ADAMS軟件在汽車零部件設計中的應用

陳藝

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

【關鍵詞】現代設計方法；汽車零部件設計；ADAMS軟件

0 前言

現代設計方法是隨著當代科學技術的飛速發展和計算機技術的廣泛應用而在所涉及領域發展起來的一門新興的多元交叉學科。它是以設計產品為目標的一個總的知識群體的總稱。目前它的內容主要包括：優化設計、可靠性設計、計算機輔助設計、虛擬樣機設計、模塊化設計、有限元法等。汽車行業是一個高速發展的行業，其競爭也日趨激烈，在這種情況下，新產品推出的速度也越來越快。將現代設計方法用于汽車及其零部件的設計當中，可大幅度提高設計質量，降低設計成本、縮短產品開發周期。本文簡單介紹了ADAMS軟件在設計汽車及其零部件中的應用。

1 ADAMS軟件簡介

ADAMS，即機械系統動力學自動分析，該軟件是美國MDI公司開發的虛擬樣機分析軟件，可對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析。另一方面，又是虛擬樣機分析開發工具，其開放性的程序結構和多種接口，可以成為特殊行業用戶進行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發工具平臺。該軟件由基本模塊、擴展模塊、接口模塊、專業領域模塊及工具箱5類模塊組成，可在航空航天、汽車工程、鐵路車輛及裝備、工業機械、工程機械等多個領域內應用。ADAMS是世界上應用廣泛且最具有權威性的機械系統動力學仿真分析軟件，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、方便地創建完全參數化的機械系統幾何模型。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，就可以知道各種設計方案的樣機是如何工作的。在汽車及其零部件的設計上，技術團隊可以應用汽車工程專業領域模塊，快速建立和測試整車和子系統的功能化虛擬樣車，這可以幫助在車輛研發過程中大量節省時間、降低費用和風險，提升新車設計的品質。現簡單介紹其中相關的幾個模塊。

2 相關模塊

2.1 轎車模塊（ADAMS/Car）

該模塊集成了多家公司在汽車設計、開發等方面的經驗，是一個整車設計軟件包 。其采用的用戶化界面是根據汽車設計師的習慣而專門設計的。設計師不必經過任何專業培訓，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、發動機、轉向機構、制動系統等）并進行系統仿真，并輸出標志操縱穩定性、制動性、乘坐舒適性和安全性的特征參數，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。通過其仿真環境，汽車工程師們可以在虛擬環境中對于不同的路面、不同的實際條件反復測試他們的設計，從而得到滿意的結果。

2.2 懸架設計軟件包（Suspension Design）

該軟件包中包括以特征參數表示的概念式懸架模型。采用全參數的面板建模方式，借助懸架面板，設計師可以提出原始的懸架設計方案。通過調整懸架參數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，可通過預先定義懸架運動時或受外力作用時車橋的軌跡，實現懸架的運動分析。利用CSM不需要建立詳細的多體懸架模型，就可以研究系統級的車輛動力學性能。可以快速建立簡化的汽車模型，用戶可以如同懸架設計模塊一樣進行整車的仿真分析。

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（如穩態轉向，轉彎制動、ISO變線試驗、側向風試驗等），同時確定方向盤轉角或轉矩、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，提高車輛動力學仿真的真實感。可以通過調整駕駛員行為適應各種汽車特定的動力學特性，并具有記憶功能。

2.5 動力傳動系統模塊（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或傳動系統部件的數字化虛擬樣機，也可以把建立的數字化虛擬樣機加入到ADAMS /Car中進行整車動力學性能的研究如前輪驅動、后輪驅動以及全輪驅動等。

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。數據輸入形式多樣，既可以是輪胎特性，也可以是試驗數據表。其輸出力和加速度數據可以作為有限元軟件包的輸入載荷進行相應的應力和疲勞特性研究。

2.7 發動機設計模塊（ADAMS/Engine）

發動機系統是汽車設計的一個重要組成部分。該模塊是為建造和測試發動機虛擬樣機而開發的軟件環境。利用它，用戶可以在產品開發的各個階段快速地優化傳動系的單個零件、子系統以及整個系統的性能。通過ADAMS/Engine與ADAMS/Car的有機結合，可以建立一個集整車動力學、懸架設計和發動機系統優化的完整集成仿真環境。

3 工具箱

在汽車的設計中，還經常會用到幾個相關的工具箱等。

3.1 虛擬試驗工具箱（Virtual Test Lab）

使用VTL工具箱，用戶可以在設計與驗證的過程中，預測疲勞、車輛動力性、操縱性、乘坐舒適性以及噪音和振動特性。可加快汽車模型以及零部件的驗證過程，縮短產品的開發周期。

3.2 鋼板彈簧工具箱（Leafspring Toolkit）

鋼板彈簧是車輛上應用十分廣泛的懸梁形式之一。該工具箱采用先進的離散梁單元法為工程師提供了高質量的鋼板彈簧建模環境，應用鋼板彈簧工具箱，能夠根據物理樣機數據進行分析，能應用虛擬試驗臺進行仿真試驗，能驗證鋼板彈簧力-變形曲線及鋼板彈簧在承載狀態下的形狀，并進行鋼板彈簧片間摩擦的研究。具有使用方便、計算結果可靠的突出優點，從而可節約數周乃至數月的設計時間。

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，僅需標準齒輪參數（齒輪模數、節圓直徑等）即可方便快捷地對輪系（包括行星輪系）進行仿真。

4 結論

ADAMS軟件是一款使用非常方便的虛擬仿真軟件，對于設計人員來說不需要很深的專業知識就可以很快的學會操作和設計，對于高速發展的汽車行業來說，既可以節約大量的設計時間，又可以節約大筆的設計經費，從其誕生以來就得到了很廣泛的應用。

[責任編輯：薛俊歌]