ADAMS软件在汽车零部件设计中的应用

陈艺

【摘 要】本文重点介绍了现代设计方法之一的虚拟样机仿真ADAMS软件设计方法及它们在汽车零部件设计中的应用。

【关键词】现代设计方法；汽车零部件设计；ADAMS软件

0 前言

现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在所涉及领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。它是以设计产品为目标的一个总的知识群体的总称。目前它的内容主要包括：优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计、虚拟样机设计、模块化设计、有限元法等。汽车行业是一个高速发展的行业，其竞争也日趋激烈，在这种情况下，新产品推出的速度也越来越快。将现代设计方法用于汽车及其零部件的设计当中，可大幅度提高设计质量，降低设计成本、缩短产品开发周期。本文简单介绍了ADAMS软件在设计汽车及其零部件中的应用。

1 ADAMS软件简介

ADAMS，即机械系统动力学自动分析，该软件是美国MDI公司开发的虚拟样机分析软件，可对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。该软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成，可在航空航天、汽车工程、铁路车辆及装备、工业机械、工程机械等多个领域内应用。ADAMS是世界上应用广泛且最具有权威性的机械系统动力学仿真分析软件，其全球市场占有率一直保持在50%以上。利用ADAMS软件，用户可以快速、方便地创建完全参数化的机械系统几何模型。过去需要几星期、甚至几个月才能完成的建造和测试物理样机的工作，现在利用ADAMS软件仅需几个小时就可以完成，并能在物理样机建造前，就可以知道各种设计方案的样机是如何工作的。在汽车及其零部件的设计上，技术团队可以应用汽车工程专业领域模块，快速建立和测试整车和子系统的功能化虚拟样车，这可以帮助在车辆研发过程中大量节省时间、降低费用和风险，提升新车设计的品质。现简单介绍其中相关的几个模块。

2 相关模块

2.1 轿车模块（ADAMS/Car）

该模块集成了多家公司在汽车设计、开发等方面的经验，是一个整车设计软件包 。其采用的用户化界面是根据汽车设计师的习惯而专门设计的。设计师不必经过任何专业培训，就可以快速的建造高精度的整车虚拟样机（包括车身、悬架、传动系统、发动机、转向机构、制动系统等）并进行系统仿真，并输出标志操纵稳定性、制动性、乘坐舒适性和安全性的特征参数，从而减少对物理样机的依赖，而仿真时间只是物理样机试验的几分之一。通过其仿真环境，汽车工程师们可以在虚拟环境中对于不同的路面、不同的实际条件反复测试他们的设计，从而得到满意的结果。

2.2 悬架设计软件包（Suspension Design）

该软件包中包括以特征参数表示的概念式悬架模型。采用全参数的面板建模方式，借助悬架面板，设计师可以提出原始的悬架设计方案。通过调整悬架参数就可以快速确定满足理想悬梁特性的悬梁方案，并得到与物理样机试验完全相同的仿真试验结果。

2.3 概念化悬架模块（CSM）

概念化悬架模块是一个选装模块，可通过预先定义悬架运动时或受外力作用时车桥的轨迹，实现悬架的运动分析。利用CSM不需要建立详细的多体悬架模型，就可以研究系统级的车辆动力学性能。可以快速建立简化的汽车模型，用户可以如同悬架设计模块一样进行整车的仿真分析。

2.4 驾驶员模块（ADAMS/Driver）

利用该模块，用户可确定汽车驾驶员的行为特征，确定各种操纵工况（如稳态转向，转弯制动、ISO变线试验、侧向风试验等），同时确定方向盘转角或转矩、加速踏板位置、作用在制动踏板上的力、离合器的位置、变速器档位，提高车辆动力学仿真的真实感。可以通过调整驾驶员行为适应各种汽车特定的动力学特性，并具有记忆功能。

2.5 动力传动系统模块（ADAMS/Driveline）

利用此模块，用户可以快速地建立、测试具有完整传动系统或传动系统部件的数字化虚拟样机，也可以把建立的数字化虚拟样机加入到ADAMS /Car中进行整车动力学性能的研究如前轮驱动、后轮驱动以及全轮驱动等。

2.6 轮胎模块（ADAMS/Tire）

利用该模块，工程师可以更方便地计算装备不同轮胎的整车在各种路面条件下的多组道路试验。数据输入形式多样，既可以是轮胎特性，也可以是试验数据表。其输出力和加速度数据可以作为有限元软件包的输入载荷进行相应的应力和疲劳特性研究。

2.7 发动机设计模块（ADAMS/Engine）

发动机系统是汽车设计的一个重要组成部分。该模块是为建造和测试发动机虚拟样机而开发的软件环境。利用它，用户可以在产品开发的各个阶段快速地优化传动系的单个零件、子系统以及整个系统的性能。通过ADAMS/Engine与ADAMS/Car的有机结合，可以建立一个集整车动力学、悬架设计和发动机系统优化的完整集成仿真环境。

3 工具箱

在汽车的设计中，还经常会用到几个相关的工具箱等。

3.1 虚拟试验工具箱（Virtual Test Lab）

使用VTL工具箱，用户可以在设计与验证的过程中，预测疲劳、车辆动力性、操纵性、乘坐舒适性以及噪音和振动特性。可加快汽车模型以及零部件的验证过程，缩短产品的开发周期。

3.2 钢板弹簧工具箱（Leafspring Toolkit）

钢板弹簧是车辆上应用十分广泛的悬梁形式之一。该工具箱采用先进的离散梁单元法为工程师提供了高质量的钢板弹簧建模环境，应用钢板弹簧工具箱，能够根据物理样机数据进行分析，能应用虚拟试验台进行仿真试验，能验证钢板弹簧力-变形曲线及钢板弹簧在承载状态下的形状，并进行钢板弹簧片间摩擦的研究。具有使用方便、计算结果可靠的突出优点，从而可节约数周乃至数月的设计时间。

3.3 齿轮传动工具箱（ADAMS/Gear Tool）

该工具箱可以快速地计算齿轮之间的传动特性，建模方便，仅需标准齿轮参数（齿轮模数、节圆直径等）即可方便快捷地对轮系（包括行星轮系）进行仿真。

4 结论

ADAMS软件是一款使用非常方便的虚拟仿真软件，对于设计人员来说不需要很深的专业知识就可以很快的学会操作和设计，对于高速发展的汽车行业来说，既可以节约大量的设计时间，又可以节约大笔的设计经费，从其诞生以来就得到了很广泛的应用。

[责任编辑：薛俊歌]