10.16638/jki.1671-7988.2021.04.029
基于Adams/car板簧工具箱的钢板弹簧
建模及仿真
刘君程1，姜家如2，宋绍文2，罗传东2，王涛2
（1.安徽江淮汽车股份有限公司国际公司，安徽合肥230601；
2.安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥230601）
摘要：文章主要基于某车后悬架结构模型，提取建立悬架模型所需参数，利用美国MDI公司开发的Adams/car软件所嵌入的leafspring子模块进行钢板弹簧悬架模型建立，并且详细描述了板簧模型建立过程，进而完成板簧垂向刚度变化对比，形成与该车相对应的板簧悬架动力学模型。在文章最后，对后悬架板簧模型与该车后悬架同向轮跳试验测得各参数变化趋势进行对比，吻合度达到95%以上。
关键词：钢板弹簧；垂向刚度；同向轮跳
中图分类号：U461.99 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)04-95-03安徽江淮汽车
The foundation and simulation of leafspring by Adams/car
Liu Juncheng1, Jiang Jiaru2, Song Shaowen2, Luo Chuandong2, Wang Tao2
（1.Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., Ltd. International Company, Anhui Hefei 230601;
2.Technology Center of Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., Ltd, Anhui Hefei 230601）
Abstract:This text mainly according to the back of the some car hang a structure pattern, withdraw to create to hang the parameter that a pattern needs, make use of the leafspring son mold mass progress steel plate spring imbeding in the Adams/car software that the United States' MDI company develops to hang a pattern establishment; And vs board Huang pattern create the process carry on detailed present, complete board Huang just the degree changed contrast and forminged the car's contra thus should of the board Huang hangs a kinetics pattern. In this text end, vs behind hang a board Huang pattern and the car behind hang a stand to together jump toward the wheel test to measure each parameter change the trend carry on contrast and fit together a degree to hit above 95%.
Keywords: Leaf spring; Vertical stiffness; Same direction wheel jump
CLC NO.: U461.99 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)04-95-03
引言
随着市场对车辆产品设计制造快速多变，同时又要保证性能要求，基于多体动力学的虚拟样机仿真技术在汽车行业得到广泛的应用。基于目前应用较为广泛的机械多体动力学仿真软件Adams/car对钢板弹簧进行动力学建模，并进行性能仿真。
1 Adams介绍
Adams是由美国MDI公司开发的虚拟样机分析软件，
作者简介：刘君程（1988.11-），男，本科，助理工程师，就职于安
徽江淮汽车股份有限公司国际公司。
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汽车实用技术
96 目前已被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。Adams/ car 中leafspring 模块是专门针对悬架形式为板簧悬架的车型设计的，此模块建模参数获取简单，精度相对较高，能够在很大程度上呈现悬架实际运动状态。
基于Adams/car 中的leafspring 模块是专门为精准快捷建立板簧悬架模型设计而成的。目前，无论企业、学校等都采用此模块进行机械系统性能的模拟与实现。
2 基于Adams/car 板簧工具箱的板簧悬架模型建立 2.1 钢板弹簧模型建立
2.1.1 基本理论
钢板弹簧广泛应用在车辆上。在设计过程中，客户利用板簧工具箱，能够建立由离散梁单元构成的高质量板簧虚拟模型，方便、精准的研究设计方案是否合理。[1]
板簧虚拟模型既可以作为独立的子系统，也可以通过与Adams/View 和Adams/Car 等建立整车模型进行装配。[2]
板簧工具箱也可以将板簧模型自动转变成，包含车轴、连接件和信息交流器等信息的Adams/Car 悬架模板。
2.1.2 基本流程
使用板簧工具箱的一般流程：
通过如下步骤，可以进行板簧建模和设计方案研究： （1）通过OG profile 创建板簧初始几何轮廓； （2）创建板簧模型； （3）运行准静态分析； （4）创建加预载荷的板簧模型； （5）创建一个板簧装配体模型；
（6）将板簧装配体转换为Adams/Car 的模板[1]。 2.1.3 实例建模
下面以某商务车四片簧后悬架模型为例，在Adams/car 平台的leafspring 模块中建立钢板弹簧模块，并生成板簧悬架模型。
此板簧悬架系统包括钢板弹簧四片、减震器、车桥等部件。
对应的弧高、弧长等都是在板簧处于自由状态下测量所得。
在Adams/car 中，利用板簧工具箱按照上述流程建立板簧模型。
主要参数包括钢板弹数、中间卡箍长度、卷耳安装类型、卷耳半径、是否含有副簧、厚度以及各片簧自由状态下弧高/弧长。
输入板簧建模所需要的相关参数，然后建立板簧模型如下：
为了验证所建立板簧模型是否满足刚度要求，需要进行板簧试验，测得钢板弹簧的试验刚度曲线，然后与仿真刚度
曲线对比，以确定模型建立的精度，下面是钢板弹簧试验方法：前/后卷耳处于同一水平面上，在钢板弹簧卡箍中轴处施加一载荷F ，使前后卷耳沿着水平方向滑动，当钢板弹簧的弧高达到测试弧高要求过程中，测量几组施加载荷F ，形成对应的弧高与载荷F 的关系曲线，即为板簧刚度。
钢板弹簧刚度仿真曲线与试验测得的曲线大致上达到很高程度的吻合，满足设计规范要求。所以该钢板弹簧模型可以进一步设置转化为我们需要的Adams/car 格式的tpl 文件，
用于后期悬架模型的建立，以及悬架K&C 仿真分析。
图1  自由状态下板簧
由图1所生成的钢板弹簧，设置该车型后悬架钢板弹簧前后卷耳所对应的安装位置坐标以及车桥相对于钢板弹簧安装位置距离，最后转化为左右对称的钢板弹簧悬架的Adams/car 格式的正规模板tpl 文件。
该钢板弹簧子模板需要与对应车型的车轴相互配合，形成完整的后悬架模型才可以用于接下来的仿真分析工作中。
3 后悬架K&C 仿真分析
3.1 悬架K&C 特性含义
K ：Kinematics ，运动学特性，主要指由悬架导向机构几何所决定的悬架运动学特性。
C ：Compliance ，悬架柔度，即刚度的倒数，主要是指由悬架各弹性元件组合在一起所决定的悬架力学特性。
两者合在一起称为悬架的KC 特性。悬架KC 特性是评价一个悬架能否满足整车操稳及平顺性要求的主要参数，同时也是对悬架做出调整的主要依据。
悬架K&C 特性主要包括以下几方面内容：四轮定位参数、垂直刚度（Wheel Rate ）及偏频、侧倾角刚度（Suspension Roll Rate ）、侧倾中心（Roll Center ）与侧倾轴、纵向刚度（Fore —Aft Wheel center Stiffness ）、横向刚度（Lateral Wheel center Stiffness ）以及轴距（Wheel Base ）。本文中主要考察悬架的四轮定位参数特性；前束角、外倾角以及主销后倾角等。 3.2 分析模型建立
在Adams/car 软件中，完整的后悬架模型必须包括弹簧、减震器、轴和轮胎，而且相互之间必须要有对应的通讯器communications 进行连接才能正常运作。[3]所以根据所建立的钢板弹簧子模板与车轴、减震器、轮胎以及试验台架，通过相互之间连接的通讯器communications 装配成所需要的后悬架仿真模型。
刘君程 等：基于Adams/car 板簧工具箱的钢板弹簧建模及仿真
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3.3 悬架K&C 仿真
建立完整的悬架模型主要是对后期整车悬架K&C 仿真分析、整车操纵稳定性仿真分析以及整车平顺性仿真分析做结构铺垫。[4]以下内容主要对此后钢板弹簧悬架模型进行同向轮跳仿真分析，在后处理中输出仿真分析结果文件，并与实际试验所测得的同向轮跳下的前束角、外倾角以及主销后倾角进行对比，验证后悬架模型的正确性。
针对钢板弹簧悬架的K&C 特性仿真分析曲线与相对应设计车试验数据进行对比结果，前束角变化、外倾角变化以及主销后倾角变化的吻合度都达到95%以上，满足设计要求。
所以在一定程度上可以看出，此钢板弹簧建模方法，精度相对比较高，在后期车型开发可大范围实行。
4 结论
由本文描述可以得知，同向轮跳仿真分析结果与试验结果对比效果很好，达到95%的精度要求。证明对于钢板弹簧悬架的车辆，也可以采用仿真分析代替部分试验，为同样类
型机构的设计提供一种方便且实用的分析方法。为进一步制造物理样机奠定基础；
采用此方法建立钢板弹簧模型，在后期悬架结构、硬点变动时，可以通过修改文本文件进行更改悬架模型。不需要重新导入硬点，建立beam 单元和约束，生成钢板弹簧模板。缩短了新车型正向开发周期，节约了研发成本。
参考文献
[1] 周俊杰，孙宝庆，基于Adams 的客车钢板弹簧模型的建立《计算机
辅助工程》2013年第3期.
[2] 韩翔,ADAMS 的钢板弹簧动力学建模方法及性能仿真《机械设
计与制造》2009年第10期.
[3] 孙德琨，基于ADAMS 的皮卡板簧动力学建模方法及性能仿真:
《汽车实用技术》,2015,000(11):76-77.
[4] 王坤，邢海军，徐梦超，张林浩，基于ADAMS 的多刚体动力学简化
建模与仿真《图学学报》,2019,040(4):733-738.