Adams/ATV在履带车辆动力学仿真中的应用实践

1  概述

相比轮式车辆而言，履带式车辆采用履带行走，就像铺了一道可以无限延长的轨道一样，使它能够平稳、迅速、安全地通过各种复杂路况。由于接地面积大，所以增大了坦克在松软、泥泞路面上的通过能力，降低了下陷量，而且履带板上有花纹并能安装履刺，所以在雨、雪、冰或陡坡路面上能牢牢地抓住地面，不会出现打滑现象。同时由于履带接地长度达4～6米，诱导轮中心位置较高，所以可以通过壕沟、垂壁等路障，一般坦克的越壕宽度可达2～3米，可通过1米高的垂直墙。履带还有一个特殊功能，在过河时，可以采取潜渡的方式在河底行走；若是浮渡履带，还可以像螺旋桨一样产生推进力，驱使车辆前进。正是因为这些卓越的越野机动性能，使得履带式车辆为兵器行业和工程机械行业所广泛使用。

要提高履带式车辆的动力学走行性能，一方面需要借助各种现场试验，另一方面，也可以借助VPD技术，利用MSC ADAMS/ATV ToolKit进行仿真模拟。

2  MSC ADAMS/ATV模块简介

MSC ADAMS/ATV Toolkit是MSC ADAMS用于履带式车辆动力学性能仿真的专用工具，是分析军用或商用履带式车辆各种走行动力学性能的理想工具；通过ATV Toolkit，利用其提供的车身、履带、主动轮、负重轮、拖带轮及诱导轮模板，可快速建立履带式车辆的子系统到总装配模型。ATV Toolkit中提供了多种悬挂模式和履带的模板，方便用户建立各种复杂的车辆模型。通过改进的高效积分算法，可快速给出计算结果，研究车辆在各种路面（软土、硬土）、不同车速和使用条件（直行、转向）下的动力学性能，并进行方案优化设计。同时，模型中还可加入控制系统、弹性零件、用户自定义子系统等复杂元素，以使模型更为精确。在MSC ADAMS/ATV Toolkit 中，既可以建立完整履带车辆模型（包括橡胶履带），也可以建立简化的履带车辆模型（STRING TRACK MODEL）。

3  应用案例

1）崎岖路面高速通过分析

下图所示为坦克车通过崎岖路面的仿真分析，通过这一分析过程，可以研究悬挂系统对车辆的垂向动力学性能的影响进行分析。

2）高速通过路障分析

下图所示为坦克车通过障碍分析，从而可以对车辆的路障通过能力进行分析。

3）橡胶履带分析模型

采用了橡胶履带，可以减小履带对路面的破坏，下图为橡胶履带车辆越障分析。

4）通过软土路面及爬坡倾覆分析

软土路面的通过性能及爬坡能力是履带式车辆需要分析的重要内容，下图为采用ATV进行履带式车辆进行软土路面爬坡能力的分析。

5）履带张紧力分析

履带的张紧力对履带式车辆的动力学性能影响很大，下图为使用ATV对履带式车辆的张紧装置不同张紧力对车辆的动力学性能进行仿真。

6）与控制系统联合仿真分析

下图所示为履带式车辆与控制系统的联合仿真，从而分析机电耦合的影响。

7）重车过桥分析

下图所示为履带式车辆过桥的分析，案例中，将桥梁进行离散化，分析重型坦克能否顺利通过桥隧。

8）刚弹耦合分析

下图所示为履带式车辆通过弹性斜楔仿真。

9）简化绳索履带模型

使用简化绳索履带模块，其仿真结果与全履带模型非常接近，但是可以大大提高计算速度。

4  结束语

使用MSC.ADAMS/ATV Toolkit，可以完成履带式车辆的动力学走行性能及越野性能分析，分析过程中能考虑各种不同的使用环境及工况，如硬土路面、软土路面等，准确预测履带车辆的机动性能。

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