ADAMS在汽车动力学仿真中的应用研究

高级数字化虚拟样机技术在车辆动力学性能开发中的应用


摘要

本文重点阐述了利用数字化虚拟样机技术优化车辆动力学性能，特别是在操纵稳定性的设计与优化方面的应用。通过整合系统动力学仿真技术，结合多体系统动力学模型构建，本文详细解释了如何在前期阶段使用计算机仿真方法预测和改善性能，以及系统地构建整车模型的步骤。通过案例分析，展示了如何在ADAMS等专业仿真软件中创建包括前悬架、后悬挂、扭曲弹簧、稳定杆和减振器在内的机械化系统动力学模型，以模拟复杂多变量动态。本研究不仅提供了理论框架，还探讨了参数准备、模型创建中的关键步骤和问题，从而有效缩短产品开发周期、降低成本、提高设计质量。




1. 引言

数字化虚拟样机（VMP）技术极大地加速了车辆研发流程，通过计算机辅助设计和仿真，极大地节省了开发周期与成本。尤其在操纵稳定性研究中，VMP技术在样车制造前就能够提供关键的性能反馈与优化潜能，避免了高昂的试制成本与修改周期。相对于传统的实验方法，VMP技术通过构建简化模型，模拟各种条件下的行驶体验，大幅提升了设计效率与端到端的产品质量控制。

2. 数字化分析模型的准备


2.1 模型参数类型

构建多体系统动力学模型需准确获取多种类型参数，包括尺寸参数（如几何结构定位）、质量特性参数（质量、质心和转动惯量等）、力学特性参数（刚度、阻尼特性）与外界参数（道路谱等），这些参数不仅决定模型的精确度，也反映了车辆在其广义环境中的行为。

2.2 数字模型间的数据传递

将基于CAD/CAM软件构建的三维实体模型导入ADAMS等仿真软件中。包括将零部件按各自运动形式与功能属性组合体、存储为ADAMS可调用的格式化文件、通过软件间接口文件进行三维模型传递等步骤。利用这一过程生成基本化多体系统分析模型，并输入相关质量参数。

3. 整车模型的创建


3.1 双横臂式前悬架多体系统动力学模型

C型车采用的双横臂式独立悬架，需精确模拟上、下横臂、转向节、横拉杆、主拉杆、摇臂、车身等部件的相互作用对操纵稳定性的影响。这种设计实质上对悬架响应性能有重大贡献，包括车轮运动的精确控制与减振器结构的配置。

3.2 后钢板弹簧多体动力学模型

因钢板弹簧结构复杂，作为弹性元件和纵向、侧向力传导组件，构建其三维模型在多体仿真中是一项挑战。所述技术基于等效中性面方法，实现单片模型模拟、分段长度一致性设定、约束与能量转换机制等关键设计步骤，确保模型准确捕获钢板弹簧特性。

3.3 扭杆弹簧参数与模型

扭杆弹簧充当了车辆降振减阻的关键组件，实现复杂动力学交互的准确模拟。在ADAMS中应用力约束方法重现其压力响应特性。

3.4 横向稳定杆模型

模拟横向稳定杆对提高操纵稳定性的重要性，采用分离后连接扭杆弹簧的方式简化结构，绘声绘色地表现了中心扭转弹簧的作用，有助于平衡车体重心与轮胎保持相对位置，有效提升稳态行驶特性。

3.5 减振器模型

减振器在确保乘员舒适度和车辆操控响应上具有决定性作用。通过在模型中封装适当阻尼序列与垂直减振特性，确保了悬架系统对路面波动态响应的调节能力。