基于ADAMS和MATLAB的轿车前悬架系统仿真分析

硕士研究生课程论文

成绩

基于ADAMS和MATLAB的轿车

前悬架系统仿真分析

学 院： 汽车工程学院 课程名称： 汽车动力学 专 业： 车辆工程 班 级： 汽研141 指导老师： 乔维高 学生姓名：

2015年1月

基于ADAMS和MATLAB的轿车前悬架系统仿真分析

摘要：汽车作为极其重要的交通工具，在交通运输领域和人民日常生活中的地位日益突出。用户对汽车安全性、行驶平顺性、操纵稳定性的要求也越来越高。本文采用ADAMS和MATLAB对汽车半主动悬架系统进行联合仿真。首先在ADAMS中建立动力学模型，然后用MATLAB软件建立汽车半主动悬架的阻尼控制模型，通过分析汽车垂直方向的加速度，来达到汽车的行驶平顺性。 关键词：半主动悬架；建模；联合仿真

Abstract: Vehicles, as an extremely important means of transportation, whose status is becoming more and more prominent in the field of transportation and people’s daily life. The users’ requirement of automobile safety and riding comfort and handing stability is also increasing. In this paper, ADAMS and MATLAB are used to joint simulation for automotive semi-active suspension system. Dynamics model is established in the ADAMS at first, and then using MATLAB to establish the vehicle semi-active suspension damping control model, to achieve riding comfort through the analysis of the acceleration of vertical direction.

Key words: Semi-active suspension; modeling; joint simulation 1 引言

随着汽车工业的发展，汽车的技术水平不断提高，人们对汽车的行驶平顺性也越来越关注。而对平顺性起到决定性影响的因素是汽车悬架的性能，悬架很重要的一个作用就是缓冲各种力和力矩。

悬架是汽车车身（或车架）与车桥之间的所有传力连接装置的总称。路面作用于车轮上的垂直反力（支承力）、纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以及这些力所构成的力矩都要通过悬架传到车身上，以保证汽车的正常行驶。为了减小因路面的不平所激起的震动，改善汽车的行驶平顺性及操纵稳定性，悬架通常由弹性元件、导向机构、横向稳定器以及减震器等组成。这三个组成部分分别起缓冲、减振和导向的作用，然而三者共同的作用则是传力。

由于汽车悬架系统对整车行驶动力学（如操纵稳定性、行驶平顺性等）有举足轻重的影响，因此，悬架的动力学仿真分析在汽车悬架系统的设计和开发中占有很重要的地位。

本文以某前置前驱轿车的麦弗逊悬架为研究对象，以改善汽车的行驶平顺性为目的，基于多刚体系统动力学理论，利用ADAMS和MATLAB软件对麦弗逊

悬架进行了运动学的虚拟样机建模、仿真分析和优化设计。 2 ADAMS和MATLAB软件介绍

ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）软件，是由美国机械动力公司（Mechanical Dynamic Inc.）开发的最优秀的机械系统动态仿真软件，是世界上最具权威性的，使用范围最广的机械系统动力学分析软件。用户使用ADAMS软件，可以自动生成包括机-电-液一体化在内的、任意复杂系统的多体动力学数字化虚拟样机模型，能为用户提供从产品概念设计、方案论证、详细设计、到产品方案修改、优化、试验规划甚至故障诊断各阶段、全方位、高精度的仿真计算分析结果，从而达到缩短产品开发周期、降低开发成本、提高产品质量及竞争力的目的。由于ADAMS具有通用、精确的仿真功能，方便、友好的用户界面和强大的图形动画显示能力，所以该软件已在全世界数以千计的著名大公司中得到成功的应用。

MATLAB由美国MATHWORKS开发，是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，除具备卓越的数值计算能力外，还具有功能强大的工程应用工具箱。MATLAB是当今国际上科学界（尤其是自动控制领域）最具影响力、也是最有活力的软件。它起源于矩阵运算，并己经发展成一种高度集成的计算机语言。它提供了强大的科学运算、灵活的程序设计流程、高质量的图形可视化与界面设计、便捷的与其他程序和语言接口的功能。MATLAB/SIMULINK是一个交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境。它的出现使人们有可能考虑许多以前不得不做简化假设的非线性因素、随机因素，从而大大提高了人们对非线性随机动态系统的认知能力。MATLAB主要应用于电学、自动控制、工程运算。它可以与其它机械系统仿真软件（如ADAMS）一起组成联合仿真系统。 3 ADAMS和MATLAB联合仿真

3.1 利用ADAMS/CAR建立悬架的动力学模型

ADAMS/CAR里主参考系是OXYZ，采用ISO坐标系。两汽车前轮轮心连线的中点指定为坐标原点，X轴的正方向指向汽车的后退方向，Y轴的正方向指向汽车右侧，Z轴的正方向指向汽车的上方，遵守右手法则。

在建立分析总成模型的过程中，ADAMS/CAR的建模顺序自下而上。首先建立模板（template）文件，然后根据所建立的模板在标准模块下建立子系统模型，最后将子系统模型组装成系统总成或整车模型。

建立模板有以下几个步骤组成：

(1)简化物理模型。依据系统各部件之间的相对运动，抽象归纳出各零件 的拓扑结构，对于没有相对运动的零件进行整合，定义为整合零件。

(2)确定硬点。硬点为零件连接处的几何定位点。确定硬点是指在坐标系内

定义零件之间的连接点的具体坐标。

(3)创建零件。根据硬点三维坐标或零件质心的绝对坐标创建一般部件，并将实际零件的参数（如长度、质量、惯量等）输入到相应的对话框中。必须保证零件的坐标轴与绝对坐标系的坐标轴平行。

(4)定义组装。系统总成是由多个子系统装配而成，为保证各个子系统之间的正确装配，必须在各个子系统中定义组装。

(5)创建零件的几何体。零件的几何形体是在硬点的基础上建立的。由于各个零件的动力学参数已经确定，所以几何形体的外形是相近的即可。但由于考虑到零件的干涉情况和模型的直观性，应尽可能使零件的几何形体接近实体结构。

(6)定义连接。对各个零件施加约束关系，通过约束或衬套将各零件衔接，组成结构模板。定义连接直接决定系统自由度是否合理。

(7)定义参数变量。鉴于子系统模板的多样性，需要对各个模板定义相关的参数变量。

将建好的子系统模板通过标准模式的系统装配模块最终组装成系统总成，最终完成整个建模过程。

在不影响麦弗逊悬架基本性能的同时，为方便建立运动学仿真模型，通常对麦弗逊式悬架各子系统做以下简化和假设：

(1)认为所有杆件都是刚体，即不考虑变形； (2)假设汽车的车轮为刚体，且永不变形； (3)假定部件间为铰链连接，间隙忽略不计； (4)不考虑运动副内的摩擦力； (5)车身相对于地面不动。

以某前置前驱轿车的麦弗逊悬架为研究对象，将其结构简化成简单的运动模型，如图3-1所示：