陳藝

【摘 要】本文重點(diǎn)介紹了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法之一的虛擬樣機(jī)仿真ADAMS軟件設(shè)計(jì)方法及它們?cè)谄嚵悴考O(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法；汽車零部件設(shè)計(jì)；ADAMS軟件

0 前言

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用而在所涉及領(lǐng)域發(fā)展起來的一門新興的多元交叉學(xué)科。它是以設(shè)計(jì)產(chǎn)品為目標(biāo)的一個(gè)總的知識(shí)群體的總稱。目前它的內(nèi)容主要包括：優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、有限元法等。汽車行業(yè)是一個(gè)高速發(fā)展的行業(yè)，其競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈，在這種情況下，新產(chǎn)品推出的速度也越來越快。將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法用于汽車及其零部件的設(shè)計(jì)當(dāng)中，可大幅度提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低設(shè)計(jì)成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。本文簡(jiǎn)單介紹了ADAMS軟件在設(shè)計(jì)汽車及其零部件中的應(yīng)用。

1 ADAMS軟件簡(jiǎn)介

ADAMS，即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析，該軟件是美國MDI公司開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件，可對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機(jī)分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開發(fā)工具平臺(tái)。該軟件由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱5類模塊組成，可在航空航天、汽車工程、鐵路車輛及裝備、工業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械等多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用。ADAMS是世界上應(yīng)用廣泛且最具有權(quán)威性的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件，其全球市場(chǎng)占有率一直保持在50%以上。利用ADAMS軟件，用戶可以快速、方便地創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型。過去需要幾星期、甚至幾個(gè)月才能完成的建造和測(cè)試物理樣機(jī)的工作，現(xiàn)在利用ADAMS軟件僅需幾個(gè)小時(shí)就可以完成，并能在物理樣機(jī)建造前，就可以知道各種設(shè)計(jì)方案的樣機(jī)是如何工作的。在汽車及其零部件的設(shè)計(jì)上，技術(shù)團(tuán)隊(duì)可以應(yīng)用汽車工程專業(yè)領(lǐng)域模塊，快速建立和測(cè)試整車和子系統(tǒng)的功能化虛擬樣車，這可以幫助在車輛研發(fā)過程中大量節(jié)省時(shí)間、降低費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)，提升新車設(shè)計(jì)的品質(zhì)?，F(xiàn)簡(jiǎn)單介紹其中相關(guān)的幾個(gè)模塊。

2 相關(guān)模塊

2.1 轎車模塊（ADAMS/Car）

該模塊集成了多家公司在汽車設(shè)計(jì)、開發(fā)等方面的經(jīng)驗(yàn)，是一個(gè)整車設(shè)計(jì)軟件包 。其采用的用戶化界面是根據(jù)汽車設(shè)計(jì)師的習(xí)慣而專門設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)師不必經(jīng)過任何專業(yè)培訓(xùn)，就可以快速的建造高精度的整車虛擬樣機(jī)（包括車身、懸架、傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、制動(dòng)系統(tǒng)等）并進(jìn)行系統(tǒng)仿真，并輸出標(biāo)志操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性、乘坐舒適性和安全性的特征參數(shù)，從而減少對(duì)物理樣機(jī)的依賴，而仿真時(shí)間只是物理樣機(jī)試驗(yàn)的幾分之一。通過其仿真環(huán)境，汽車工程師們可以在虛擬環(huán)境中對(duì)于不同的路面、不同的實(shí)際條件反復(fù)測(cè)試他們的設(shè)計(jì)，從而得到滿意的結(jié)果。

2.2 懸架設(shè)計(jì)軟件包（Suspension Design）

該軟件包中包括以特征參數(shù)表示的概念式懸架模型。采用全參數(shù)的面板建模方式，借助懸架面板，設(shè)計(jì)師可以提出原始的懸架設(shè)計(jì)方案。通過調(diào)整懸架參數(shù)就可以快速確定滿足理想懸梁特性的懸梁方案，并得到與物理樣機(jī)試驗(yàn)完全相同的仿真試驗(yàn)結(jié)果。

2.3 概念化懸架模塊（CSM）

概念化懸架模塊是一個(gè)選裝模塊，可通過預(yù)先定義懸架運(yùn)動(dòng)時(shí)或受外力作用時(shí)車橋的軌跡，實(shí)現(xiàn)懸架的運(yùn)動(dòng)分析。利用CSM不需要建立詳細(xì)的多體懸架模型，就可以研究系統(tǒng)級(jí)的車輛動(dòng)力學(xué)性能?？梢钥焖俳⒑?jiǎn)化的汽車模型，用戶可以如同懸架設(shè)計(jì)模塊一樣進(jìn)行整車的仿真分析。

2.4 駕駛員模塊（ADAMS/Driver）

利用該模塊，用戶可確定汽車駕駛員的行為特征，確定各種操縱工況（如穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)彎制動(dòng)、ISO變線試驗(yàn)、側(cè)向風(fēng)試驗(yàn)等），同時(shí)確定方向盤轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)矩、加速踏板位置、作用在制動(dòng)踏板上的力、離合器的位置、變速器檔位，提高車輛動(dòng)力學(xué)仿真的真實(shí)感?？梢酝ㄟ^調(diào)整駕駛員行為適應(yīng)各種汽車特定的動(dòng)力學(xué)特性，并具有記憶功能。

2.5 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模塊（ADAMS/Driveline）

利用此模塊，用戶可以快速地建立、測(cè)試具有完整傳動(dòng)系統(tǒng)或傳動(dòng)系統(tǒng)部件的數(shù)字化虛擬樣機(jī)，也可以把建立的數(shù)字化虛擬樣機(jī)加入到ADAMS /Car中進(jìn)行整車動(dòng)力學(xué)性能的研究如前輪驅(qū)動(dòng)、后輪驅(qū)動(dòng)以及全輪驅(qū)動(dòng)等。

2.6 輪胎模塊（ADAMS/Tire）

利用該模塊，工程師可以更方便地計(jì)算裝備不同輪胎的整車在各種路面條件下的多組道路試驗(yàn)。數(shù)據(jù)輸入形式多樣，既可以是輪胎特性，也可以是試驗(yàn)數(shù)據(jù)表。其輸出力和加速度數(shù)據(jù)可以作為有限元軟件包的輸入載荷進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)力和疲勞特性研究。

2.7 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)模塊（ADAMS/Engine）

發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是汽車設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分。該模塊是為建造和測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬樣機(jī)而開發(fā)的軟件環(huán)境。利用它，用戶可以在產(chǎn)品開發(fā)的各個(gè)階段快速地優(yōu)化傳動(dòng)系的單個(gè)零件、子系統(tǒng)以及整個(gè)系統(tǒng)的性能。通過ADAMS/Engine與ADAMS/Car的有機(jī)結(jié)合，可以建立一個(gè)集整車動(dòng)力學(xué)、懸架設(shè)計(jì)和發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化的完整集成仿真環(huán)境。

3 工具箱

在汽車的設(shè)計(jì)中，還經(jīng)常會(huì)用到幾個(gè)相關(guān)的工具箱等。

3.1 虛擬試驗(yàn)工具箱（Virtual Test Lab）

使用VTL工具箱，用戶可以在設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的過程中，預(yù)測(cè)疲勞、車輛動(dòng)力性、操縱性、乘坐舒適性以及噪音和振動(dòng)特性?？杉涌炱嚹Ｐ鸵约傲悴考尿?yàn)證過程，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。

3.2 鋼板彈簧工具箱（Leafspring Toolkit）

鋼板彈簧是車輛上應(yīng)用十分廣泛的懸梁形式之一。該工具箱采用先進(jìn)的離散梁?jiǎn)卧楣こ處熖峁┝烁哔|(zhì)量的鋼板彈簧建模環(huán)境，應(yīng)用鋼板彈簧工具箱，能夠根據(jù)物理樣機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能應(yīng)用虛擬試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，能驗(yàn)證鋼板彈簧力-變形曲線及鋼板彈簧在承載狀態(tài)下的形狀，并進(jìn)行鋼板彈簧片間摩擦的研究。具有使用方便、計(jì)算結(jié)果可靠的突出優(yōu)點(diǎn)，從而可節(jié)約數(shù)周乃至數(shù)月的設(shè)計(jì)時(shí)間。

3.3 齒輪傳動(dòng)工具箱（ADAMS/Gear Tool）

該工具箱可以快速地計(jì)算齒輪之間的傳動(dòng)特性，建模方便，僅需標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù)（齒輪模數(shù)、節(jié)圓直徑等）即可方便快捷地對(duì)輪系（包括行星輪系）進(jìn)行仿真。

4 結(jié)論

ADAMS軟件是一款使用非常方便的虛擬仿真軟件，對(duì)于設(shè)計(jì)人員來說不需要很深的專業(yè)知識(shí)就可以很快的學(xué)會(huì)操作和設(shè)計(jì)，對(duì)于高速發(fā)展的汽車行業(yè)來說，既可以節(jié)約大量的設(shè)計(jì)時(shí)間，又可以節(jié)約大筆的設(shè)計(jì)經(jīng)費(fèi)，從其誕生以來就得到了很廣泛的應(yīng)用。

[責(zé)任編輯：薛俊歌]