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1、,ADAMS/CAR模块及其在汽车操纵稳定性中的应用简介,第1章 ADAMS/CAR软件介绍第2章 ADAMS/CAR基本使用方法第3章 ADAMS/CAR 输入和输出文件类型第4章 ADAMS/CAR在汽车操纵稳定性中的应用第5章 ADAMS/CAR二次开发,目录,第1章 ADAMS/CAR软件介绍,1.1 ADAMS/CAR ADAMS/CAR是MDI公司与Audi、BMW、Renault和Volvo等公司合作开发的整车设计软件包，集成了它们在汽车设计、开发等方面的经验。ADAMS/Car是一种基于模板的建模和仿真工具，大大加速和简化了建模的步骤。用户只需在模板中输入必要的数据，就可以快速
2、建造包括车身、悬架、传动系统、发动机、转向机构、制动系统等在内的高精度的整车虚拟样机，并进行仿真。,利用ADAMS/Car的数据库功能，可以有效地选择衬套、限位块、减振器等以装配各个子系统，节约用户每次重复输入数据的时间。通过高速动画直观地显示在各种试验工况下整车动力学响应，并输出标志操纵稳定性、制动性、乘坐舒适性和安全性的特征参数，从而减少对物理样机的依赖。,ADAMS/CAR 模块界面,CAR,SD,EDM,CSM,3D Road,Durability,Driver,Driveline,Solver,Engine powered by FEV,MACHANISM/Pro,Controls,
3、Exchange,1.2 ADAMS/CAR软件相关模块,悬架设计软件包SD,Suspension Design中包括以特征参数（前束、定位参数、速度）表示的悬架模型。通过这些特征参数，设计师可以快速确定在任意载荷和轮胎下的轮心位置和方向，在此基础上，快速建立包括橡胶衬套在内的柔体悬,架模型。它采用的是全参数的面板建摸方式。借助悬架模块，设计师可以提出原始的悬架设计方案。在此基础上，通过调整悬架参数就可以快速确定满足理想悬架特性的悬架方案。,Suspension Design可以进行的试验包括：单轮激振试验、双轮同向激振试验、双轮反向激振试验、转向试验和静载试验等。输出的参数包括39种标准悬架
4、特性参数。,概念化悬架模块CSM,CSM是一个选装模块，可以是ADAMS/CAR的一部分，也可以单独使用。利用CSM，通过预先定义悬架运动时或受外力作用时车桥的轨迹，可以在ADAMS/CAR中实现悬架的运动分析。利用CSM，不需要建立详细的多体悬架模型，就可以研究系统级的车辆动力学性能。由于特征文件.SCF中不包含任何相关的几何信息，所以CSM模型不但可以与他人共享悬架特征文件，而且不必担心泄密。,另外，使用CSM可以在同一个车辆装配中把概念悬架与多体悬架相结合使用。也可以通过表格数据（二维或三维的样条函数）或三元多项式系数定义悬架特征曲线。从ADAMS/CAR多体悬架分析中可自动产生悬架特性
5、.SCF文件。用户可以如同悬架设计模块一样进行整车的仿真分析。,SD与CSM的区别：SD需要建立详细的多体悬架模型，或者是借助已有的多体悬架模型进行改进。CSM不需要建立详细的多体悬架模型，只注重悬架布局的最终结果。,经验动力学模型EDM 虚拟样机功能的巨大发展，应归功于MDI公司与MTS系统公司共同开发的EDM模块。利用EDM，可快速建立基于试验数据的高精度弹性件模型，特别是在设计复杂的悬架、阻尼器、衬套和轮胎等。驾驶员模块Driver ADAMS/Driver是一个可选模块，是在德国的IPG-Driver基础上经过二次开发形成的成熟产品。利用该模块，可以提高车辆动力学仿真的真实感，特别使用
6、与装备有各种正负反馈的智能系统（例如：ABS、4WS、CCS）的汽车。,1.2.5 动力传动模块Driveline 使用ADAMS/Driveline，可以方便的建立整车的传动系统，以研究传动系与悬架的相互作用。动力传动模块提供了一系列的标准试验，可以做前轮驱动，后轮驱动及四轮驱动，力矩转移、分配、陀螺效应和平衡效应、轴承动力学和弹性、以及部件级的噪声和振动激励等分析。1.2.6 三维路面模块3D Road 应用ADAMS/3D Road模块，用户可以方便地建立三维光滑的路面，例如：多层停车场，赛车跑道和高速公路。,1.2.7 Solver模块 ADAMS/Solver 是一个自动建立并解算用
7、于机械系统运动仿真方程的，快速、稳定的数值分析工具。可以对以机械部件、控制系统和柔性部件组成的多域问题进行分析。ADAMS/Solver支持多种分析类型，其中包括运动学、静力学、准静力学、线性或非线性动力学分析。,它可以提供多种积分方法以有效的进行方程解算。ADAMS/Solver可以用户化。方便的使用用户子程序建立特定的用户模型。,Controls模块是CAR模块的一个可选装模块。使用Controls，用户可以将基于几何外形的ADAMS完整系统模型方便地放到所使用的控制系统设计软件（例如EASY5,MATLAB or MATRIXx等）所定义的框图中。,1.2.8 Controls模块,Co
8、ntrols 提供的工具可以将Matlab 输出的C代码输入进ADAMS中，这样就可以方便的在ADAMS统一环境中进行仿真。由于充分考虑了控制系统的行为，用Controls 和控制软件联合求解所得的结果是真实而准确的。,1.2.9 耐用性分析模块Durability 耐用性试验是产品开发的一个关键步骤，主要解决这样一个问题：“机构何时报废或零件何时失效？”疲劳测试是产品发展的一个评价标准。疲劳特性往往与一些其他的设计属性，例如操纵稳定性，行驶性和NVH（噪声，振动粗糙度），相矛盾。使用ADAMS/Durability，可以找到这些因素的平衡点，但又不象传统物理实验那样耗费大量的时间。,1.2.
9、10 Engine powered by FEV工具包,ADAMS/Engine powered by FEV 是一个工具包，具有建立并仿真功能化数字发动机的功能。通过仿真分析，在最短时间内获得可靠、有效和功率强大的发动机。,使用MECHANISM/Pro，用户可以方便的将Pro/ENGINEER的数据和几何外形用于机构仿真中。二者采用无缝连接的方式。,图形接口模块Exchange,ADAMS/Exchange为ADAMS与其他CAD/CAM/CAE软件之间的数据交换提供了工业标准的接口，实现双向传输。,接口模块MECHANISM/Pro,Driveline、Vibration、Control
10、s、Durability、AutoFlex通过ADAMS/CAR界面中的Tools下的Plugins下拉菜单加载选装。,1.3 ADAMS/CAR的优点 相对传统的汽车设计开发，使用ADAMS及其CAR模块，可以在如下方面收到明显效果：分析时间由数月减少为数日降低工程制造和测试费用在产品制造出之前，就可以发现并更正设计错误，完善设计方案在产品开发过程中，减少所需的物理样机数量当进行物理样机测试有危险、费时和成本高时，可利用虚拟样机进行分析和仿真缩短产品的开发周期,福特汽车公司在一个新车型的开发过程中采用此项技术，设计周期缩短了70天。全公司范围内，由于采用了这项技术，设计费用减少了4000万美
11、元，制造费用节省了10亿美元。由于设计制造周期的缩短，新车上市早，额外赢利达到其成本的数倍。,第2章 ADAMS/CAR基本使用方法,2.1 启动CAR模块 双击CAR模块图标，屏幕出现ADAMS/CAR窗口，并弹出欢迎对话框。此时需选择模式：Standard InterfaceTemplate Builder 选择其中一个，进入CAR模块的一个模式。若需要切换模式，可以直接按F9或者Tools下拉菜单的第一个选项。在专家模式中使用ADAMS/Car，工程师可以根据本公司的工程经验建立用户自定义模板，以帮助新来的工程师应用该模板进行各种工况标准的整车性能仿真试验。,2.2 仿真过程,Build
12、,Test,Simulate&Review,PostProcessor,研究车辆系统动力学，建立车辆仿真模型，归纳起来有以下几个典型步骤：机械系统的物理抽象；获取模型的运动学（几何定位）参数，建立抽象系统的运动部件、约束，从而建立运动学模型。校验模型的自由度及正确性。获得模型的动力学参数，定义模型中部件、铰链与弹性元件及外界条件，如道路模型、铁道轮轨模型、空气阻力等的特性，建立动力学模型，对动力学模型进行调整与仿真计算。对仿真计算结果进行后处理。,2.3具体操作结合实例讲解,平顺性试验仿真,方向盘角阶跃试验仿真,S形转向试验仿真,第3章 ADAMS/CAR 输入和输出文件类型,第4章 ADAM
13、S/CAR在汽车操纵稳定性中的应用,4.1 稳态转向试验仿真 稳态转向试验的目的是测定汽车对方向盘转角输入达到稳定行驶状态时汽车的稳态横摆响应。仿真参考某一具体车形，试验为满载工况，按GB/T6323.6-94的要求进行。整车质量为1065Kg,其中前轴570Kg,后轴495Kg,初始转弯半径为20 米。选用相应的模块，并对一些特性参数进行修改，组装成整车，使仿真边界条件与试验相同，进行仿真。,整车满载在干路面上右转的稳态转向特性的仿真与试验（前后侧偏角差特性）对比结果见右图，可知仿真结果与试验结果变化趋势相同，在小横向加速度下（线性范围下）吻合相当好，在大横向加速度下（非线性范围下）有一定差
14、别。,前后侧偏角差特性图,仿真模型还输出了其他一些重要参数，比如：,车身侧倾角与侧向加速度关系图,车身横摆角速度与侧向加速度关系图,4.2 瞬态试验仿真 汽车的瞬态特性是评价汽车操纵稳定性好坏的重要评价方法。因此象角阶跃、角脉冲、力阶跃、力脉冲、转向回正、单移线、双移线、正弦输入等评价方法在不同国家得到不同重视。同时车辆的瞬态特性的计算机仿真已成为汽车瞬态特性理论研究与样车性能预测的重要手段。这里仅给出转向回正特性仿真结果。以下四幅图为低速回正试验仿真结果特性曲线。仿真中设汽车沿半径为15米的圆周行驶，并使侧向加速度达到0.4g,然后撒手。,侧向加速度曲线,车身侧倾角曲线,方向盘转角曲线,横摆
15、角速度曲线,4.3 制动试验仿真 整车制动性能的仿真试验，包括直线制动、转弯制动情况下的仿真计算与分析。需要指出的是，ADAMS/CAR在制动性能仿真方面略显不足，如制动器只有钳盘式模型，且未引入制动力调节或ABS等控制系统。下边给出整车满载在峰值摩擦系数=0.94，滑动摩擦系数=0.74路面上，初始车速为40Km/h，侧向加速度0.32g，制动踏板力分别为8Kg，30Kg,100Kg三种不同制动强度下的转弯制动稳定性仿真计算结果。,速度曲线图,侧向加速度曲线图,车轮角速度曲线图,整车运动轨迹,制 动 踏 板 力 为 8Kg 时,制 动 踏 板 力 为 30Kg 时,车轮角速度曲线图,整车运动
16、轨迹,车轮角速度曲线图,整车运动轨迹,制 动 踏 板 力 为 100Kg 时,由制动分析结果可知：在小制动强度下，制动过程中前轮未抱死，整车制动轨迹仍能保持圆周方向；在大制动强度下，前轮抱死，丧失转向能力，但车辆仍保持稳定。,第5章 ADAMS/CAR二次开发,在车辆动力学研究的历史长廊中，对汽车的建模与仿真始终是一个关键问题。汽车本身是一个由各种力学铰链和弹性元件构成的复杂的多体系统，加上实际工况的复杂性，这给车辆动力学的研究提出了许多挑战。最初由于计算机硬件与软件方面的限制，人们不得不对汽车进行简化，采用经典力学方法，手工推导其动力学方程，手工编制程序，从最初的两自由度到十几自由度。这种经
17、典方法对车辆动力学的研究起了非常重要的作用，特别是在车辆动力学的理论研究方面起了奠基作用。但这种方法均是不同程度对汽车进行某种简化下得出的，这使汽车的许多特性无法精确得到，如在汽车的某种工况下所有铰链的受力情况。,虽然多体分析商品化软件能够解决车辆动力学中的模型的复杂性和精确性，但其本身应用也有一些问题。由于将汽车考虑为一复杂的多体系统，与经典方法相比建模的工作量明显增加，而且建模者需有较强的力学背景知识，加上车辆动力学的各种工况的复杂性，以及建模中输入变量、输出变量的复杂性，以及不同模型的变拓扑结构等问题，使一般的产品设计人员较难直接应用多体通用程序进行虚拟样机模拟来解决实际问题。因此国外的
18、汽车公司均在多体商品化软件基础上开发有自己特色的虚拟样机仿真系统，如福特公司的ADAMS/PRE，ISUZU公司的ADAMS/ISUZU，大约28个主要汽车,公司拥有在ADAMS基础上二次开发的专用仿真系统，其用户界面十分友好，一般产品设计人员均可直接使用，大大提高了仿真的工作效率。ADAMS本身是一个通用多体分析程序，如果直接利用ADAMS构造汽车的整车模型，则十分繁复，针对这种情况，MDI公司先后就汽车工业特点开发了ADAMS/Vehicle 和ADAMS/Car，ADAMS/Vehicle 是一个悬架仿真程序，不能完成整车的动力学仿真。ADAMS/Car是针对整车仿真开发的一个平台，借助
19、这个平台可以更容易地二次开发各具特点的整车仿真程序。,ADAMS拥有一个强有力的软件开发工具包SDK。SDK使用流行的C或C+语言作为编程接口环境，利用它用户可以把运动仿真功能完全集成到自己的软件包中，也可以为已有的产品进行二次开发，增加更强的运动仿真能力。,ADAMS/View本身在开发整车仿真系统时虽没有ADAMS/Car方便，但其有相当强的开放性，其模型开发语言macro功能十分强大。我们可以借鉴ADAMS/Car的特点，在ADAMS/View的基础上自主开发一个专用整车仿真系统-整车操纵稳定性多工况自动仿真系统。其输入界面面向设计师，让设计师输入最少的数据量，让大量的建模工作由程序后台实现，尽量减少人的干预，最大限度地降低使用者对ADAMS的要求。同时该程序应能根据研究的需要可改变模型的拓扑结构，可仿真稳态、瞬态、直线制动及转弯制动等工况。使用该系统，以提高建模、仿真速度，同时使ADAMS的应用面扩大。使产品设计人员可自接使用，为今后真正实现并行工程打下了基础。,谢谢大家,欢迎批评指正,
