ADAMS软件在电动汽车仿真技术中的应用方法

摘 要：电动汽车具有无污染和零排放的优点，成为汽车工业的一个研究“热点”。本文介绍利用ADAMS软件，生成在虚拟环境中的物理样机，并对所建模型进行仿真研究的基本程序与方法。

关键词：ADAMS；电动汽车；仿真技术

1 ADAMS软件简介

ADAMS软件使用交互式图形环境和部件库、约束库、力库，用堆积木式的方法建立三维机械系统参数化模型，其求解器利用拉格朗日方程，建立系统动力学方程，并通过对其运动性能的仿真分析和比较来研究“虚拟样机”可供选择的设计方案。ADAMS仿真可用于估计机械系统性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。同时ADAMS通过标准文件格式可以实现与其他CAD/CAM/CAE软件之间的数据双向传输，实现统一数据在不同软件间的无缝隙连接。

ADAMS软件包括3个最基本核心程序模块ADAMS/View，ADAMS/Solver和ADAMS/PostProcessor，以及其他扩展模块。

ADAMS/View是一个采用以用户为中心的交互式图形环境，将图标操作、菜单操作、鼠标点取操作与交互式图形建模、仿真计算、动画显示、优化设计、X-Y曲线图处理、结果分析和数据打印等功能集成在一起，提供了一个直接面向用户的基本操作对话环境和虚拟样机分析的前处理功能，其中包括样机的建模和各种建模工具，样机模型数据的输入与编辑，与求解器和后处理等程序的自动连接，虚拟样机分析参数的设置，各种数据的输入和输出，同其他应用程序的接口等。ADAMS/View采用简单的分层方式完成建模工作，采用Parasolid内核进行实体建模，并提供了丰富的零件几何图形库、约束库和力/力矩库，并且支持布尔运算、支持FORTRAN/77和FORTRAN/90中的函数。除此之外，还提供了丰富的位移函数、速度函数、加速度函数、接触函数、样条函数、力/力矩函数、合力/力矩函数、数据元函数、若干用户子程序函数以及常量和变量等。

ADAMS/Solver是求解机械系统运动和动力学问题的程序，在ADAMS产品系列中处于心脏地位的仿真器。该软件自动形成机械系统模型的动力学方程，提供静力学、运动学和动力学的解算结果。ADAMS/Solver有各种建模和求解选项，以便精确有效地解决各种工程应用问题。完成样机分析的准备工作以后，ADAMS/View程序可以自动调用ADAMS/Solver模块，求解样机模型的静力学，运动学或动力学问题，完成仿真分析以后再自动的返回ADAMS/View操作界面。ADAMS/Solver可以对刚体和弹性体进行仿真研究。为了进行有限元分析和控制系统研究，用户除要求软件输出位移、速度、加速度和力外，还可要求模块输出用户自己定义的数据。用户可以通过运动副、运动激励，高副接触、用户定义的子程序等添加不同的约束。用户同时可求解运动副之间的作用力和反作用力，或施加单点外力。

MDI公司开发的后处理模块ADAMS/PostProcessing模块具有相当强的后处理功能，它可以用来处理仿真结果数据，回放仿真结果，也可以绘制各种分析曲线；可以输入试验数据绘制试验曲线，并同仿真结果进行比较既可以在ADAMS/View环境中运行，也可脱离该环境独立运行。

ADAMS软件包括ADAMS/View、ADAMS/Solver和ADAMS/PostProcess 3个最基本的核心程序模块和其他扩展模块（如图1所示），在航空航天、车辆工程、工程机械等领域得到广泛应用，因此将该软件应用于电动车的设计与分析已成为必然趋势。

2 计算工作流程

ADAMS的整个计算过程指从数据的输入到结果的输出，不包括前、后处理功能模块，内容包括：输入数据、检查数据、装配机构及消除过约束、自然形成运动方程、积分迭代运算过程、检查运算过程中的错误和输出信息、输出结果。

3 应用ADAMS软件仿真分析的基本步骤

建立车辆仿真模型时，一般遵循以下几个典型步骤：

3.1 抽象机械系统的物理模型。

3.2 获取模型的运动学（几何定位）参数，建立抽象系统的运动部件、约束，从而建立运动学仿真模型，校验仿真模型的自由度及正确性。

3.3 获得模型的动力学参数，定义模型中部件、铰链与弹性元件及外界条件如：道路模型、空气阻力等特性，建立动力学模型。

3.4 对动力学模型进行调整与仿真计算。

机械系统动态仿真分析的一般步骤如图1所示。

根据步骤可以完成一个复杂的机械系统仿真分析，为了顺利进行仿真分析，应采取以下分析技巧：（1）应该采取渐进的分析策略，从简单分析逐步发展到复杂的机械系统分析。在最初的仿真分析建模时，不必过分追求构建几何形体的细节部分同实际构件完全一致，因为这往往需要花费大量的建模时间，而此时建模的关键是能够顺利运用模型进行仿真并获得初步结果。从程序的求解原理来看，只要仿真构件的几何形体的质量，质心位置、惯性积同实际构件相同，仿真结果是等价的。获得满意的仿真分析结果以后，再完善构件几何形体的细节部分和视觉效果。如果样机模型中含有非线性的阻尼，可以先从分析线性阻尼开始，待线性阻尼分析顺利完成后，再改为非线性阻尼进行分析。（2）对较复杂的机械系统进行仿真时，可以先将整个系统分解为若干个子系统，再对这些子系统进行仿真分析和试验，逐个排除建模等仿真过程中隐含的问题，最后进行整个系统的仿真分析试验。（3）在设计虚拟样机时，应尽量减小机械系统的规模，尽量只考虑影响样机性能的构件。

结束语

本文介绍了多体系统动力学分析软件ADAMS的特点、计算方法、方程的建立及计算流程，为以后在电动汽车中的研究工作打下理论基础。

参考文献

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