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汽车整车模型的仿真及悬架系统性能分析
王霞，肖亚翠
甘肃农业大学，甘肃兰州（730070）
E-mail：[e-mail]
摘要：用ADAMS对汽车系统进行仿真和优化，通过分析汽车前悬架部分参数，结合
ADAMS底盘动力学模型，使汽车的稳定性得到较好的改善。
关键词：汽车底盘，仿真，前悬架，性能分析
中图分类号：TP391.9

1．引言
ADAMS是目前国际上使用最为普遍的一种汽车动力学仿真软件，它可以对汽车进行静
力学、运动学和动力学分析。借助此软件，可以建立复杂机械系统的“虚拟样机”模型，模拟
现实工作条件下所有运动情况，并且快速减少昂贵物理样机的制造数量，提高产品设计水平，
大幅度缩短产品开发周期和降低开发成本[1]。所以在这里主要讨论ADAMS的基本理论、悬
架的数学模型并用该软件分析汽车悬架的实例等。
2．ADAMS仿真软件介绍
不同的系统仿真模型，需要采用不同求解器求得数值解。ADAMS软件的常用求解器有
多个，可以针对模型的不同，选择相应的求解器。
在概念设计阶段，研究设计人员通过多体分析软件能够迅速建立整个研究对象的虚拟样
机。在ADAMS软件中，使用ADAMS/View软件提供的部件库与布尔运算器，可以方便的
在ADAMS/View界面产生各种形状的零部件。在模型的物体之间，通过连接件库、运动发
生器以及广义力和力矩施加约束，建立系统的动力学研究模型[2]。
同时可以为研究人员提供各种动力学分析专用模块，如ADAMS/Car提供轿车动力学分
析模块，ADAMS/Android提供人体模型，ADAMS/Tire提供轮胎模型，ADAMS/Vehicle提
供悬架模型，ADAMS/Engine提供发动机建模模块，ADAMS/Hydraulic提供液压传动系统
建模模块等等，极大的方便了汽车设计阶段的建模与汽车动态仿真分析。
3.ADAMS软件的理论基础
3.1广义坐标选择
动力学方程的求解速度很大程度上取决于广义坐标选择。ADAMS用刚体的质心笛卡尔
T
坐标和反映刚体方位的欧拉角作为广义坐标TTT，即每
qi=[x,y,z,ψ,θ,ϕ]i,q=[q1,L,qn]
个刚体用六个广义坐标描述。

3.2系统动力学方程的建立
ADAMS程序采用拉格朗日乘子法建立系统运动方程：

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TT
⎧d⎛∂T⎞⎛∂T⎞
⎪⎜⎟−⎜⎟+φTp+θTµ−Q=0
dt⎜∂q⎟⎜∂q⎟qq&
⎪⎝&⎠⎝⎠
⎨φ()q,t=0完整约束
⎪θ()q,q,t=0非完整约束
⎪&
⎪
⎩
1
T=[]M⋅v⋅v+w⋅I⋅w
式中：T——系统能量，2。φ(q,t)=0为完整约束方程：θ()q,q&,t=0

为非完整约束方程；q——广义坐标列阵；Q——广义力矩阵；p——对应于完整约束的
拉氏乘子列阵；µ——对应于非完整约束的拉氏乘子列阵；M——质量列阵；v——广义
速度列阵；I——转动惯量列阵；w——广义角速度列阵。
重新改写成一般形式：
⎧F(q,v,v&,λ,t)=0
⎪
⎨G(v,q&)=v−q&=0
⎪φ(q,t)=0
⎩
式中：q——广义坐标列阵；q,v——广义速度列阵；λ——约束反力及作用力列阵；F——

系统动力学微分方程及用户定义的微分方程；φ——描述完整约束的代数方程列阵；G——
描述非完整约束的代数方程列阵。
4.建立车辆的ADAMS模型
建立车辆的ADAMS模型一般遵循以下几个典型的基本步骤（如图2）：

4.1前悬架模型
前悬架为双横螺旋弹簧独立悬架结构；由下摆臂、上摆臂、转向节、减振器构成，各部
件质量、惯量信息由CATIA模型给出，上下摆臂与车驾之间由两个弹簧衬套相连（转动副），
上下摆臂与转向节由球副相连，减振器上端与车架由圆柱副相连，减振器下端与下摆臂由弹
性衬套相连（为转动副）[3]。具体模型如图11所示。

4.2转动系统模型
各部件质量，惯量信息由CATIA模型给出，该车转向系统为齿轮-齿条式转向系统，由
方向盘、转向柱、转动传动轴、转向齿条、转向横拉杆构成。方向盘与转向柱之间为固定副，
转向柱与车身之间为转动副，转向柱与转向传动轴之间为万象节副，转向传动轴与转向齿条
之间为万象节副，转向横拉杆与转向节之间为球副，齿条与车身之间为移动副。

4.3轮胎模型
轮胎与转向节之间为转动副，在轮胎与地面之间作用六个分力来描述轮胎力学特性。仿
真采用了基于轮胎侧偏特性试验数据、考虑侧滑、纵滑联合工况的轮胎侧偏特性理论模型。

4.4整车约束与自由度分析
图1为底盘ADAMS模型,把车身和动力总成简化成一个质心.约定不考虑弹性衬套为多
刚体模型,考虑弹性衬套为多柔体模型,从表中可以看出