ADAMS汽车仿真进阶：差速器模拟分析

简介

车辆差速器是一种差速传动装置，车辆在转弯过程中，内外两侧的车轮行走的距离是不相同的，如果两轮处同一轴上会出现角速度相同，而行驶距离不同，最终出现打滑。实际上即使车辆直行时，也会因为胎压、轮胎磨损程度、装配精度等问题而滚动半径不相同。而打滑会造成轮胎的异常磨损、能量消耗过大、转向失效等为题，因此需要增加差速器保证两侧车轮的纯滚动。

本文主要通过ADAMS/View建立差速器模型，并且将其应用在简化的小车上进行仿真分析。

1.差速器建模

差速器主要由行星齿轮、半轴齿轮、驱动齿轮、从动齿轮等组成，本次差速器的建立主要基于view中的Machinery模块（也可以通过CAD软件建立导入），具体的建立方法如下所示：首先点击Machinery，选择齿轮组，然后选择锥齿轮（Bevel）。

1）建立齿轮组

然后选择Next，选择3D Contact(接触方法)

完成后点Next进行锥齿轮参数设置：

图中的具体参数及含义如下：

Axis of Rotation: 旋转轴方向 No.of Teeth: 齿数  Face Width:齿宽

Back cone distance: 背锥距 Pitch Angle: 节距角Pitch Apex:节距顶点

Mean Spiral Angle:平均螺旋角

设定好之后点击下一步，直到出现如下界面：

两个齿轮的连接方式都选择None，在后期可以根据齿轮的位置自定义添加旋转副。完成后一直点击Next，完成如下图所示的齿轮建立。

如下图，同样的方法建立上部齿轮，需要注意的是，GEAR_1采用Existing(现有的)齿轮，即右侧齿轮，而GEAR_2则是新建立齿轮(建立时注意轴的方向)。

完成后如下图所示（其余步骤和第一对齿轮建立时相同）：

同样的方法建立左侧齿轮（注意轴的方向):

最终建立好了行星轮和半轴齿轮（轴在后文中建立），如下：

需要注意的是，此时左侧齿轮和下侧齿轮没有建立啮合，需要按下图建立啮合关系。

下图是建立驱动齿轮和从动齿轮的参数(需要注意的是:两个齿轮的位置，轴的方向)，其他步骤与上文相同。

最终建立好如下的齿轮组：

2）建立半轴及齿轮箱

建立半轴的过程主要通过建立圆柱连杆，然后通过布尔操作(半轴与行星轮)及固定约束（齿轮箱与从动轮）：

3）约束副的建立

如下图所示：1、5两个旋转副为半轴齿轮与地面建立的旋转副，2、3两个旋转副为齿轮箱与行星齿轮建立的旋转副，4为驱动齿轮与地面建立的旋转副，6为从动齿轮与右侧半轴建立的旋转副

2.差速器仿真

如下图所示，在驱动轴上加驱动，此时两个半轴所处的环境一样，两半轴转速是相同的。

如下动图所示：行星齿轮不相对齿轮箱转动，而两个半轴齿轮转速相同，这种情况模拟了车辆理论直行的情况。

在下图中，左半轴加一定数值的驱动，而右半轴不加，模拟两轮所示环境不同(转弯等路面)

通过仿真，动图如下，这时，两行星轮开始工作，从而使得两半轴齿轮的转速不同。

3.四轮后驱动小车模型建立

建立好的模型如上图所示，首先左右半轴齿轮两端建立轮胎模型(轮胎与半轴齿轮通过固定副相连)，上文中建立了两半轴与地面的旋转副，在该模型上需要删除，然后如上图中间黄色球所示，建立一个车架，并建立两半轴齿轮与车架的旋转副，同理，删除原有驱动轴与地面的旋转副，建立驱动轴与车架的旋转副。

如上图，在前桥处，建立一个转向节(简单)及轮胎模型，然后建立车桥与转向节的旋转副，该旋转副主要用作转向(在左右侧的旋转副上加相同参数的旋转驱动来模拟转向)，同时，建立转向节与轮胎的旋转副(上图中没有体现出)，同理在右侧建立同样的结构。这样完成了转向机构和前桥的建模。

4.四轮后驱动小车仿真

在前轮两个转向驱动处加step(time,0,0,5,10d)的驱动函数来模拟转弯工况，中间驱动轴的驱动为：300d*time。具体仿真动图如下所示：

下图为差速器两端车轮角速度数据曲线：

如上图所示，差速器所在的左右两轮角速度在转弯的时候是不相同的，其中Marker_95为转弯内侧车轮，Marker_92为转弯外侧车轮，从图中看出，外侧车轮的角速度大于内侧车轮角速度，符合实际情况。

上图为车辆直行运动工况，差速器行星轮不工作，两轮转速相同。

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