基于 ADAMS 的悬置刚度仿真指南.docx
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基于ADAMS的悬置刚度仿真指南
基于ADAMS的悬置刚度仿真指南
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乘用车工程研究二院
奇瑞汽车有限公司
基于ADAMS的悬置刚度仿真指南
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20100908
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00
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首先我们明确需要明确仿真所需要达到的目标：
1.悬置系统横向转动频率小于发动机点火频率的一半，能量分布最高频率小于点火频率的0.707；
2.悬置系统能量分布频率间隔大于1HZ；
3.6个方向的能量解耦达到80%；绕Y方向和Z垂向达到90%。
ADAMS分析软件在悬置系统仿真里可以进行的项目：
1．可以输入刚度查看在刚度下的悬置系统频率、解耦率、每阶振型；
2．可以参数化设计优化刚度值；
3．可以计算刚度下各种工况每个悬置的受力以及位移情况。
一仿真数据输入
仿真前应该搜集好动力总成相关的数据，在仿真过程中输入。
仿真数据的搜集是最重要的一步，数据搜集错了，仿真再准确也是没有用的，所以在搜集数据的时候一定要保证好数据的准确与详细。
以下数据输入讲解均以A21+477F+QR515为例
1．动力总成数据
动力总成在前舱的倾角：
后倾6.5°；该数据由总布置提供。
2．发动机参数
表1发动机数据表
参数来源
实际测量
发动机坐标系原点
在整车中的坐标（mm）
（-198.769，-86.097，78.146）
发动机的质量（kg）
140
发动机质心
参考坐标系
发动机坐标系
位置坐标（mm）
（7.995，115.4，100.652）
转动惯量
（kgmm2）
参考坐标系
发动机质心坐标系
IXX
4.91e+06
IYY
10.21e+06
IZZ
9.21e+06
IXY
1.41e+06
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IYZ
0.04e+06
IZX
1.3e+06
发动机怠速转速
800±50rpm
发动机气缸排列型式，冲程数
直列4冲程
汽油机/柴油机
汽油机
发动机额定功率及相应转速
80KW
发动机怠速转速
750+/-50
发动机最大扭矩及相应转速
140N.m/3000--3500rpm
3．变速箱参数
变速箱是和发动机搭配的，它也有自己的坐标系，但是我们在搜集参数的时候应该把它放到整车下定好位置，在整车下搜集其数据，可以在整车下建立发动机坐标系测得，也可以直接选整车坐标系测得。
表2变速箱数据表
参数来源
实际测量
变速箱的质量（kg）
30kg
质心
参考坐标系
（发动机坐标系）
位置坐标
（－200.263，－77.5，－25.351）
转动惯量
（kgmm2）
参考坐标系
变速箱质心坐标系
IXX
3.27e+05
IYY
5.11e+05
IZZ
5.68e+05
IXY
-7.23e+05
IYZ
2.57e+04
IZX
9.8e+04
☆小提示：
尽量使用动力总成一起测量参数，分开测量，需要合成，存在误差。
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二仿真前数据处理
在数据搜集的时候有些数据搜集的不是那么规范，例如参考的坐标系不是我们在建仿真
模型想要的，不能直接输入，那么我们就需要对所搜集的数据进行处理；同时我们需要将发
动机和变速箱的参数整合在一起，整合成动力总成参数。
1．数模建立
在CATIA里面按照前舱布置位置建立一个发动机数模（engine）一个变速箱数模
（gearbox），一个由前两个数模整合一起的动力总成数模（powertrain）。
数模的大小基本能反
应发动机和变速箱的大小，数模在坐标系的位置要能反应实际位置。
将数模保存成STP格式。
模型如下图：
发动机
变速箱
图1整合的动力总成模型
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2．数据整合方法
在ADAMS里面可以把发动机和变速箱的转动惯量参数整合在一起，成动力总成参数。
具体步逐如下：
2.1分别调入之前建立的STP格式的发动机和变速箱的数模：
File—Import,在下面的对话框里文件类型选择STP格式，选择调入的数模，并创建一个
partname，在create选择solids。
用这个方法将两个数模分别调入到ADAMS里面。
☆小提示：
ADAMS不支持中文路径，调用的数据必须在英文路径里，否则会出错
2.2给两个实体分别输入属性
在原点位置建立一个坐标系（engineaxis）作为发动机坐标系，按照之前搜集的数据的位置，分别在发动机和变速箱的质心处建立发动机质心坐标系（enginecm）和变速箱质心坐标系（gearboxcm）。
按照整车的动力总成布置，动力总成应该是有6.5°布置角度，我们应该将发动机的质心坐标系向后绕发动机坐标系的X轴旋转6.5°角。
这样处理后，我们在最终建模的时候就不要考虑角度了，因为在这里我们已经将角度因素都融入进去了。
在如下model属性里分别输入发动机和变速箱模型的参数，如下图：
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葛东云
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重心坐标系
转动惯量参考
的坐标系
输入好发动机和变速箱的参数后，打开tool—aggregatemass，如下图
从里面选择要整合的两个
模型（engine和gearbox）
选择整合后数据的参考坐标系
分两部整合：
第一步整合的时候参考坐标系选发动机坐标系，然后会生成相对于发动机坐标系的质心
位置（即动力总成质心坐标位置），以及转动惯量。
然后再在新的动力总成的质心位置建立一个坐标系（powertraincm），然后再按照之前的方法再整合，这次参考坐标系选择新建的powertraincm，然后就得到相对与动力总成质心坐标系的转动惯量了。
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这样通过第一步我们得到了动力总成质心位置的坐标，通过第二步得到了相对于动力总成质心坐标系的转动惯量。
以上步逐我们完成了数据的前处理，接下来可以建立正式的仿真模型了。
☆小提示：
如果可以实际测量动力总成的参数，以上合成的步骤可以省略（因为软件合成方面有误差，尽量测量动力总成的参数）。
三仿真
1.建模
同之前方法；
1.1．调入在CATIA里面建立好的STP格式的动力总成模型，调入方法一样，给part取名powertrain；
1.2．建立坐标系
在原点建立一动力总成坐标系，也即是发动机坐标系，取名engineaxis
根据整合得到的动力总成的质心位置，在动力总成质心处建立一质心坐标系，取名powertraincm；
1.3．输入重量以及整合后得到的动力总成的转动惯量属性，转动惯量的参考坐标系选取
建立的动力总成质心坐标系；
1.4．根据参考车型的悬置点位置坐标在仿真模型中建立悬置衬套：
先对应建立point点，并相应的分别命名left、right、front、rear；
然后用“bushing
”在每个悬置点位置建立衬套，用衬套将动力总成模型和“ground”连接起来，刚度、阻尼先不设置。
给各衬套命名leftmount、rightmount、frontmount、rearmount；
在各衬套上输入各基础车型的刚度，阻尼输入为0。
☆小提示：
其中前后悬置如果衬套压装有角度，bushing应相应设置
这样，我们的仿真模型就建立完毕了。
如下图：
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右悬置
前悬置
左悬置动力
总成
后悬置
2．初步仿真
2.1.建立脚本
路径如下：
设置方法如下：
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通过脚本设置，我们在仿真后得到1-6阶的相关参数。
2.2．然后用仿真计算器仿真一次。
☆小提示：
仿真时，步长尽量选多点，一般200以上
2.3．查看各阶次的频率和解耦情况查看路径如下：
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按路径打开后，可以看到每阶对应的频率，振型，解耦如下：
拖动滑条，查看每阶的频率、解耦情况。
记录好每阶对应的振型及解耦情况。
3．参数化优化设计刚度
目前所掌握的参数化优化就是将几个悬置的刚度设置成变量，将解耦值设置成优化目标，通过变量的变化，找出具有最优解耦的一组刚度值。
但是在采用如下方法参数化优化的时候变量不宜选取太多，否则会有成百上千组优化组合，仿真速度特别的慢。
3.1
3.1.1刚度变量的建立路径：
Build—Designvariable—New打开如下：
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变量名称
变量标准值
变量变化方式
上面这个对话框是建立了一个左悬置X向的刚度变量，变量标准值为100,也就是说在参数优
化设计的时候，左悬置X向的刚度会在100上下变化15%。
同样方法我们可以建立其它各悬置的三个方向的刚度变量，变量的标准值根据情况改变。
3.1.2目标变量的建立
目标变量的设置如下：
按照如上设置分别建立6个振型的变量，对应命名。
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名称：
可以将三个方向的平移的解耦分别命名为X、Y、Z，将绕三个轴的转动命名为RX、
RY、RZ。
标准值均设置为0，其它设置均按照上框设置。
3.1.3变量的赋予
a．刚度变量的赋予
在每个衬套（bushing）属性里面赋予变量，如下所示：
从右键里选取之
前建立的刚度变
量，逐个选取
将各个方向的刚度逐个赋予变量。
b．目标变量的赋予
按照如下目录打开
先填写如下表格
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之前建立的
目标变量
阶次
动力总成模型
阶次对应的振型
如上填写好之后，确认。
然后再编辑下面
改名字成S_X
上面这个objective生成的是最后的目标变量，也就是解耦率，它会在参数化优化的时候随着
变量的变化而变化，得出对应的解耦率。
同样方法建立其它几个阶次的解耦率目标变量。
这样，参数化优化的目标变量就全部建立好了。
3．2参数化仿真
按照2.1的步逐建立一个脚本
然后打开Simulate—DesignEvaluation，如下
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解耦率目标，用
右键Browse
刚度自变量
变量分步
如上设置，根据需要选择刚度自变量，最好不要选的太多，选多了电脑计算速度慢；
目标变量的数目可以随意的多，不会影响计算速度。
变量分步：
变量在设置的变化范围里分成的几步，例如我们在前面设置的±15%，如果设置变量分步为2的话，就会在±15%范围内取3个数计算。
Display设置如下：
设置好后就会在计算完成后自动弹出一个计算明细表。
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然后点击Start就可以开始优化设计了。
计算完成后，会出现如下统计表，
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从表中挑选效果比较好的，然后再继续优化。
4．工况分析将刚度定好后，可以进行极限工况的分析。
极限工况的分析有很多方法，最简便的方法是直接改变重力加速度的大小。
如下打开重力加速度设置。
在哪个方向有多大的加速度就加上多大的数值。
加好后仿真计算一遍，然后用“measures”每个“bushing”，从里面可以测出悬置的位移和受力的大小。
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