1、摘要隨著汽車(chē)的普及，交通事故也日趨頻繁，人們對(duì)汽車(chē)安全性的要求也越來(lái)越高。對(duì)于這些要求，只有通過(guò)對(duì)汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的深入研究才能實(shí)現(xiàn)。在多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件中，ADAMS 是車(chē)輛動(dòng)力學(xué)中應(yīng)用最廣，最為著名的一個(gè)軟件。本文基于多剛體動(dòng)力學(xué)ADAMS 軟件對(duì)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在ADAMS/Car 模塊中構(gòu)建整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行直線制動(dòng)仿真，分析了影響制動(dòng)性能的關(guān)鍵因素；基于響應(yīng)面法利用ADAMS/Insight 模塊對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)前、后制動(dòng)輪缸活塞面積,前、后制動(dòng)器的摩擦系數(shù)和前后制動(dòng)管路壓強(qiáng)分配系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到制動(dòng)距離最短的制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化參數(shù)；并對(duì)優(yōu)化前后的制動(dòng)性能進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明

2、：經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的汽車(chē)制動(dòng)性能得到較大改善。關(guān)鍵詞：盤(pán)式制動(dòng)器；仿真；響應(yīng)面法；參數(shù)優(yōu)化AbstractWith the popularization of automobile, Traffic accident becomes more andmore. More powerful technology and methods meet them, and they all based onbetterly studing system dynamics of automobile.The software ADAMS, which developed with multi-body syst

3、em dynamics, is themost fashionable and authoritative software in the field of mechanical dynamicssimulation.Optimization design for automotive brake system parameters is discussed in this paper basedon multi-body dynamic software ADAMS. In ADAMS/Car module, the vehicle dynamic model is builtand str

4、aight brake simulation is performed, the optimal ranges of main factors are determined afteranalyzing the factors effecting brake performance. By using response surface methodology a group ofoptimal parameters is obtained with shortest brake distance in ADAMS/Insight module. The results ofsimulation

5、 are compared with that of the primary is enhanced after optimal design.Keywords:disc brake; simulation; response surface methodology; parameter optimization目錄摘要IAbstractII1 緒論11.1 本課題來(lái)源及意義11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11.3 本課題研究的主要內(nèi)容32 制動(dòng)系的主要參數(shù)及選擇42.1 制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù)42.2 同步附著系數(shù)72.3 制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩93 ADAMS軟件簡(jiǎn)介113.1ADAMS軟件

6、概述113.2ADAMS軟件基本模塊13用戶界面模塊(ADAMS/View)133.2.2 求解器模塊 (ADAMS/Solver)143.2.3 后處理模塊 (ADAMS/PostProcessor)153.2.4 轎車(chē)模塊(ADAMS/Car)164 基于ADAMS 的汽車(chē)建模174.1主要系統(tǒng)模型174.1.1 前懸架系統(tǒng)17后懸架系統(tǒng)18轉(zhuǎn)向系統(tǒng)194.1.4 制動(dòng)系統(tǒng)194.2 整車(chē)模型的建立204.3 原車(chē)直線制動(dòng)仿真214.3.1 仿真標(biāo)準(zhǔn)21仿真條件22仿真方法225 制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)245.1 優(yōu)化目標(biāo)和設(shè)計(jì)參數(shù)245.2 優(yōu)化方法與結(jié)果25創(chuàng)建設(shè)計(jì)矩陣255.2.2 更

7、改設(shè)計(jì)因素265.2.3 提出并更改響應(yīng)285.2.4 運(yùn)行試驗(yàn)295.3 參數(shù)優(yōu)化前后制動(dòng)性能對(duì)比分析326 結(jié)論與展望346.1 論文主要研究重點(diǎn)及結(jié)論346.2 展望34致謝35參考文獻(xiàn)361 緒論1.1 本課題來(lái)源及意義課題基于ADAMS的制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)源于東北大學(xué)再教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。隨著經(jīng)濟(jì)和交通的發(fā)達(dá)，汽車(chē)越來(lái)越普及，它的安全性能也越來(lái)越受重視。汽車(chē)的良好制動(dòng)性能是汽車(chē)安全的重要保障1。由制動(dòng)引起的交通事故，在交通事故中占很大的比例。而且制動(dòng)穩(wěn)定性實(shí)車(chē)試驗(yàn)十分危險(xiǎn)。對(duì)車(chē)輛的制動(dòng)穩(wěn)定性的研究受到了人們的廣泛重視，尤其對(duì)制動(dòng)穩(wěn)定性的計(jì)算機(jī)仿真研究越來(lái)越受到關(guān)注。因此選擇此課題對(duì)

8、汽車(chē)的制動(dòng)性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)自1885 年卡爾.本茨制造出世界第一輛汽車(chē)之后，經(jīng)過(guò)一百多年的迅猛發(fā)展，如今汽車(chē)已成為人們?nèi)粘Ｉ詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的重要交通工具。但隨著汽車(chē)的普及，公路交通呈現(xiàn)出行駛高速化、車(chē)輛密集化和駕駛員非職業(yè)化的趨勢(shì)。頻繁的交通事故使公路運(yùn)輸?shù)慕煌ò踩蔀橐粋€(gè)廣泛關(guān)注的社會(huì)性問(wèn)題。隨著交通密集的增加，交通事故呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，因此，汽車(chē)的安全性研究是擺在汽車(chē)專(zhuān)家們面前的一個(gè)嚴(yán)峻的課題2。安全問(wèn)題可分為兩大部分：主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性。主動(dòng)安全性是指汽車(chē)具有的在所有交通狀況下盡可能地避免事故的一種性能；被動(dòng)安全性是指汽車(chē)在發(fā)生不可避免的事

9、故時(shí)（特別涉及到人員傷亡時(shí)），盡可能減小其后果的一種性能，包括外部安全性和內(nèi)部成員安全性。按照汽車(chē)事故誘發(fā)因素的比例由大到小的排列，其順序是操縱穩(wěn)定性、加速制動(dòng)性、環(huán)境視見(jiàn)性和可靠性。幾十年來(lái)，如何設(shè)計(jì)汽車(chē)以獲得良好的主動(dòng)安全性，尤其是操縱穩(wěn)定性，始終是各國(guó)學(xué)者和設(shè)計(jì)師們的主要研究方向之一。近年來(lái)，電子智能技術(shù)的引入如：全電子制動(dòng)系統(tǒng)、電子控制的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、智能懸掛系統(tǒng)、車(chē)輛周?chē)谋O(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及ABS防抱死系統(tǒng)等等，大大提高了汽車(chē)的主動(dòng)安全性3。近十年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為手段，研究汽車(chē)的操縱動(dòng)力學(xué)已成為該領(lǐng)域研究中的主要方向之一。新興的虛擬樣機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真技

10、術(shù)的一個(gè)新的研究方向。虛擬樣機(jī)技術(shù)是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)（指在某單一系統(tǒng)中零部件的CAD 和FEA技術(shù)）揉和在一起，在計(jì)算機(jī)上建造出產(chǎn)品的整體模型，并針對(duì)該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進(jìn)行仿真分析，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的整體性能，進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品性能的一種新技術(shù)。它興起于20 世紀(jì)90 年代，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。不同領(lǐng)域?qū)λ亩x略有不同，主要區(qū)別在于技術(shù)的構(gòu)成及其范疇上。虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用可以帶來(lái)以下優(yōu)點(diǎn)：1）在實(shí)際制造前，設(shè)計(jì)工程師可以通過(guò)虛擬樣機(jī)方便地修改設(shè)計(jì)，進(jìn)而減少物理樣機(jī)數(shù)量，節(jié)約成本。2）對(duì)于項(xiàng)目管理者，虛擬樣機(jī)在評(píng)估和管理項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)方面是一個(gè)極有價(jià)值的

11、工具。3）在設(shè)計(jì)生產(chǎn)的各階段，虛擬樣機(jī)能夠主動(dòng)地影響產(chǎn)品的支持保障，減少產(chǎn)品周期。4）通過(guò)在設(shè)計(jì)的每一個(gè)階段進(jìn)行虛擬樣機(jī)測(cè)試，使測(cè)試者對(duì)未來(lái)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià)，減少工裝費(fèi)用。5）借助虛擬樣機(jī)，并行工程應(yīng)用在設(shè)計(jì)過(guò)程中，加快了產(chǎn)品的上市時(shí)間。6）通過(guò)使用虛擬樣機(jī)，將使傳統(tǒng)的系統(tǒng)、子系統(tǒng)、制造過(guò)程的理解得到擴(kuò)展和深入，并且使為技術(shù)要求、制造性能、可實(shí)現(xiàn)性和可維護(hù)性而進(jìn)行的設(shè)計(jì)變得可能和容易，從而提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。7）虛擬樣機(jī)是分析對(duì)于物理樣機(jī)來(lái)說(shuō)極其危險(xiǎn)的工況的最佳手段，如汽車(chē)的碰撞試驗(yàn)，越野車(chē)的抗翻傾試驗(yàn)，飛機(jī)乘員的安全性試驗(yàn)等。此外，虛擬樣機(jī)技術(shù)還可用于產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段、設(shè)計(jì)細(xì)化階段、試驗(yàn)規(guī)劃

12、階段以及工作狀態(tài)再現(xiàn)等的全過(guò)程（虛擬樣機(jī)的建立步驟見(jiàn)圖1.1）?？傊?，機(jī)械系統(tǒng)虛擬樣機(jī)技術(shù)作為進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)樣機(jī)設(shè)計(jì)、仿真分析研究復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的有效手段，可以幫助產(chǎn)品制造商擺脫對(duì)物理樣機(jī)的過(guò)度依賴，對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期、降低成本都可以起到顯著的作用。從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)的機(jī)械產(chǎn)品開(kāi)發(fā)必將是基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的開(kāi)發(fā)4。而作為虛擬樣機(jī)分析軟件的杰出代表，機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件ADAMS(Automatic Dynamic AnalysisMechanicaI systems)已經(jīng)被世界各行業(yè)許多主要制造商采用，占據(jù)了機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真軟件51的市場(chǎng)份額。在汽車(chē)設(shè)計(jì)制

13、造業(yè)中，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)零部件設(shè)計(jì)與優(yōu)化、整車(chē)性能分析評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)、新技術(shù)開(kāi)發(fā)以及制造。本文首先在ADAMS中建立了汽車(chē)整車(chē)模型，然后對(duì)其進(jìn)行了制動(dòng)性能的分析研究。1.3本課題研究的主要內(nèi)容本課題即是在某汽車(chē)的設(shè)計(jì)階段，根據(jù)整車(chē)的結(jié)構(gòu)特征及其性能參數(shù)，在ADAMS/CAR 里建立整車(chē)模型，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)該車(chē)的制動(dòng)效能進(jìn)行了仿真分析和評(píng)價(jià)，對(duì)該車(chē)的制動(dòng)性能進(jìn)行了優(yōu)化。車(chē)輛的制動(dòng)穩(wěn)定性直接關(guān)系到其安全性能，對(duì)車(chē)輛的操縱控制有重要影響，對(duì)車(chē)輛的主動(dòng)安全性亦有否決權(quán)。由制動(dòng)引起的交通事故，在交通事故中占很大的比例。而且制動(dòng)穩(wěn)定性實(shí)車(chē)試驗(yàn)十分危險(xiǎn)。對(duì)車(chē)輛的制動(dòng)穩(wěn)定性的研究受到了人們的廣泛重視

14、，尤其對(duì)制動(dòng)穩(wěn)定性的計(jì)算機(jī)仿真研究越來(lái)越受到關(guān)注，已成為車(chē)輛制動(dòng)穩(wěn)定性理論研究與樣車(chē)性能預(yù)測(cè)的重要手段。但制動(dòng)穩(wěn)定性本身是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，因此，較為簡(jiǎn)單的模型只能用于理論的定性分析，很難指導(dǎo)具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)需要更加精確的模型，適合采用虛擬樣機(jī)的仿真試驗(yàn)進(jìn)行研究。汽車(chē)的制動(dòng)性是指汽車(chē)在行駛時(shí)能在短距離內(nèi)停車(chē)且維持行駛方向穩(wěn)定性和在狹長(zhǎng)坡時(shí)能維持一定車(chē)速的能力。汽車(chē)制動(dòng)性主要由以下三個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)：1）制動(dòng)效能，即制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度；2）制動(dòng)效能的恒定性，即抗衰退性能；3）制動(dòng)時(shí)汽車(chē)的方向穩(wěn)定性，即制動(dòng)時(shí)汽車(chē)不發(fā)生跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能。鑒于汽車(chē)制動(dòng)穩(wěn)定性影響因

15、素的多面性和不可預(yù)知性，而該車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)建模時(shí)左、右車(chē)輪施加的是相同的制動(dòng)力矩，因此不能用于制動(dòng)穩(wěn)定性方面的分析。制動(dòng)效能的恒定性本文也不予討論5。本文僅對(duì)第一項(xiàng)“制動(dòng)效能”進(jìn)行仿真研究，主要是直線制動(dòng)性能仿真分析。另外該制動(dòng)系統(tǒng)模型不含ABS 功能，仿真時(shí)逐漸增大踏板力，待前輪剛發(fā)生抱死時(shí)停止仿真，考察該車(chē)在ABS 系統(tǒng)產(chǎn)生作用之前的制動(dòng)效能。2 制動(dòng)系的主要參數(shù)及選擇2.1 制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù)汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，如果忽略路面對(duì)車(chē)輪的滾動(dòng)阻力矩和汽車(chē)回轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩，則任一角速度>0的車(chē)輪，其力矩平衡方程為:（2-1）式中Tf制動(dòng)器對(duì)車(chē)輪作用的制動(dòng)力矩，即制動(dòng)器的摩擦力矩，其方向與車(chē)輪旋轉(zhuǎn)

16、方向相反，N·m；FB地面作用于車(chē)輪上的制動(dòng)力，即地面與輪胎之間的摩擦力，又稱(chēng)為地面制動(dòng)力，其方向與汽車(chē)行駛方向相反，N；re車(chē)輪有效半徑，m。（2-2）并稱(chēng)之為制動(dòng)器制動(dòng)力，它是在輪胎周緣克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力，因此又稱(chēng)為制動(dòng)周緣力。Ff與地面制動(dòng)力FB的方向相反，當(dāng)車(chē)輪角速度>0時(shí)，大小亦相等，且Ff僅由制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。即Ff取決于制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式、尺寸、摩擦副的摩擦系數(shù)及車(chē)輪有效半徑等，并與制動(dòng)踏板力即制動(dòng)系的液壓或氣壓成正比。當(dāng)加大踏板力以加大Tf，F(xiàn)f和FB均隨之增大。但地面制動(dòng)力受著附著條件的限制，其值不可能大于附著力Fj,即FBFj=Zj，F(xiàn)B=Fj=Z

17、j（2-3）式中輪胎與地面間的附著系數(shù)；Z地面對(duì)車(chē)輪的法向反力。當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力Ff和地面制動(dòng)力FB達(dá)到附著力Fj值時(shí)，車(chē)輪即被抱死并在地面上滑移。此后制動(dòng)力矩Tf即表現(xiàn)為靜摩擦力矩，而Ff=Tf/re即成為與相平衡以阻止車(chē)輪再旋轉(zhuǎn)的周緣力的極限值。當(dāng)制動(dòng)到F=0以后，地面制動(dòng)力FB達(dá)到附著力Fj值后就不再增大，而制動(dòng)器制動(dòng)力Ff由于踏板力Fp的增大使摩擦力矩Tf增大而繼續(xù)上升。根據(jù)汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的整車(chē)受力分析，考慮到制動(dòng)時(shí)的軸荷轉(zhuǎn)移，可求得地面對(duì)前、后軸車(chē)輪的法向反力Z1，Z2為：Z1=（2-4）Z2=（2-5）式中G汽車(chē)所受重力；L汽車(chē)軸距；L1汽車(chē)質(zhì)心離前軸距離；L2汽車(chē)質(zhì)心離后軸距離；hg汽

18、車(chē)質(zhì)心高度；g重力加速度；汽車(chē)制動(dòng)減速度。汽車(chē)總的地面制動(dòng)力為FB=Gq（2-6）式中q（q=）制動(dòng)強(qiáng)度，亦稱(chēng)比減速度或比制動(dòng)力；FB1，F(xiàn)B2前后軸車(chē)輪的地面制動(dòng)力。由以上兩式可求得前、后軸車(chē)輪附著力為F1=（2-7）F2=（2-8）上式表明：汽車(chē)在附著系數(shù)為任意確定值的路面上制動(dòng)時(shí)，各軸附著力即極限制動(dòng)力并非為常數(shù)，而是制動(dòng)強(qiáng)度q或總制動(dòng)力FB的函數(shù)。當(dāng)汽車(chē)各車(chē)輪制動(dòng)器的制動(dòng)力足夠時(shí)，根據(jù)汽車(chē)前、后軸的軸荷分配，前、后車(chē)輪制動(dòng)器制動(dòng)力的分配、道路附著系數(shù)和坡度情況等，制動(dòng)過(guò)程可能出現(xiàn)的情況有三種，即(1)前輪先抱死拖滑，然后后輪再抱死拖滑；(2)后輪先抱死拖滑，然后前輪再抱死拖滑；(3)前

19、、后輪同時(shí)抱死拖滑。在以上三種情況中，顯然是最后一種情況的附著條件利用得最好。由式(7)、式(8)不難求得在任何附著系數(shù)的路面上，前、后車(chē)輪同時(shí)抱死即前、后軸車(chē)輪附著力同時(shí)被充分利用的條件是=（2-9）=（2-10）式中Ff1前軸車(chē)輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，F(xiàn)f2后軸車(chē)輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，F(xiàn)B1前軸車(chē)輪的地面制動(dòng)力；FB2后軸車(chē)輪的地面制動(dòng)力；Z1，Z2地面對(duì)前、后軸車(chē)輪的法向反力；G汽車(chē)重力；L1，L2汽車(chē)質(zhì)心離前、后軸距離；hg汽車(chē)質(zhì)心高度。由式(9)可知，前、后車(chē)輪同時(shí)抱死時(shí)，前、后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力Ff1，F(xiàn)f2是的函數(shù)。由式(9)中消去，得Ff2=（2-11）式中L汽車(chē)的軸距。將上式繪成以Ff1

20、，F(xiàn)f2為坐標(biāo)的曲線，即為理想的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線，簡(jiǎn)稱(chēng)I曲線。如果汽車(chē)前、后制動(dòng)器的制動(dòng)力Ff1，F(xiàn)f2能按I曲線的規(guī)律分配，則能保證汽車(chē)在任何附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)，都能使前、后車(chē)輪同時(shí)抱死。然而，目前大多數(shù)兩軸汽車(chē)尤其是貨車(chē)的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力之比值為一定值，并以前制動(dòng)Ff1與汽車(chē)總制動(dòng)力Ff之比來(lái)表明分配的比例，稱(chēng)為汽車(chē)制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)：（2-12）又由于在附著條件所限定的范圍內(nèi)，地面制動(dòng)力在數(shù)值上等于相應(yīng)的制動(dòng)周緣力，故又可通稱(chēng)為制動(dòng)力分配系數(shù)14。圖2-1 某載貨汽車(chē)的I曲線和曲線2.2 同步附著系數(shù)式(2-12)可表達(dá)為（2-13）上式在圖2-1中是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)

21、且斜率為(1-)/的直線，它是具有制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)為的汽車(chē)的實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配線，簡(jiǎn)稱(chēng)線。圖中線與I曲線交于B點(diǎn)，可求出B點(diǎn)處的附著系數(shù)=0,則稱(chēng)線與I曲線交點(diǎn)處的附著系數(shù)0為同步附著系數(shù)。它是汽車(chē)制動(dòng)性能的一個(gè)重要參數(shù)，由汽車(chē)結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。同步附著系數(shù)的計(jì)算公式是：0=（2-14）對(duì)于前、后制動(dòng)器制動(dòng)力為固定比值的汽車(chē)，只有在附著系數(shù)等于同步附著系數(shù)0的路面上，前、后車(chē)輪制動(dòng)器才會(huì)同時(shí)抱死。當(dāng)汽車(chē)在不同值的路面上制動(dòng)時(shí)，可能有以下情況：(1)當(dāng)<0，線位于I曲線下方，制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱死。它雖是一種穩(wěn)定工況，但喪失轉(zhuǎn)向能力。(2)當(dāng)>0，線位于I曲線上方，制動(dòng)時(shí)總是

22、后輪先抱死，這時(shí)容易發(fā)生后軸側(cè)滑使汽車(chē)失去方向穩(wěn)定性。(3)當(dāng)=0，制動(dòng)時(shí)汽車(chē)前、后輪同時(shí)抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也失去轉(zhuǎn)向能力。為了防止汽車(chē)的前輪失去轉(zhuǎn)向能力和后輪產(chǎn)生側(cè)滑，希望在制動(dòng)過(guò)程中，在即將出現(xiàn)車(chē)輪抱死但尚無(wú)任何車(chē)輪抱死時(shí)的制動(dòng)減速度，為該車(chē)可能產(chǎn)生的最高減速度。分析表明，汽車(chē)在同步附著系數(shù)0的路面上制動(dòng)(前、后車(chē)輪同時(shí)抱死)時(shí)，其制動(dòng)減速度為du/dt=qg=0g，即q=0，q為制動(dòng)強(qiáng)度。而在其他附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)，達(dá)到前輪或后輪即將抱死時(shí)的制動(dòng)強(qiáng)度q<，這表明只有在=0的路面上，地面的附著條件才得到充分利用。附著條件的利用情況可用附著系數(shù)利用率 (或附著力利用率)來(lái)表達(dá)

23、，可定義為：（2-15）式中FB汽車(chē)總的地面制動(dòng)力,G汽車(chē)所受重力；q制動(dòng)強(qiáng)度。當(dāng)=0時(shí)， q=0，=1,利用率最高。直至20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)道路條件還不很好，汽車(chē)行駛速度也不很高，后輪抱死側(cè)滑的后果也不顯得像前輪抱死喪失轉(zhuǎn)向能力那樣嚴(yán)重，因此往往將0值定得較低，即處于常遇附著系數(shù)范圍的中間偏低區(qū)段。但當(dāng)今道路條件大為改善，汽車(chē)行駛速度也大為提高，因而汽車(chē)因制動(dòng)時(shí)后輪先抱死引起的后果十分嚴(yán)重。由于車(chē)速高，它不僅會(huì)引起側(cè)滑甩尾甚至?xí){(diào)頭而喪失操縱穩(wěn)定性。后輪先抱死的情況是最不希望發(fā)生的。因此各類(lèi)轎車(chē)和一般載貨汽車(chē)的0值有增大的趨勢(shì)。如何選擇同步附著系數(shù)0，是采用恒定前后制動(dòng)力分配比的汽車(chē)制動(dòng)系

24、設(shè)計(jì)中的一個(gè)較重要的問(wèn)題。在汽車(chē)總重和質(zhì)心位置已定的條件下，0的數(shù)值就決定了前后制動(dòng)力的分配比。0的選擇與很多因數(shù)有關(guān)。首先，所選的0應(yīng)使得在常用路面上，附著系數(shù)利用率較高。具體而言，若主要是在較好的路面上行駛，則選的0值可偏高些，反之可偏低些。從緊急制動(dòng)的觀點(diǎn)出發(fā)，0值宜取高些。汽車(chē)若常帶掛車(chē)行駛或常在山區(qū)行駛，0值宜取低些。此外，0的選擇還與汽車(chē)的操縱性、穩(wěn)定性的具體要求有關(guān)，與汽車(chē)的載荷情況也有關(guān)。總之，0的選擇是一個(gè)綜合性的問(wèn)題，上述各因數(shù)對(duì)0的要求往往是相互矛盾的。因此，不可能選一盡善盡美的0值，只有根據(jù)具體條件的不同，而有不同的側(cè)重點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，空滿載的同步附著系數(shù)0和0應(yīng)在下

25、列范圍內(nèi)：轎車(chē)：0.650.80；輕型客車(chē)、輕型貨車(chē)：0.550.70；大型客車(chē)及中重型貨車(chē)：0.450.65?，F(xiàn)代汽車(chē)多裝有比例閥或感載比例閥等制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置，可根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度、載荷等因素來(lái)改變前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的比值，使之接近于理想制動(dòng)力分配曲線。為保證汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和有足夠的附著系數(shù)利用率，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(ECE)的制動(dòng)法規(guī)規(guī)定，在各種載荷情況下，轎車(chē)在0.15q0.8，其他汽車(chē)在0.15q0.3的范圍內(nèi)，前輪均應(yīng)能先抱死；在車(chē)輪尚未抱死的情況下，在0.20.8的范圍內(nèi)，必須滿足q0.1+0.85(-0.2)。2.3 制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩應(yīng)合理地確定前、后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩，以

26、保證汽車(chē)有良好的制動(dòng)效能和穩(wěn)定性。最大制動(dòng)力是在汽車(chē)附著質(zhì)量被完全利用的條件下獲得的，這時(shí)制動(dòng)力與地面作用于車(chē)輪的法向力Z1,Z2成正比。由式(9)可知，雙軸汽車(chē)前、后車(chē)輪附著力同時(shí)被充分利用或前、后輪同時(shí)抱死時(shí)的制動(dòng)力之比為（2-16）式中L1，L2汽車(chē)質(zhì)心離前、后軸距離; 0同步附著系數(shù)；hg汽車(chē)質(zhì)心高度。通常，上式的比值：轎車(chē)約為1.31.6；貨車(chē)約為0.50.7。制動(dòng)器所能產(chǎn)生的制動(dòng)力矩，受車(chē)輪的計(jì)算力矩所制約，即（2-17）（2-18）式中前軸制動(dòng)器的制動(dòng)力，=Z1后軸制動(dòng)器的制動(dòng)力，=Z2Z1作用于前軸車(chē)輪上的地面法向反力；Z2作用于后軸車(chē)輪上的地面法向反力；re車(chē)輪有效半徑。對(duì)于

27、常遇到的道路條件較差、車(chē)速較低因而選取了較小的同步附著系數(shù)0值的汽車(chē)，為了保證在>0的良好的路面上（例如=0.7）能夠制動(dòng)到后軸和前軸先后抱死滑移（此時(shí)制動(dòng)強(qiáng)度=q），前、后軸的車(chē)輪制動(dòng)器所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力力矩為（2-19）（2-20）對(duì)于選取較大0值的各類(lèi)汽車(chē)，則應(yīng)從保證汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性出發(fā)，來(lái)確定各軸的最大制動(dòng)力矩。當(dāng)>時(shí)，相應(yīng)的極限制動(dòng)強(qiáng)度q<，故所需的后軸和前軸的最大制動(dòng)力矩為（2-21）（2-22）式中該車(chē)所能遇到的最大附著系數(shù)；q制動(dòng)強(qiáng)度，由式(22)確定；re車(chē)輪有效半徑。一個(gè)車(chē)輪制動(dòng)器應(yīng)有的最大制動(dòng)力矩為按上列公式計(jì)算結(jié)果的半值13。3 ADAMS軟件簡(jiǎn)介

28、本章對(duì)基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的商業(yè)軟件ADAMS進(jìn)行扼要介紹，并分類(lèi)介紹ADAMS軟件的主要模塊，包括基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域模塊和工具箱。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，可以對(duì)ADAMS軟件的主要模塊有個(gè)概要性的了解，便于以后對(duì)各模塊具體內(nèi)容的學(xué)習(xí)掌握6。3.1ADAMS軟件概述ADAMS，即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，該軟件是美國(guó)MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)開(kāi)發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。目前，ADAMS己經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。根據(jù)1999年機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真

29、分析軟件國(guó)際市場(chǎng)份額的統(tǒng)計(jì)資料，ADAMS軟件銷(xiāo)售總額近八千萬(wàn)美元、占據(jù)了51%的份額。ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫(kù)、約束庫(kù)、力庫(kù)，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，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，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預(yù)測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測(cè)、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等。ADAMS一方面是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對(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(kāi)發(fā)工具，其開(kāi)放性的

30、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(lèi)型虛擬樣機(jī)分析的二次開(kāi)發(fā)工具平臺(tái)。ADAMS軟件有兩種操作系統(tǒng)的版本：UNIX版和Windows NT/2000版。本書(shū)將以Windows 2000版的ADAMS l2.0為藍(lán)本進(jìn)行介紹。ADAMS軟件由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱5類(lèi)模塊組成，如表3.1所示。用戶不僅可以采用通用模塊對(duì)一般的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而且可以采用專(zhuān)用模塊針對(duì)特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問(wèn)題進(jìn)行快速有效的建模與仿真分析。 表3.1 ADAMAS軟件模塊基本模塊用戶界面模塊ADAMSView求解器模塊ADAMSSolver后處理模塊ADAMSPostProce

31、ssor擴(kuò)展模塊液壓系統(tǒng)模塊ADAMS/Hydraulics振動(dòng)分析模塊ADAMS/Vibration線性化分析模塊ADAMS/Linear高速動(dòng)畫(huà)模塊ADAMS/Animation試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析模塊ADAMS/Insight耐久性分析模塊ADAMS/Durability數(shù)字化裝配回放模塊ADAMS/DMU Replay接口模塊柔性分析模塊ADAMS/Flex控制模塊ADAMS/Controls圖形接口模塊ADAMS/ExchangeCATIA專(zhuān)業(yè)接口模塊CAT/ADAMSPro/E接口模塊Mechanical/Pro專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域模塊轎車(chē)模塊ADAMS/Car懸架設(shè)計(jì)軟件包Suspension D

32、esign概念化懸架模塊CSM駕駛員模塊ADAMS/Driver動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模塊ADAMS/Driveline輪胎模塊ADAMS/Tire柔性環(huán)輪胎模塊FTire Module柔性體生成器模塊ADAMS/FBG經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型EDM發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)模塊ADAMS/Engine配氣機(jī)構(gòu)模塊ADAMS/Engine Valvetrain正時(shí)鏈模塊ADAMS/Engine Chain附件驅(qū)動(dòng)模塊Accessory Drive Module鐵路車(chē)輛模塊ADAMS/RailFORD汽車(chē)公司專(zhuān)用汽車(chē)模塊ADAMS/Pre工具箱軟件開(kāi)發(fā)工具包ADAMS/SDK虛擬試驗(yàn)工具箱Virtual Test Lab虛擬試驗(yàn)?zāi)?/p>

33、態(tài)分析工具箱Virtual Experiment Modal Analysis鋼板彈簧工具箱Leafspring Toolkit飛機(jī)起落架工具箱ADAMS/Landing Gear履帶/輪胎式車(chē)輛工具箱Tracked/Wheeled Vehicle齒輪傳動(dòng)工具箱ADAMS/Gear Tool3.2ADAMS軟件基本模塊用戶界面模塊(ADAMS/View)ADAMS/View是ADAMS系列產(chǎn)品的核心模塊之一，采用以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境，將圖標(biāo)操作、菜單操作、鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作與交互式圖形建模、仿真計(jì)算、動(dòng)畫(huà)顯示、優(yōu)化設(shè)計(jì)、XY曲線圖處理、結(jié)果分析和數(shù)據(jù)打印等功能集成在一起。ADAMS/View

34、采用簡(jiǎn)單的分層方式完成建模工作。采用Parasolid內(nèi)核進(jìn)行實(shí)體建模，并提供了豐富的零件幾何圖形庫(kù)、約束庫(kù)和力/力矩庫(kù)，并且支持布爾運(yùn)算、支持FORTRAN/77和FORTRAN/90中的函數(shù)。除此之外，還提供了豐富的位移函數(shù)、速度函數(shù)、加速度函數(shù)、接觸函數(shù)、樣條函數(shù)、力/力矩函數(shù)、合力/力矩函數(shù)、數(shù)據(jù)元函數(shù)、若干用戶子程序函數(shù)以及常量和變量等。自9.0版后，ADAMS/View采用用戶熟悉的Motif界面(UNIX系統(tǒng))和Windows界面(NT系統(tǒng))，從而大大提高了快速建模能力。在ADAMS/View中，用戶利用TABLE EDITOR，可像用EXCEL一樣方便地編輯模型數(shù)據(jù)，同時(shí)還提供

35、了PLOT BROWSER和FUNCTION BUILDER工具包。DS(設(shè)計(jì)研究)、DOE(實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì))及OPTIMIZE(優(yōu)化)功能可使用戶方便地進(jìn)行優(yōu)化工作。ADAMS/View有自己的高級(jí)編程語(yǔ)言，支持命令行輸入命令和C+語(yǔ)言，有豐富的宏命令以及快捷方便的圖標(biāo)、菜單和對(duì)話框創(chuàng)建和修改工具包，而且具有在線幫助功能。ADAMS/View模塊界面如圖3 -1所示。圖3 -1 ADAMS/View模塊ADAMS/View新版采用了改進(jìn)的動(dòng)畫(huà)/曲線圖窗口，能夠在同一窗口內(nèi)可以同步顯示模型的動(dòng)畫(huà)和曲線圖；具有豐富的二維碰撞副，用戶可以對(duì)具有摩擦的二維點(diǎn)曲線、圓曲線、平面曲線，以及曲線曲線、實(shí)體實(shí)體等

36、碰撞副自動(dòng)定義接觸力；具有實(shí)用的Parasolid輸入/輸出功能，可以輸入CAD中生成的Parasolid文件，也可以把單個(gè)構(gòu)件、或整個(gè)模型、或在某一指定的仿真時(shí)刻的模型輸出到一個(gè)Parasolid文件中；具有新型數(shù)據(jù)庫(kù)圖形顯示功能，能夠在同一圖形窗口內(nèi)顯示模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇某一構(gòu)件或約束(運(yùn)動(dòng)副或力)后顯示與此項(xiàng)相關(guān)的全部數(shù)據(jù)；具有快速繪圖功能，繪圖速度是原版本的20倍以上；采用合理的數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)向器，可以在一次作業(yè)中利用一個(gè)名稱(chēng)過(guò)濾器修改同一名稱(chēng)中多個(gè)對(duì)象的屬性，便于修改某一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的名稱(chēng)及其說(shuō)明內(nèi)容；具有精確的幾何定位功能，可以在創(chuàng)建模型的過(guò)程中輸入對(duì)象的坐標(biāo)、精確地控制對(duì)象的位置；多

37、種平臺(tái)上采用統(tǒng)一的用戶界面、提供合理的軟件文檔；支持Windows NT平臺(tái)的快速圖形加速卡，確保ADAMS/View的用戶可以利用高性能OpenGL圖形卡提高軟件的性能；命令行可以自動(dòng)記錄各種操作命令，進(jìn)行自動(dòng)檢查。 求解器模塊 (ADAMS/Solver)ADAMS/Solver是ADAMS系列產(chǎn)品的核心模塊之一，是ADAMS產(chǎn)品系列中處于心臟地位的仿真器。該軟件自動(dòng)形成機(jī)械系統(tǒng)模型的動(dòng)力學(xué)方程，提供靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的解算結(jié)果。ADAMS/Solver有各種建模和求解選項(xiàng)，以便精確有效地解決各種工程應(yīng)用問(wèn)題。ADAMS/Solver可以對(duì)剛體和彈性體進(jìn)行仿真研究。為了進(jìn)行有限元分析和

38、控制系統(tǒng)研究，用戶除要求軟件輸出位移、速度、加速度和力外，還可要求模塊輸出用戶自己定義的數(shù)據(jù)。用戶可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)激勵(lì)，高副接觸、用戶定義的子程序等添加不同的約束。用戶同時(shí)可求解運(yùn)動(dòng)副之間的作用力和反作用力，或施加單點(diǎn)外力。ADAMS/Solver新版中對(duì)校正功能進(jìn)行了改進(jìn)，使得積分器能夠根據(jù)模型的復(fù)雜程度自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，仿真計(jì)算速度提高了30%；采用新的S12型積分器(Stabilized Index 2 intergrator)，能夠同時(shí)求解運(yùn)動(dòng)方程組的位移和速度，顯著增強(qiáng)積分器的魯棒性，提高復(fù)雜系統(tǒng)的解算速度；采用適用于柔性單元(梁、襯套、力場(chǎng)、彈簧阻尼器)的新算法，可提高S12型積分

39、器的求解精度和魯棒性；可以將樣條數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成獨(dú)立文件使之管理更加方便，并且spline語(yǔ)句適用于各種樣條數(shù)據(jù)文件，樣條數(shù)據(jù)文件子程序還支持用戶定義的數(shù)據(jù)格式；具有豐富的約束摩擦特性功能，在Translational, Revolute, Hooks, Cylindrical, Spherical, Universal等約束中可定義各種摩擦特性。 后處理模塊 (ADAMS/PostProcessor)MDI公司開(kāi)發(fā)的后處理模塊ADAMS/Postprocessor，用來(lái)處理仿真結(jié)果數(shù)據(jù)、顯示仿真動(dòng)畫(huà)等。既可以在ADAMS/View環(huán)境中運(yùn)行，也可脫離該環(huán)境獨(dú)立運(yùn)行。如圖3 -2所示。ADAMS/P

40、ostProcessor的主要特點(diǎn)是：采用快速高質(zhì)量的動(dòng)畫(huà)顯示，便于從可視化角度深入理解設(shè)計(jì)方案的有效性；使用樹(shù)狀搜索結(jié)構(gòu)，層次清晰，并可快速檢索對(duì)象；具有豐富的數(shù)據(jù)作圖、數(shù)據(jù)處理及文件輸出功能；具有靈活多變的窗口風(fēng)格，支持多窗口畫(huà)面分割顯示及多頁(yè)面存儲(chǔ)；多視窗動(dòng)畫(huà)與曲線結(jié)果同步顯示，并可錄制成電影文件；具有完備的曲線數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能：如均值、均方根、極值、斜率等；具有豐富的數(shù)據(jù)處理功能，能夠進(jìn)行曲線的代數(shù)運(yùn)算、反向、偏置、縮放、編輯和生成波特圖等；為光滑消隱的柔體動(dòng)畫(huà)提供了更優(yōu)的內(nèi)存管理模式；強(qiáng)化了曲線編輯工具欄功能；能支持模態(tài)形狀動(dòng)畫(huà)，模態(tài)形狀動(dòng)畫(huà)可記錄的標(biāo)準(zhǔn)圖形文件格式有：*.gif，*.j

41、pg，*.bmp，*.xpm，*.avi 等；在日期、分析名稱(chēng)、頁(yè)數(shù)等方面增加了圖表動(dòng)畫(huà)功能；可進(jìn)行幾何屬性的細(xì)節(jié)的動(dòng)態(tài)演示。圖3 -2ADAMS后處理模塊 ADAMS/PostProcessor的主要功能包括：為用戶觀察模型的運(yùn)動(dòng)提供了所需的環(huán)境，用戶可以向前、向后播放動(dòng)畫(huà)，隨時(shí)中斷播放動(dòng)畫(huà)，而且可以選擇最佳觀察視角，從而使用戶更容易地完成模型排錯(cuò)任務(wù)；為了驗(yàn)證ADAMS仿真分析結(jié)果數(shù)據(jù)的有效性，可以輸入測(cè)試數(shù)據(jù)，并測(cè)試數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖比較，還可對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算、對(duì)輸出進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；用戶可以對(duì)多個(gè)模擬結(jié)果進(jìn)行圖解比較，選擇合理的設(shè)計(jì)方案；可以幫助用戶再現(xiàn)ADAMS中的仿真分析

42、結(jié)果數(shù)據(jù)，以提高設(shè)計(jì)報(bào)告的質(zhì)量；可以改變圖表的形式，也可以添加標(biāo)題和注釋?zhuān)豢梢暂d入實(shí)體動(dòng)畫(huà)，從而加強(qiáng)仿真分析結(jié)果數(shù)據(jù)的表達(dá)效果；還可以實(shí)現(xiàn)在播放三維動(dòng)畫(huà)的同時(shí)，顯示曲線的數(shù)據(jù)位置，從而可以觀察運(yùn)動(dòng)與參數(shù)變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系7。 轎車(chē)模塊(ADAMS/Car)ADAMS/Car是MDI公司與Audi、BMW、Renault和Volvo等公司合作開(kāi)發(fā)的整車(chē)設(shè)計(jì)軟件包，集成了他們?cè)谄?chē)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)方面的專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，能夠幫助工程師快速建造高精度的整車(chē)虛擬樣機(jī)，其中包括車(chē)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，工程師可以通過(guò)高速動(dòng)畫(huà)直觀地再現(xiàn)在各種試驗(yàn)工況下(例如：天氣、道路狀況、駕駛員經(jīng)驗(yàn))整車(chē)的動(dòng)力

43、學(xué)響應(yīng)，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)間只是進(jìn)行物理樣機(jī)試驗(yàn)的幾分之一。ADAMS/Car采用的用戶化界面是有成效的開(kāi)發(fā)工作。ADAMS/Car中包括整車(chē)動(dòng)力學(xué)模塊(Vehicle Dynamics)和懸架設(shè)計(jì)模塊(Suspension Design)，其仿真工況包括：方問(wèn)盤(pán)角階躍、斜坡和脈沖輸入、蛇行穿越試驗(yàn)、漂根據(jù)汽車(chē)工程師的習(xí)慣而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的。工程師不必經(jīng)過(guò)任何專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，就可以應(yīng)用該軟件開(kāi)展卓移試驗(yàn)、加速試驗(yàn)、制動(dòng)試驗(yàn)和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向試驗(yàn)等，同時(shí)還可以設(shè)定試驗(yàn)過(guò)程中的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度、變速器檔位等。4基于ADAMS 的汽車(chē)建模基于ADMA

44、S 軟件建立的整車(chē)虛擬模型由前懸架系統(tǒng)、后懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、車(chē)身系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)以及輪胎系統(tǒng)組成。本文重點(diǎn)討論制動(dòng)系統(tǒng)、輪胎系統(tǒng)和車(chē)身系統(tǒng)的建模和參數(shù)設(shè)置。4.1主要系統(tǒng)模型4.1.1前懸架系統(tǒng)該車(chē)的前懸架為雙橫臂獨(dú)立懸架，簡(jiǎn)化后的前懸架系統(tǒng)模型由上橫臂、下橫臂、立柱、前橫向穩(wěn)定桿、連桿、轉(zhuǎn)向橫拉桿、減震器支座、輪心軸、前副車(chē)架以及減震器的上、下端組成。減震器上端與車(chē)身由彈性襯套（不考慮彈性襯套時(shí)為萬(wàn)向節(jié)鉸鏈）相連，減震器的上、下端由圓柱副和彈簧、阻尼器力元相連；上橫臂與車(chē)身由2個(gè)彈性襯套（不考慮彈性襯套時(shí)為轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈）相連，上橫臂與立柱由球鉸相連；連桿和減震器支座由球鉸相連；

45、轉(zhuǎn)向橫拉桿與轉(zhuǎn)向齒條由恒速副相連，轉(zhuǎn)向橫拉桿與立柱由球鉸相連；輪心軸與立柱由轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈相連；下橫臂與立柱由球鉸相連；輪心軸與驅(qū)動(dòng)軸由恒速副相連；驅(qū)動(dòng)軸和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出軸由恒速副相連；下橫臂與前副車(chē)架由2個(gè)彈性襯套（不考慮彈性襯套時(shí)為轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈）相連；前副車(chē)架與車(chē)身由6個(gè)彈性襯套（不考慮彈性襯套時(shí)為固定鉸鏈）相連；動(dòng)力輸出軸與驅(qū)動(dòng)軸由恒速副相連；減震器支座與下橫臂由彈性襯套（不考慮彈性襯套時(shí)為萬(wàn)向節(jié)鉸鏈）相連，減震器支座與減震器下端由固定副相連。前橫向穩(wěn)定桿分成左、右對(duì)稱(chēng)的2個(gè)部分，2部分之間由1個(gè)旋轉(zhuǎn)副和1個(gè)扭轉(zhuǎn)彈簧阻尼器相連，以該扭轉(zhuǎn)彈簧阻尼器的扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼來(lái)模擬實(shí)際橫向穩(wěn)定桿的扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼

46、。橫向穩(wěn)定桿與連桿由恒速副相連，橫向穩(wěn)定桿與前副車(chē)架由1個(gè)彈性襯套相連，如圖4-1所示9。圖4-1 前懸架總成4.1.2后懸架系統(tǒng)該車(chē)的后懸架系統(tǒng)為雙橫臂獨(dú)立懸架，簡(jiǎn)化后的后懸架模型由上橫臂、下橫臂、立柱、動(dòng)力輸出軸、輪心軸以及減震器的上、下端組成，如圖4-2所示。圖4-2 后懸架系統(tǒng)4.1.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)該車(chē)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一個(gè)齒輪齒條式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，簡(jiǎn)化后的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由方向盤(pán)、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)向輸出軸、轉(zhuǎn)向齒輪、轉(zhuǎn)向齒條以及轉(zhuǎn)向齒條套組成。當(dāng)轉(zhuǎn)向齒輪轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度時(shí)，液壓動(dòng)力活塞上會(huì)產(chǎn)生壓強(qiáng)差，從而產(chǎn)生幫助轉(zhuǎn)向的助力。該液壓系統(tǒng)輸出的動(dòng)力是通過(guò)編輯特性文件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。方向盤(pán)與轉(zhuǎn)向軸間為旋轉(zhuǎn)副，

47、轉(zhuǎn)向軸與車(chē)身間為旋轉(zhuǎn)副，這2個(gè)旋轉(zhuǎn)副之間為復(fù)合鉸鏈；轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸與轉(zhuǎn)向軸之間為萬(wàn)向節(jié)鉸鏈，轉(zhuǎn)向輸出軸與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸之間為萬(wàn)向節(jié)鉸鏈；轉(zhuǎn)向輸出軸與轉(zhuǎn)向齒條套間為旋轉(zhuǎn)副，轉(zhuǎn)向齒輪與轉(zhuǎn)向齒條套間為旋轉(zhuǎn)副，這2個(gè)旋轉(zhuǎn)副之間為復(fù)合鉸鏈；轉(zhuǎn)向齒條與轉(zhuǎn)向齒條套間為滑動(dòng)副，該約束副和轉(zhuǎn)向齒輪與轉(zhuǎn)向齒條套間為旋轉(zhuǎn)副之間為復(fù)合鉸鏈；轉(zhuǎn)向齒輪與轉(zhuǎn)向輸出軸由彈性襯套相連，轉(zhuǎn)向齒條套與車(chē)身之間由2個(gè)襯套（不考慮彈性襯套時(shí)為固定鉸鏈）相連；轉(zhuǎn)向齒條與轉(zhuǎn)向橫拉桿之間為球副10。4.1.4 制動(dòng)系統(tǒng)該車(chē)前、后輪制動(dòng)器均采用液壓盤(pán)式制動(dòng)器。在ADAMS 中將盤(pán)式制動(dòng)器簡(jiǎn)化成制動(dòng)鉗和制動(dòng)盤(pán)兩部分，其中制動(dòng)鉗通過(guò)輸入通訊器與懸架的立柱

48、連接，制動(dòng)盤(pán)通過(guò)輸入通訊器安裝在車(chē)輪上。制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)鉗之間以一個(gè)單作用力矩制動(dòng)器定義制動(dòng)力矩。制動(dòng)力矩由公式（4-1）計(jì)算得到：T=（4-1）式中：A 制動(dòng)輪缸活塞面積，mm2 ；P 制動(dòng)輪缸的制動(dòng)液壓；制動(dòng)鉗摩擦襯片和制動(dòng)盤(pán)之間的摩擦系數(shù)；R 有效制動(dòng)半徑，mm；（4-2）式中： 前制動(dòng)器液壓與前、后制動(dòng)器液壓總和的比值，仿真分析時(shí)輸入的踏板力，N ；從輸入的踏板力到前、后制動(dòng)器液壓的轉(zhuǎn)換系數(shù)。鑒于汽車(chē)制動(dòng)穩(wěn)定性影響因素的多面性和不可預(yù)知性，而該車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)建模時(shí)左、右車(chē)輪施加的是相同的制動(dòng)力矩，因此本文建立的制動(dòng)系統(tǒng)模型僅用于制動(dòng)效能的仿真研究，而不能用于制動(dòng)穩(wěn)定性方面的分析。另外，該制動(dòng)系

49、統(tǒng)模型不含ABS 功能，僅考察該車(chē)在ABS 系統(tǒng)產(chǎn)生作用之前的制動(dòng)效能。4.2整車(chē)模型的建立各子系統(tǒng)建立完成后，在標(biāo)準(zhǔn)模式(Standardinterface)下將所建各子系統(tǒng)模型與整車(chē)測(cè)試臺(tái)(MDI_SDI_TESTRIG)組裝在一起，得到整車(chē)多體動(dòng)力學(xué)仿真模型，如圖4-4所示。表4.1為該車(chē)滿載時(shí)整車(chē)及制動(dòng)系統(tǒng)原始設(shè)計(jì)參數(shù)。圖4-3 建立整車(chē)模型圖4-4 整車(chē)模型表4.1 整車(chē)及制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)整車(chē)總質(zhì)量/kg1528軸距/mm2608質(zhì)心距前軸距離/mm1482重心離地高度/mm432前制動(dòng)盤(pán)作用半徑/mm140后制動(dòng)盤(pán)作用半徑/mm125前卡鉗油缸直徑/mm53后卡鉗油缸直徑/mm48前、

50、后制動(dòng)器摩擦系數(shù)0.42前后制動(dòng)管路油壓分配系數(shù)0.64.3原車(chē)直線制動(dòng)仿真4.3.1仿真標(biāo)準(zhǔn)本文直線制動(dòng)性能仿真分析的進(jìn)行步驟參照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB126761999），此標(biāo)準(zhǔn)適合于轎車(chē)、客車(chē)及貨車(chē)11。4.3.2仿真條件在附著系數(shù)為0.8的良好路面上，對(duì)整車(chē)進(jìn)行直線制動(dòng)仿真試驗(yàn)。4.3.3仿真方法仿真時(shí)間為6 s，汽車(chē)以80 km/h初速度運(yùn)動(dòng)1 s后開(kāi)始制動(dòng)，制動(dòng)強(qiáng)度為100%，制動(dòng)器起作用時(shí)間為0.22 s。分析仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配嚴(yán)重不合理，有必要對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以減小制動(dòng)距離，滿足法規(guī)要求。圖4-5 直線制動(dòng)仿真圖4-6 仿真結(jié)果在附著系數(shù)為0.8

51、的路面上進(jìn)行制動(dòng)仿真試驗(yàn)。以80km/h初速行駛1 s后開(kāi)始制動(dòng)，強(qiáng)度為100%，制動(dòng)器起作用時(shí)間為0.22 s，仿真時(shí)間為6 s。制動(dòng)距離46.16 m。5制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)5.1優(yōu)化目標(biāo)和設(shè)計(jì)參數(shù)汽車(chē)制動(dòng)距離越短，則制動(dòng)效能越高，故將制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)定為制動(dòng)距離最短。決定汽車(chē)制動(dòng)距離的主要因素是：制動(dòng)器起作用的時(shí)間、制動(dòng)減速度以及起始車(chē)速。由于整車(chē)制動(dòng)器型式不變，仿真初始制動(dòng)車(chē)速設(shè)定后，只需考慮影響最大制動(dòng)減速度的汽車(chē)參數(shù)。制動(dòng)器制動(dòng)力矩的大小直接影響制動(dòng)減速度的大小。由公式（1）可知，制動(dòng)器制動(dòng)力矩的大小與制動(dòng)軟管油液的壓強(qiáng)有關(guān)。而制動(dòng)軟管油液壓強(qiáng)P 又與前后制動(dòng)管路壓強(qiáng)分配

52、系數(shù)密切相關(guān)，增加，前制動(dòng)器制動(dòng)力矩增加，后制動(dòng)器制動(dòng)力矩減小，因此，將作為優(yōu)化參數(shù)之一。該車(chē)為發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)，前輪要求的制動(dòng)器制動(dòng)力較大，將變化范圍定在0.600.73 之間。由式（1）又知，增大摩擦系數(shù)、制動(dòng)輪缸活塞面積和制動(dòng)盤(pán)的有效制動(dòng)半徑，會(huì)使制動(dòng)器制動(dòng)力矩增大。摩擦系數(shù)主要取決于摩擦材料種類(lèi)，根據(jù)零件的供應(yīng)情況，有三種摩擦系數(shù)的制動(dòng)塊可供選擇，摩擦系數(shù)分別為0.38、0.40、0.42，因此將前、后制動(dòng)器的摩擦系數(shù)作為優(yōu)化參數(shù)。另外，將前、后制動(dòng)輪缸活塞面積也作為優(yōu)化參數(shù)，前輪缸活塞面積變化范圍為22002600 mm2（缸徑為5356mm）, 后輪缸活塞面積變化范圍為18002

53、000mm2（缸徑為4850mm）。由于制動(dòng)盤(pán)的有效制動(dòng)半徑大小受輪輞尺寸的限制，前制動(dòng)盤(pán)尺寸的設(shè)計(jì)還必需考慮其與轉(zhuǎn)向節(jié)的相對(duì)位置，制動(dòng)盤(pán)有效制動(dòng)半徑可變動(dòng)范圍很小，故不作為優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。另外，制動(dòng)減速度受地面附著力的限制。地面附著力取決于輪胎與路面間的垂直載荷和附著系數(shù)，這兩方面又會(huì)受很多因素的影響，其中一些因素在汽車(chē)的實(shí)際行駛過(guò)程中又是隨機(jī)的。如整車(chē)重量和質(zhì)心位置影響著前后車(chē)輪的垂直載荷與其轉(zhuǎn)移量的大小，但整車(chē)的質(zhì)量、質(zhì)心的位置和軸距在汽車(chē)總布置設(shè)計(jì)完成后不能輕易變動(dòng)，因此這些參數(shù)不作為優(yōu)化參數(shù)12。圖5-1 制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化參數(shù)5.2優(yōu)化方法與結(jié)果Adams/Insight模塊是MSC公司的

54、試驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件，利用該模塊用戶可以進(jìn)行單目標(biāo)或多目標(biāo)優(yōu)化，自變量可以是連續(xù)的，也可以是離散的。在Insight中，將前后制動(dòng)管路油壓分配系數(shù)、前制動(dòng)器的摩擦系數(shù)、后制動(dòng)器的摩擦系數(shù)、前輪缸活塞面積、后輪缸活塞面積作為制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)因素，以制動(dòng)距離最短為響應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)尋求最優(yōu)解，本文用響應(yīng)面法，用交互模式來(lái)擬合設(shè)計(jì)因素與響應(yīng)之間的關(guān)系。響應(yīng)面方法(Response surfacemethodology，RSM)是用一個(gè)超曲面來(lái)近似地替代實(shí)際的復(fù)雜結(jié)構(gòu)輸入與輸出的關(guān)系，即通過(guò)近似構(gòu)造一個(gè)具有明確表達(dá)形式的多項(xiàng)式來(lái)表達(dá)隱式功能函數(shù)。它能在多因素起作用的設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，快速找出主要

55、因素及各因素間的交互作用關(guān)系，擬合出因素與響應(yīng)之間的數(shù)學(xué)模型方程，并且找到最優(yōu)化條件，對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。擬合結(jié)果的可靠性用確定性系數(shù)R2來(lái)檢驗(yàn)，R2介于01之間，越大越好，通常好的擬合應(yīng)該大于0.9。5.2.1創(chuàng)建設(shè)計(jì)矩陣ADAMS/Car可以將ADAMS/Car實(shí)體里的設(shè)計(jì)因素導(dǎo)入到ADAMS/Insight里。將制動(dòng)距離chasss_displacement_longitudinal添加到優(yōu)化目標(biāo)。待選因素：在創(chuàng)建設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí)，第一步就是要選擇你需要的因素到設(shè)計(jì)矩陣?yán)铮獜臉?shù)形圖中的候選對(duì)象里選擇因素，然后在將它們放到被選目錄里，將這些因素放在被選目錄里。把候選因素放在包含目錄里使他們成為設(shè)計(jì)

56、矩陣的一部分。把所候選的設(shè)計(jì)因素放在包含目錄里：圖5-1 Insight模塊中影響參數(shù)更改設(shè)計(jì)因素當(dāng)把所需要的設(shè)計(jì)因素提出來(lái)之后，在因素設(shè)置面板中定義相關(guān)的參數(shù)，更改設(shè)計(jì)因素：1）在樹(shù)形圖中，在已選目錄里找到動(dòng)管路壓強(qiáng)分配系數(shù)、前輪缸活塞面積、后輪缸活塞面積、前制動(dòng)器的摩擦系數(shù)、后制動(dòng)器的摩擦系數(shù),選擇因素設(shè)置面板在視口中顯示如下：圖5-2 更改設(shè)計(jì)因素2）對(duì)setting進(jìn)行設(shè)定，變化范圍為,其它的部分都采用默認(rèn)設(shè)置。3）選擇Apply.ADAMS/Insight就將這些設(shè)計(jì)因素的設(shè)置保存起來(lái)。4）對(duì)于hpl_tierod_outer.y和hpl_tierod_outer.z都按步驟2采用與

57、上面相似的設(shè)置，并輸入適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)稱(chēng)。提出并更改響應(yīng)將候選的響應(yīng)提到已選名單里：對(duì)響應(yīng)的更改是非常少的，只需要填上單位，改變其中一個(gè)參數(shù)就行了。提出響應(yīng)的方法與提出因素的方法一樣。響應(yīng)面法是一套數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合的方法，是用一個(gè)超曲面來(lái)近似地替代實(shí)際的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的輸入與輸出關(guān)系的方法。其基本思想是數(shù)值仿真分析或試驗(yàn)方法，通過(guò)近似構(gòu)造一個(gè)具體有明確表達(dá)形式的多項(xiàng)式來(lái)表達(dá)系統(tǒng)響應(yīng)和系統(tǒng)隨機(jī)輸入變量之間的關(guān)系。用來(lái)尋找考慮了輸入變量值的變異或不確定性之后的最佳響應(yīng)值。它能在多因子起作用的設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，快速找出主要因子及各因子之間的交互作用關(guān)系，擬合出因子與響應(yīng)之間的數(shù)學(xué)模型方程，并目找到最優(yōu)化條件，對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。對(duì)多元二階響應(yīng)面模型一般公