（1）柔性车架有限元模型

全地形车车架在受到外界激励时会产生相应的变形，因此用柔性车架更能反映行驶过程中的实际工况，建立柔性车架首先要生成模态中性文件。

模态中性文件是一个独立于操作平台的二进制文件，它包含下列信息：几何信息（结点位置及连接）、结点质量和惯量、模态质量和模态刚度。 从有限元模型中生成模态中性文件需要进行特定的有限元分析，才能将结果转换成模态中性文件。 本书首先通过有限元前处理软件Hypermesh 生成车架有限元模型。 然后导入Patran，保留模态分析各参数，中性文件的生成过程是从Patran 中打开Analysis 选项卡，选择“solution type” ➝“nomal moods”➝“solution parameters”➝“ADAMS preparation”，在ADAMS OUTPUT 中选择Full run＋MNF 之后就可以生成.mnf 中性文件了。 最后提交Nastran 进行计算。 提取前十二阶模态频率和振型。

在生成MNF 文件时需注意两点：一是车架与其他部件的连接地方要建立外部连接的MPC 点，以方便在ADAMS 中建立各部件之间的约束关系。 二是有限元模型和刚体模型应该尽量保证一致，这样才能给建立刚柔耦合的模型带来方便。 所建立的车架MNF文件如图6.14 所示。

（2）前后悬架模型

该全地形车前后独立悬架均采用双横臂式，包括上下横臂、转向节和筒式减震器。前悬架动力学模型如图6.15 所示。

图6.14　车架中性文件

图6.15　前悬架动力学模型

在图6.15 中，前悬架上下横臂分别通过球副与转向节连接，再通过转动副与车架连接。 简化的减震器模型下端与上横臂连接，上端连在车架上。 后悬架后轴通过转动副与后平叉连接，后平叉再与车架用转动副连接，减震器下端连接后平叉，上端与车架相连。该车前后悬架减震器是液力式减震器，根据设计图纸，前后减震器刚度分别为12 N／mm和32 N／mm，前后悬架的阻尼系数为3.5 N·m／s、6.5 N·m／s。 用弹簧模拟前后悬架，设置如图6.16 所示。

（3）转向系模型

该全地形车转向机构包括方向把、转向摇臂和转向拉杆。 转向摇臂与方向把通过固定副连接，转向拉杆通过球副与转向摇臂连接，方向把通过转动副与车架连接，驾驶员双手固定在方向把上，如图6.17 所示。

图6.16　前悬架参数设置

图6.17　转向系模型

（4）轮胎模型

轮胎是全地形四轮车的重要部件，它不仅支持整车质量，保证汽车与路面有良好的附着性能，传递驱动力矩和制动力矩，确定汽车的行驶方向，而且还和悬架系统共同缓和整车在行驶时由于路面不平所受到的冲击，并衰减由此产生的振动，因此，建立准确的轮胎模型是进行全地形四轮车操纵稳定性和行驶平顺性仿真分析的重要环节。

轮胎与路面的接触问题以及轮胎模型的简化，是国内外学者一直不断探索的问题。目前比较成熟和认可的有Fiala、DELET、SMITHERS 和UA 轮胎模型，因Fiala 轮胎模型需要的参数较少且满足简单行驶平顺性仿真要求，本书采用Fiala 轮胎模型。 轮胎模型的部分参数见表6.4。(www.daowen.com)

表6.4　前后轮胎参数

续表

（5）人体模型

国家标准《中国成年人人体尺寸》（GB 10000—1988）按照人体工程学的要求提供了我国成年人人体尺寸的基础数据。 标准中总共给出了7 类47 项人体尺寸的基础数据。成年人的年龄范围界定为：男18～60 岁；女18 ～55 岁。 人体按男、女性别分开列表，且各划分为3 个年龄段：18～25（男、女）、26～35（男、女）、36～60（男）、36～55（女）。 国家标准《成年人人体惯性参数》（GB／T 17245—2004）中规定了成年人人体体段划分的方法，给出了成年人人体惯性参数：人体整体及各体段的质量、质心位置及其转动惯量。 标准中将人体分为头、上躯干、下躯干、上臂、前臂、手、大腿、小腿和脚共15 各部位，并给出了各体段的相对质量分布及转动惯量。 我国成年人男子的坐姿人体结构主要尺寸见表6.5。

表6.5　中国成年男子（18～60 岁）人体主要尺寸（坐姿）

由表6.5 可知，选择成年男子体重为75 kg 的人体尺寸，然后根据《成年人人体惯性参数》（GB／T 17425—2004）得到人体各体段的惯性参数，见表6.6，建立了人体坐姿模型。

表6.6　成年人人体惯性参数

再将坐姿人体模型通过人与整车的连接点，如手、脚踏、坐垫部位，转换为人体驾驶模型，导入ADAMS 中，如图6.18 所示。

图6.18　人体模型

人体不是一个简单的有质量的物体，它不仅有一定的质量，而且还有一定的阻尼和刚度。 人的上体总的来说对低频有放大作用，对高频有抑制作用。

在进行动力学建模时对人体进行了一定的简化，忽略了人体内部组织之间的弹性效应，各体段都视为刚体，这样可以简单地反映整个人体的质量分布。 各体段之间的约束为：头部与上躯干固定，上躯干与下躯干固定，上臂与上躯干用球副连接，上臂与前臂用万向节连接，前臂与手用转动副连接（前臂只能上下转动）即假定前臂不能左右摆动，人体大腿与下躯干用球副连接，大腿与小腿用万向节连接，小腿与脚用转动副连接（小腿只能上下转动）即假定小腿不能左右摆动，手和脚处与车架通过固定副连接，下躯干与车架之间施加一个移动副（下躯干可相对车架上下移动）。

最终生成的整车多刚体动力学模型如图6.19 所示。 该模型共58 个部件，约束个数为固定副22、球副16、转动副25、移动副5、高副1 和驱动副2。

图6.19　多刚体动力学模型