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2004 年 MSC.Software 中国用户论文集

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应用 MSC.ADAMS

进行运动干涉建模和仿真分析
白金刚

上海汇众汽车制造有限公司研究开发中心

2004 年 MSC.Software 中国用户论文集
应用 MSC.ADAMS 进行运动干涉建模和仿真分析
Build A Model And Study Clearance With MSC.ADAMS
白金刚
(上海汇众汽车制造有限公司研究开发中心)

摘 要 : 在汽车转向和悬架变形时，主销定位角和轮距以及车轮的转角、倾角、前束等参 数会发生变化。本文以某轿车的前悬架和鼓包为例，通过应用MSC.ADAMS 建立运动干涉模型， 分析其运动规律，从而判断悬架空间设计是否合理，为验证、改进或重新设计提供了依据。 关键词 : 转向 悬架 MSC.ADAMS 间隙
Abstract The kingpin parameters, wheel track and wheel angle parameters such as
steer angle, camber angle and toe angle will change with steer and suspension
deformation. The paper describes the process of building a model and studying
clearance with MSC.ADAMS . According to the results, it can be concluded whether
clearance design is reasonable and feasible. It is very significative of validation ,
improvement or redesign.
Key words: Steer， Suspension， MSC.ADAMS， Clearance

1 前言
众所周知，在汽车转向和车轮跳动时，悬架主销定位角和车轮定位参数都会随着变化。 因此，分析悬架总成(包括车轮在内)和车轮鼓包空间是否存在运动干涉是十分重要的，尤 其能为车身工程师设计轮罩、 地板等零件提供验证和依据。 在正常情况下， 轮跳到极限位置 与车轮满角度转向同时发生的可能性很小，否则则为危险工况。根据相关资料的经验介绍， 满角度转向只在极限上跳量的 60％以下范围内出现；当上跳到极限位置时，车轮最大转向 角为满角度的 20％。因此，可以分别对转向、跳动以及其联合工况进行仿真分析。

本文以某知名汽车公司的某车型为例 (因此文中图片所显示的模型并不完整) ， 简要介 绍了应用 MSC.ADAMS 建立运动干涉模型和仿真分析的过程，突出了仿真分析的重要意义。

2 分析模型的建立

2.1 运动机构的建模

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模型的坐标采用整车坐标系，在获取必要的设计点坐标和相关零部件的参数后，运用 MSC.ADAMS/view 建立运动机构模型。通过结合 UG 软件的使用，将要进行运动干涉分析的零 件的实体模型引入， 并通过有限元分析软件将悬架弹簧处理为柔性体。 因为我们重点分析机 构的运动干涉情况，故只要对运动机构模型进行简单测试即可，而不必再进行细化。

上图为运动机构模型示意图：粉色部件为内侧板 1，黄色部件为内侧板 2，均属于鼓包 (轮罩)中的部件。

2.2 根据分析目的编辑仿真控制剧本
2.2.1 分析目的
1)当只有车轮在设计跳动范围内跳动时，前悬架弹簧与车轮、前悬架弹簧与内侧板1、 前悬架弹簧与内侧板 2、 弹簧座与车轮、 弹簧座与内侧板 1、 弹簧座与内侧板 2 相互 之间是否有干涉。
2)当车轮最大转角为满角度的 20％，而车轮在设计跳动范围内跳动时，前悬架弹簧与 车轮、前悬架弹簧与内侧板 1、前悬架弹簧与内侧板 2、弹簧座与车轮、弹簧座与内 侧板 1、弹簧座与内侧板 2 相互之间是否有干涉。
3)当车轮满角度转向， 而车轮在设计跳动量的60％范围内跳动时， 前悬架弹簧与车轮、 前悬架弹簧与内侧板 1、前悬架弹簧与内侧板 2、弹簧座与车轮、 弹簧座与内侧板 1、 弹簧座与内侧板 2 相互之间是否有干涉。
2.2.2 仿真控制剧本的编辑
使用主菜单 Simulate 下的子菜单 Scripted Controls 针对分析目的对转向驱动和轮 跳驱动进行仿真控制。

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2.3 运动干涉的定义和仿真
运行 MSC.ADAMS/Postprocessor，使用主菜单 Tools 下的子菜单 Clearance 对需要进 行运动干涉分析的零件进行定义， 采用多边形法， 并设定分析的最大间隙。 定义完毕即可进 行计算和结果输出。

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名 称
W
X
Y
z1
z2
z3

表 1：运动干涉分析的名称及相应零件
相应零件
悬架弹簧与内侧板 1
悬架弹簧与内侧板 1
悬架弹簧与车轮
弹簧座与车轮
弹簧座与内侧板 1
弹簧座与内侧板 2

3 分析输出
3.1 运动干涉分析示意图

图中的五根白线和一根黄线分别代表了 w、 x、 y、 z1、 z2、 z3 中相应零件的距离

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3.2 分析结果曲线
3.2.1 只有车轮在设计轮跳范围内跳动时：

图 1 前悬架弹簧与内侧板 1

图 2 前悬架弹簧与内侧板 2

图 3 前悬架弹簧与车轮

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图 4 弹簧座与车轮

图 5 弹簧座与内侧板 1

图 6 弹簧座与内侧板 2

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3.2.2 当车轮最大转角为满角度的 20％，车轮在设计跳动范围内跳动时：
1)车轮左转

图 7 前悬架弹簧与内侧板 1

图 8 前悬架弹簧与内侧板 2

图 9 前悬架弹簧与车轮

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图 10 弹簧座与车轮

图 11 弹簧座与内侧板 1

图 12 弹簧座与内侧板 2

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2)车轮右转(略)
3.2.3 当车轮满角度转向，而车轮在设计跳动量的 60％范围内跳动时：
1)车轮左转

图 13 前悬架弹簧与内侧板 1

图 14 前悬架弹簧与内侧板 2

图 15 前悬架弹簧与车轮

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图 16 弹簧座与车轮

图 17 弹簧座与内侧板 1

图 18 弹簧座与内侧板 2

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2004 年 MSC.Software 中国用户论文集 2)车轮右转(略)
3.3 分析结果报告
MSC.ADAMS/Postprocessor 可以根据用户的定义对每个仿真计算自动生成三种格式的 结果报告，其实质内容并无明显区别，本文仅将运动干涉分析结果 2.html 列出。
3.3.1 只有车轮在设计轮跳范围内跳动时：
《运动干涉分析结果 1.clr》
《运动干涉分析结果 1.clt》
《运动干涉分析结果 1.html》

3.3.2 当车轮最大转角为满角度的 20％，车轮在设计跳动范围内跳动时：
1)车轮左转
《运动干涉分析结果 2.clr》
《运动干涉分析结果 2.clt》
《运动干涉分析结果 2.html》

上图为运动干涉分析结果 2.html
2)车轮右转
《运动干涉分析结果 3.clr》
《运动干涉分析结果 3.clt》
《运动干涉分析结果 3.html》

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3.3.3 当车轮满角度转向，而车轮在设计跳动量的 60％范围内跳动时：
1)车轮左转
《运动干涉分析结果 4.clr》
《运动干涉分析结果 4.clt》
《运动干涉分析结果 4.html》
2)车轮右转
《运动干涉分析结果 5.clr》
《运动干涉分析结果 5.clt》
《运动干涉分析结果 5.html》

4 结论和说明
4.1 结论
4.1.1 通过运动干涉分析，输出结果数据、曲线，能够满足在分析目的中提出的要求；
4.1.2 从运动干涉分析结果数据、曲线可以看出最小间隙出现在当车轮最大转角为满角 度的 20％、车轮在设计跳动范围内跳动、车辆向左转时前悬架弹簧和内侧板 2 之 间，为 6.887mm，参见运动干涉分析结果 2.html；
4.1.3 此次分析时考虑的工况都是极限状态，因此可以判断出各零部件之间不发生运动 干涉。
4.2 说明
由于使用 MSC.ADAMS 的时间不太长，水平有限，文中有错误和不当之处敬请批评指正。

5 参考文献
[1] MSC.ADAMS 的帮助文件 Using ADAMS/PostProcessor
[2] 《汽车工程手册》 人民交通出版社 2001 年 5 月
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