向驾驶员右侧 , z 轴则符合右手螺旋法则垂直向上。
图 1 麦弗逊悬架结构示意图
1. 3 确定硬点
硬点是指各零件间连接处的关键几何定位点 ,
确定硬点就是在子系统坐标系中给出零件之间连接
点的几何位置。根据定义的绝对坐标系 ,硬点的坐
标值通常可由零件图纸得到。此悬架左半边硬点的
绝对坐标值如表 1 所示。
表 1 悬架系统左半边硬点的绝对坐标参数值
硬点
在绝对坐标系中的位置/ mm
x y z
驱动轴内支点 0. 0 - 200. 0 225. 0
下控制臂前支点 - 200. 0 - 450. 0 150. 0
下控制臂外支点 0. 0 - 750. 0 150. 0
下控制臂后支点 200. 0 - 450. 0 150. 0
弹簧下安装点 40. 0 - 650. 0 600. 0
减振器下安装点 40. 0 - 650. 0 600. 0
副车架前支点 - 400. 0 - 450. 0 150. 0
副车架后支点 400. 0 - 450. 0 150. 0
转向横拉杆内支点 200. 0 - 400. 0 300. 0
转向横拉杆外支点 150. 0 - 750. 0 300. 0
减振器上安装点 57. 5 - 603. 8 800. 0
车轮中心 0. 0 - 800. 0 300. 0
1. 4 确定零件的动力学参数
计算或测量整合零件的质量、质心位置及绕质
心坐标系 3 个坐标轴的转动惯量。零件动力学参数
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的获取通常采用 2 种方法 :一是通过试验获得 ;二是
在 CAD 软件(如 U G 或 CA TIA 等) 中建立系统零
部件三维实体模型 ,由软件自动计算获得。以 U G
生成的模型为例 ,采用“File →Export →Parasolid”
命令 ,将建立的模型以“ 3 . xmt_txt”的文件格式输
出(注意版本的配合 ,如果使用 ADAMS 版本 ,则只
能选择 Parasolid12. 0 - U G17. 0 版本 ; 如果使用
ADAMS2005 版本 ,则不存在这种限制) 。然后将这
种中间格式的文件通过 ADAMS/ Car 的“File →Im2
port”命令 ,选择文件类型为 Parasolid ( 3 . xmt_txt ,
3 . xmt _bin) ,将零件导入 ADAMS/ Car 环境。设
定零件的材料特性后 ,ADAMS 软件就可自动计算
零件的所有动力学参数 ,并把各项数据填写到对应
的对话框里。需要指出的是 ,这 3 个坐标轴方向必
须分别与绝对坐标系的 3 个坐标轴平行。该悬架系
统的动力学参数值如表 2 所示。
表 2 悬架系统各零件的动力学参数值
零件名称 质量/ kg 转动惯量/ ( ×104 kg ·mm2 )
l xx lyy lzz
质心位置/ mm
x y z
下控制臂 5. 0 3. 34 2. 50 5. 83 0. 0 550. 0 150. 0
转向横拉杆 0. 55 0. 58 0. 58 0. 002 175. 0 575. 0 300. 0
立柱 0. 23 0. 04 0. 06 0. 04 0. 0 800. 0 300. 0
转轴 1. 1 0. 05 0. 05 0. 05 0. 0 800. 0 300. 0
减振器筒 5. 0 1. 0 1. 0 1. 0 48. 8 - 626. 9 700. 0
副车架 50. 0 0. 0 0. 0 0. 0 0. 0 0. 0 0. 0
注 :质心位置指相对于零件参考点在局部坐标系的偏移
1. 5 创建零件的几何模型
在硬点的基础上建立零件的几何模型。由于零
件的运动学参数已经确定 ,几何模型的形状对动力
学分析结果实际上无任何影响 ,但在运动学分析中 ,
零件的外轮廓直接关系到机构运动校核 ,而且考虑
到模型的直观性 ,零件的几何形状还是应尽可能地
贴近实际结构。
1. 6 定义约束
按照各零件间的运动关系确定约束类型 ,通过
约束将各零件连接起来 ,从而构成子系统结构模型。
定义约束时 ,要注意约束副的方向。为清楚显示约
束关系 ,可通过修改图示设置和约束副的显示来获
得合适的约束副尺寸和颜色。定义约束是正确建模
的重要步骤 ,直接关系到系统自由度的合理性。
1. 7 定义组装
将建好的子系统模型转入标准模式中 ,在子系
统模型(包括外部环境) 之间的连接处定义组装命
令 ,即可将若干子系统组装成系统总成或整车 ,完成
ADAMS/ Car 模块下的建模过程。这样建立的麦弗
逊独立悬架模型如图 2 所示。
2 仿真分析
在进行仿真之前 ,输入该轿车的参数 :轮胎自由
半径为 300 mm ,轮胎垂向刚度为 200 N/ mm ,簧载质
量为 1 200 kg ,质心高度为 300 mm ,轴距为 2 000 mm。
左边标注的为零件名称 ,右边标注的为约束类型
图 2 ADAMS 环境下某轿车麦弗逊前悬架系统模型
在 ADAMS/ Car 中 ,对悬架而言 ,典型的仿真工况
包括两侧车轮同向跳动、两侧车轮反向跳动、单轮跳
动、转向、静载及侧倾和垂向力等。本文针对两侧车
轮同向跳动进行动力学仿真分析。仿真步数为 15
步 ,车轮跳动行程为 - 100～100 mm。图 3～6 分别
为主销内倾角、前轮前束角、前轮外倾角和主销后倾
角随车轮垂直跳动的变化曲线。
3 结 语
本文通过利用系统动力学仿真软件 ADAMS/
Car建立某轿车的麦弗逊前悬架模型 ,就典型工况
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图 3 主销内倾角随车轮垂向跳动的变化曲线
图 4 前轮前束角随车轮垂向跳动的变化曲线
图 5 前轮外倾角随车轮垂向跳动的变化曲线
图 6 主销后倾角随车轮垂向跳动的变化曲线
对整车进行动力学仿真分析 ,得到仿真结果。说明
ADAMS/ Car 在汽车动力学仿真方面能为设计人员
提供很大的帮助。
参考文献 :
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[5 ] 陆 丹 ,汤 靖 ,王国林. 基于 ADAMS 的麦弗逊前悬
架优化设计[J ]. 中国制造业信息化 ,2004 ,33 (8) .
收稿日期 :2007 - 01 - 13
E - Flex 系统引领汽车业迈向电气时代
通用汽车公司在 2007 年上海国际汽车工业博览会上推出最新一款雪佛兰 Volt 概念车 ,该车采用通用汽车最新研
发的 E - Flex 动力推进系统。该系统被业界喻为“真正改变了汽车的 DNA ,是驱动汽车行业进入电气时代的先驱”,它
代表了这个全球最大汽车制造商在电力驱动汽车及燃料电池技术研发上的最新高度 ,也使本届车展在汽车新能源技术
展示方面的整体水准得到大大提升。
E - Flex 系统具有如下特点 : ① E - Flex 动力推进系统的出现 ,使大多数人可以告别加油站 ; ② E - Flex 动力推进
系统可灵活适应多种能源 ,解决汽车能源的全球适应性问题 ; ③ E - Flex 动力推进系统的应用 ,可大大拓展新能源车型
在外观及内饰设计上的空间。因为 E - Flex 系统配置的是小型发动机 ,并且适合于普通汽车底盘 ,这无疑使整个动力推
进系统的体积缩小不少。在今年的北美车展上 ,E - Flex 系统的第一个实践者 ———雪佛兰 Volt 已成功颠覆了人们“环保
汽车没有漂亮外形”的陈旧观念 ,其外形直接传递了灵活与精致的特点 ,外部比例更像经典的运动轿车 ,给人以强烈的时
尚设计感。而其内部空间 ,通用汽车公司副董事长、主管全球产品研发的鲍伯 ·鲁茨先生认为 :“以往的电动汽车有许多
局限性 ,比如乘客舱和行李舱空间小 ,爬坡能力差 ,不能长时间运行空调等 ,Volt 在这些问题上做了根本改善 ,它拥有较
大的空间去容纳乘客和行李 ,爬坡或长时间开放空调也是轻而易举。”
据了解 ,由于拥有众多技术优势 , E - Flex 动力推进系统将大大缩短电力驱动汽车由概念向批量生产进发的时间
表 ,引领整个全球汽车行业迈向电气时代。通用汽车公司表示 ,该系统在公司今后的新能源车型研发中将发挥举足轻重
的作用。 摘自“中华网汽车频道”(2007 - 04 - 05)
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