基于虛擬樣機技術(shù)的ATV懸架仿真分析

1、基于虛擬樣機技術(shù)的ATV懸架仿真分析第36卷第6期2009年12月拖拉機與農(nóng)用運輸車Tractor&FarmTransporterVo1.36NO.6Dec.,2009基于虛擬樣機技術(shù)的ATV懸架仿真分析朱華(解放軍汽車管理學院裝備技術(shù)系,安徽蚌埠233011)摘要:運用虛擬樣機技術(shù),在ADAMS軟件中對ATV模型進行了仿真分析.為滿足行駛平順性指標,通過限定整車質(zhì)心垂向加速度的大小對整車模型進行仿真.仿真結(jié)果與試驗結(jié)果相吻合,驗證了虛擬試驗的合理性和可行性,得出了需要的懸架參數(shù),為整車性能的進一步改進提供了依據(jù).關(guān)鍵詞:A1,;獨立懸架;虛擬樣機技術(shù);ADAMS中圖分類號:U463.

2、33文獻標識碼:A文章編號:10060006(2009)06007802SimulationAnalysisofATVSuspensionBasedonVirtualPrototypeTechnologyZHUHua(Dept.ofEquipmentTechnology,AutomobileManagementInstitute,Bengbu233011,China)Abstract:SimulationanalysisforthemodelisperformedinADAMS.whichisonthebasisofvirtualprototypetechnology.Inordertomee

3、tthevehicleridecomfortrequirements,theverticalaccelerationinthecentermassoffullvehicleislimited;Theresultsmatchwiththeoutputsoftest.ThetestsshowthatthevirtualprototypeofATvisreasonableandfeasible.andtheparametersofthesuspensionareobtained,andmeanwhile,whichprovidebasisforthefurtherimprovementoffullv

4、ehiclePerformance.Keywords:ATV;Independentsuspension;Virtualprototypetechnology;ADAMSATV(AllTerrainVehicles)是一種廣泛使用的非公路車,又稱全地形車或沙灘車.其主要特征是在極其復雜和多種路面狀態(tài)下具有良好的行駛能力,在農(nóng)業(yè),林業(yè),娛樂休閑以及軍事上得到了越來越廣泛的應用.懸架系統(tǒng)是ATV的重要部件之一,其性能好壞直接影響車輛行駛平順性,舒適性,操縱穩(wěn)定性.本文試驗樣車的前懸架采用麥弗遜式獨立懸架,后懸架采用等臂長雙橫臂獨立懸架,首先在對懸架進行理論分析的基礎(chǔ)上,通過ADAMS虛擬樣機軟件對

5、懸架進行仿真分析,得出了合理的懸架剛度與阻尼.1理論分析假設(shè)ATV在顛簸的路面上行進,且路面激勵為正弦波;ATV前后懸架系統(tǒng)相互獨立,且有1/4的質(zhì)量落在后左懸架上.選取整車的I/4懸架模型進行分析,其簡化模型如圖1所示.D._J圖1懸槊1/4簡化模型Fig.11/4ModelofSuspension圖1中為彈簧的剛度;D為減振器的阻尼;為1/4懸架承載的質(zhì)量;y(t)為車身的垂向振動位移;(t)為地面激勵輸入,(t)=Asin(甜t),=(2叮r口)兒.已知條件:M=102.5kg;=14m/s;L=3.15m.根據(jù)牛頓第二定律,建立方程,即+D(一)+K(YY)=0(1)收稿13期:200

6、8-0623;收修改稿日期:2008-0702?78?對(1)式進行拉普拉斯變換并變形得傳遞函數(shù)H(s),即)=糟=(2)令:m=蓋,=iD,a=吾=專式中,to為無阻尼固有頻率;為阻尼比;or為剛度阻尼比.為使懸架系統(tǒng)對地面的激勵輸入具有較大的衰減,以及較好的瞬態(tài)響應性能,應選擇幅頻特性斜率為2的一段頻率,由m對應的幅值可知車身的垂向顛簸幅度只有地面激勵顛簸幅度的1/4(3/4衰減),由此可得c:2w:1396(rad/tOn13.ci/s)丁,=-n=1/4則K=MtO=19975.36(kN/m)D:715.45(N.s/m)2建模與仿真分析根據(jù)汽車與摩托車的平順性評價指標,常用車身振動

7、的固有頻率和振動加速度來評價行駛平順性,車身振動加速度的極限值應低于0.60.7g(g為重力加速度).考慮到ATV的各種行駛路況和動力性能,限定其質(zhì)心垂向加速度也應低于0.6-0.7g.2.1整車模型的建立根據(jù)懸架系統(tǒng)中關(guān)鍵定位點(硬點)以及整車質(zhì)心的空間坐標值,建立整車的Pro/E模型并導)ADAMS中進行分析.由于本文朱華:基于虛擬樣機技術(shù)的ATV懸架仿真分析是對整車模型的運動學問題進行仿真計算,不考慮其動力學特性,因此應用ADAMS建模與仿真時做如下簡化與假設(shè)J:1)懸架中各零部件(除輪胎和襯套外)均為剛體;2)減振器阻尼特性為線性;3)零部件之間的所有連接都簡化為鉸鏈,內(nèi)部問隙不計,各

8、運動副內(nèi)的摩擦力忽略不計;4)選擇測試平臺作為地面移動副,添加直線驅(qū)動來表示車輪受地面的激勵作用_4.創(chuàng)建的整車模型如圖2所示.圖2整車模型Fig.2ModelofFullVehide整車模型由前,后懸架,前,后車輪以及簡化的車體構(gòu)成_5J,共21個構(gòu)件.其中包括:4個胡克鉸鏈,4個圓柱副,6個轉(zhuǎn)動副,8個球形副和6個固定副.優(yōu)化目標是考察質(zhì)心的垂向加速度.整車模型的自由度為_6J:DOF=216一(4X4+44+5X6+8X3+6X6)=44個自由度分別為4個車輪的獨立垂向直線運動,由4個試驗臺提供地面垂向激勵h,且h=40sin27.92t.2.2整車1/4懸架模型的仿真分析對整車模型進行

9、仿真分析前必須對模型進行驗證.對整車模型中后懸架的左側(cè)車輪添加路面激勵h,其它部分與路面固定.測定整車質(zhì)心垂向加速度n與彈簧剛度,減振器阻尼D之間的關(guān)系.仿真結(jié)果如圖3一圖4所示.lO97l98825262728293O31323334K/(kN?m.)圖3阻尼D固定時加速度a隨剛度,(的變化Fig.3ChangeofAccelerationalongwithStiffnesswhenDisConstantO5O6n7O80910D/(kN?S?m)圖4剛度固定時加速度a隨阻尼D的變化Fig.4ChangeofAccelerationalongwithDampwhenKisConstant分析

10、圖3可知:采用原剛度與阻尼時質(zhì)心加速度很大,達到9.552m/s;質(zhì)心加速度隨彈簧剛度的增加而增加.圖4可知質(zhì)心加速度隨減振器阻尼的增大而減小.根據(jù)質(zhì)心垂向加速度的限定指標(0.60.7g),通過仿真分析得后懸架剛度K=18.523.5kN/m,阻尼D=500880N?s/m,與理論計算值吻合,因此構(gòu)建的整車模型合理有效.2.3整車1/2懸架模型的仿真分析懸架系統(tǒng)參數(shù)的整定需考慮兩方面問題:1)單個懸架參數(shù)的大小;2)前后懸架參數(shù)之間應滿足一定的匹配關(guān)系,制動和加速時車身應具有抗仰頭和抗點頭.對ATV的前后俯仰和左右側(cè)傾兩種運行工況進行仿真試驗,測定后懸架剛度的變化對質(zhì)心垂向加速度的影響,仿真

11、試驗結(jié)果如圖5圖6所示.l8l9202122232425K/(kN-111)圖5前后俯仰時加速度a隨k變化曲線Fig.5ChangeofAccelerationalongwithKwhenATvPitchesupanddown圖6左右側(cè)傾時加速度a隨k變化曲線Fig.6ChangeofAccelerationalongwithKwhenATVRollsOver分析結(jié)果可知:由于兩個車輪同時添加激勵,所以質(zhì)心的垂向加速度值相對前述1/4懸架模型獲得的加速度值較大.根據(jù)質(zhì)心垂向加速度的限定指標,通過仿真分析獲得后懸架剛度值分別為:(1)K=18.021.5kN/m;(2)K=18.023.6kN/

12、m.阻尼值保持不變.綜合以上理論計算和仿真結(jié)果,為保證前后懸架參數(shù)合理匹配,同時結(jié)合ATV行駛動力性能要求,最終確定一組ATV整車懸架系統(tǒng)的參數(shù):前懸架保持參數(shù)數(shù)值不變;后懸架的阻尼值保持原設(shè)計值,剛度K=19.97521.5kN/m.3結(jié)論將Pro/engineer中建立的ATV整車模型導入到ADAMS中,對整車模型添加約束和運動,以整車的質(zhì)心垂向加速度為目標,對模型進行了仿真分析.依據(jù)平順性要求中的垂向加速度限定指標對懸架系統(tǒng)的剛度和阻尼值進行了整定.綜合理論計算和仿真分析結(jié)果,在保證前后懸架參數(shù)合理匹配,同時結(jié)合ATV行駛動力性能要求的條件下,得出了可以滿足要求的懸架剛度與阻尼.參考文獻:1DAIL,WUJ.StabilityandVibrationsofanAllterrainVehicleSubjectedtoNonlinearStrueturalDeformationandResistanceJ.CommunicationsinNonlinearScienceandNumericalSimulation,2007(12):7282.2許洪國.汽車運用工程基礎(chǔ)M.北京:清華大學出版社,200