陳藝

【摘 要】本文重點介紹了現(xiàn)代設(shè)計方法之一的虛擬樣機仿真ADAMS軟件設(shè)計方法及它們在汽車零部件設(shè)計中的應(yīng)用。

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

0 前言

現(xiàn)代設(shè)計方法是隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和計算機技術(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)計產(chǎn)品為目標(biāo)的一個總的知識群體的總稱。目前它的內(nèi)容主要包括：優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、計算機輔助設(shè)計、虛擬樣機設(shè)計、模塊化設(shè)計、有限元法等。汽車行業(yè)是一個高速發(fā)展的行業(yè)，其競爭也日趨激烈，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)計方法用于汽車及其零部件的設(shè)計當(dāng)中，可大幅度提高設(shè)計質(zhì)量，降低設(shè)計成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。本文簡單介紹了ADAMS軟件在設(shè)計汽車及其零部件中的應(yīng)用。

1 ADAMS軟件簡介

ADAMS，即機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析，該軟件是美國MDI公司開發(fā)的虛擬樣機分析軟件，可對虛擬機械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機分析開發(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分析的二次開發(fā)工具平臺。該軟件由基本模塊、擴展模塊、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)機械、工程機械等多個領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用。ADAMS是世界上應(yīng)用廣泛且最具有權(quán)威性的機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析軟件，其全球市場占有率一直保持在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)化的機械系統(tǒng)幾何模型。過去需要幾星期、甚至幾個月才能完成的建造和測試物理樣機的工作，現(xiàn)在利用ADAMS軟件僅需幾個小時就可以完成，并能在物理樣機建造前，就可以知道各種設(shè)計方案的樣機是如何工作的。在汽車及其零部件的設(shè)計上，技術(shù)團隊可以應(yīng)用汽車工程專業(yè)領(lǐng)域模塊，快速建立和測試整車和子系統(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)省時間、降低費用和風(fēng)險，提升新車設(shè)計的品質(zhì)?，F(xiàn)簡單介紹其中相關(guān)的幾個模塊。

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、開發(fā)等方面的經(jīng)驗，是一個整車設(shè)計軟件包 。其采用的用戶化界面是根據(jù)汽車設(shè)計師的習(xí)慣而專門設(shè)計的。設(shè)計師不必經(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（包括車身、懸架、傳動系統(tǒng)、發(fā)動機、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、制動系統(tǒng)等）并進(jìn)行系統(tǒng)仿真，并輸出標(biāo)志操縱穩(wěn)定性、制動性、乘坐舒適性和安全性的特征參數(shù)，從而減少對物理樣機的依賴，而仿真時間只是物理樣機試驗的幾分之一。通過其仿真環(huán)境，汽車工程師們可以在虛擬環(huán)境中對于不同的路面、不同的實際條件反復(fù)測試他們的設(shè)計，從而得到滿意的結(jié)果。

2.2 懸架設(shè)計軟件包（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)計師可以提出原始的懸架設(shè)計方案。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，并得到與物理樣機試驗完全相同的仿真試驗結(jié)果。

2.3 概念化懸架模塊（CSM）

概念化懸架模塊是一個選裝模塊，可通過預(yù)先定義懸架運動時或受外力作用時車橋的軌跡，實現(xiàn)懸架的運動分析。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)級的車輛動力學(xué)性能?？梢钥焖俳⒑喕钠嚹Ｐ停脩艨梢匀缤瑧壹茉O(shè)計模塊一樣進(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、ISO變線試驗、側(cè)向風(fēng)試驗等），同時確定方向盤轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)矩、加速踏板位置、作用在制動踏板上的力、離合器的位置、變速器檔位，提高車輛動力學(xué)仿真的真實感?？梢酝ㄟ^調(diào)整駕駛員行為適應(yīng)各種汽車特定的動力學(xué)特性，并具有記憶功能。

2.5 動力傳動系統(tǒng)模塊（ADAMS/Driveline）

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

2.6 輪胎模塊（ADAMS/Tire）

利用該模塊，工程師可以更方便地計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。數(shù)據(jù)輸入形式多樣，既可以是輪胎特性，也可以是試驗數(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)動機設(shè)計模塊（ADAMS/Engine）

發(fā)動機系統(tǒng)是汽車設(shè)計的一個重要組成部分。該模塊是為建造和測試發(fā)動機虛擬樣機而開發(fā)的軟件環(huán)境。利用它，用戶可以在產(chǎn)品開發(fā)的各個階段快速地優(yōu)化傳動系的單個零件、子系統(tǒng)以及整個系統(tǒng)的性能。通過ADAMS/Engine與ADAMS/Car的有機結(jié)合，可以建立一個集整車動力學(xué)、懸架設(shè)計和發(fā)動機系統(tǒng)優(yōu)化的完整集成仿真環(huán)境。

3 工具箱

在汽車的設(shè)計中，還經(jīng)常會用到幾個相關(guān)的工具箱等。

3.1 虛擬試驗工具箱（Virtual Test Lab）

使用VTL工具箱，用戶可以在設(shè)計與驗證的過程中，預(yù)測疲勞、車輛動力性、操縱性、乘坐舒適性以及噪音和振動特性?？杉涌炱嚹Ｐ鸵约傲悴考尿炞C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)的離散梁單元法為工程師提供了高質(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)物理樣機數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能應(yīng)用虛擬試驗臺進(jìn)行仿真試驗，能驗證鋼板彈簧力-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、計算結(jié)果可靠的突出優(yōu)點，從而可節(jié)約數(shù)周乃至數(shù)月的設(shè)計時間。

3.3 齒輪傳動工具箱（ADAMS/Gear Tool）

該工具箱可以快速地計算齒輪之間的傳動特性，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，對于設(shè)計人員來說不需要很深的專業(yè)知識就可以很快的學(xué)會操作和設(shè)計，對于高速發(fā)展的汽車行業(yè)來說，既可以節(jié)約大量的設(shè)計時間，又可以節(jié)約大筆的設(shè)計經(jīng)費，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]