基于軟土路面的越野車輛平順性研討

1、基于軟土路面的越野車輛平順性研討    概 述：基于載荷沉陷實際開收回用于計算彈性輪胎-軟土路面接觸力的ADAMS 用戶子順序，在某越野車整車虛擬樣機模型中完成彈性輪胎與軟土路面之間非線性接觸模擬。經(jīng)過改動軟土路面相關(guān)參數(shù)，對該越野車停止隨機輸入行駛實驗仿真，仿真結(jié)果標明，隨著路面變形的增大，輪胎動載荷，懸架動擾度均有較大變化，車身的振幅有清楚增大。中心詞匯： 駱駝?wù)撐?變形空中；平順性；越野車；輪胎；ADAMS0 引言由于路面變形及土壤力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性，車輛在軟土路工程面下行駛時，輪胎與路面的接觸機理比行駛在公路上的車輛要愈加復(fù)雜1。基于剛性路面假定的

2、車輛平順性分析中所樹立的輪胎模型只思考 了輪胎的變形，并沒有思考 到空中變形，這種假定曾經(jīng)不適宜用于軟土路面上車輛平順性，為了更準確地分析在軟土路面下行駛的越野車輛平順性有必要樹立基于軟土路面的車輛動力學(xué)模型。路面變形對在軟土路面下行駛的車輛的振動影響十分清楚而輪胎與軟路面的靜態(tài)相互作用是越野車輛在軟土路面上的行駛平順性的好壞的要害 要素之一2-3。國際外諸多學(xué)者對其停止了相關(guān)研討，包括車輪載荷與土壤沉陷關(guān)系4、不同類型路面的變形水平與懸架振動參數(shù)之間的關(guān)系5 、空中變形才干對車輛振動衰減快慢的影響1、路面變形對越野車輛懸架的平順性的影響6 、輪胎軟路面相互作用模型對越野車靜態(tài)功用的影響1 、

3、軟硬路面行駛車輪輪胎分析7。這些研討為更好的研討越野車輛在軟土路面上的行駛平順性提供了基礎(chǔ)。本文基于彈性車輪與軟土路面接觸實際，經(jīng)過ADAMS 的TIRSUB 輪胎子順序接口，樹立了彈性車輪與軟土相互作用子模型，并將此模型整合到整車動力學(xué)系統(tǒng)中樹立了整車在軟土下行駛的動力學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上經(jīng)過改動軟土的參數(shù)，對某型越野車輛在不同類型路面下行駛時的平順性停止了仿真研討。1 輪胎軟土路面相互作用模型越野車輛在越野路面下行駛時，由于路面的復(fù)雜性和多樣性以及軸系建模輪胎與路面之間的非線性接觸作用，很難樹立一個準確的模型來猜測和評價，必需樹立輪胎軟土路面計算模型。國際外諸多學(xué)者對此停止了多方面的研討，用

4、于研討輪胎與軟土路面相互作用的方法主要包括解釋法，閱歷法和有限元法8。本文采用以下兩種數(shù)值解釋模型來描畫輪胎在變形路面下的功用。1.1 剛性車輪模型輪胎在路面上滾動時的特性遭到輪胎剛度和土壤強度的影響，當輪胎剛度遠大于土壤強度時，可以視輪胎為剛性輪9。如圖1，此時輪胎變形量為零，可以用M.G.Bekker 提出的承壓特性模型來描畫輪胎與空中的相互作用。車輪載荷zF與沉陷量的關(guān)系為輪胎軟土路面相互作用模型在ADAMS 中的運用ADAMS 軟件思考 到模型的擴展性和開放性,提供用戶子順序(User Written Subroutine)接口, 支持用戶自定義的輪胎模型，TIRSUB 是ADAMS

5、公用的輪胎接口順序，用戶可以經(jīng)過編寫它來定義自己的輪胎模型。經(jīng)過TIRSUB 的計算，失掉輪胎印跡SAE 坐標系下的力和力矩，AMS/Solver 自動將這些力和力矩轉(zhuǎn)換到輪心坐標系。模型為了彈性車輪與軟土路面之間的非線性接觸，應(yīng)用ADAMS 軟件提供的二次開發(fā)接口，采用FORTRAN 編寫了輪胎子順序，主要用到的ADAMS 用戶子順序包括TIRSUB和REQSUB10-11，其中TIRSUB 子順序用于計算輪胎力，其格式如下：SUBROUTINE TIRSUB ( ID, TIME, T0, CPROP, TPROP, MPROP, PAR, NPAR, STR,NSTR, DFLAG,IF

6、LAG, FSAE, TSAE, FPROP )其中CPROP 為一個雙精度數(shù)組，保管輪胎與空中的一些接觸信息及運動信息，TPROP為一個雙精度數(shù)組，保管輪胎特性文件中（.tpf）（具體參數(shù)見表2）的一些信息，PAR 為順序輸入?yún)?shù)，PAR 被定義為一個列向量，為雙精度數(shù)組，用以傳遞和保管TIRSUB 語句中用戶自定義參數(shù)(本文主要是傳遞軟土路面的相關(guān)參數(shù))。REQSUB 用戶子順序用保管和前往TIRSUB 子順序計算后的相關(guān)信息，輸入的格式如下：SUBROUTINE REQSUB ( ID, TIME, PAR, NPAR, IFLAG, RESULT )其中RESULT 為調(diào)用后結(jié)果前往值

7、在FORTRAN 編程言語環(huán)境下編寫了TIRSUB 子順序，完成了所樹立的輪胎模型在ADAMS 軟件中的運用。順序編寫進程中，嚴厲遵守ADAMS 軟件子順序開發(fā)規(guī)范并按此編寫了TIRSUB 輪胎模型的順序代碼，經(jīng)過編寫和調(diào)用自定義REQSUB 子順序?qū)IRSUB 計算失掉的輪胎變形及土壤沉陷量等相關(guān)信息前往到view 環(huán)境，然后經(jīng)過編譯器將子順序代碼編譯成TIRSUB.dll 最終完成了在ADAMS 里可以調(diào)用的靜態(tài)庫文件。2 路面不平度模型越野汽車在路面下行駛時，路面的凹凸不平是惹起汽車振動的主要緣由。為了真實模擬越野車在不平路面下行駛進程，需構(gòu)建路面不平度鼓舞文件。少量測量統(tǒng)計結(jié)果標明，

8、路面不平度具有隨機、顛簸和各態(tài)歷經(jīng)的特性，可設(shè)路面高程為顛簸遍歷的均值為零的Gaussian進程，用功率譜密度來描畫不平度。GB7031-86 中依照功率譜密度將路面不平度分為8 個等級，路面功率譜密度的表達式為10：可以應(yīng)用已知的功率譜密度函數(shù)，經(jīng)過正弦波疊加法來生成隨機路面13-14，其基本思想為：路面不平度由一系列不同頻率的正弦波疊加而成；這些不同頻率的正弦波之間相差一個在0，2之間平均散布的隨機相位角；將對應(yīng)于各個小區(qū)間的正弦波函數(shù)疊加起來，就失掉頻域路面隨機位移輸入式中： -0，2上平均散布的隨機數(shù)；x-路面的縱向位置?？梢则炞C，當正弦波的疊加頻率數(shù)m 足夠大時，由以上方法生成的隨機

9、路面具有與給定路譜相反的頻域特征和較好的分歧性本文依據(jù)GB7031-86 中C 級路面的要求應(yīng)用Matlab 編寫了MSC.ADAMS 軟件需求的tpf 路面文件。3 仿真結(jié)果與分析3.1 剛性路面下模型驗證在 ADAMS/VIEW 環(huán)境下，樹立了某越野車整車虛擬樣機模型, 如圖4 所示，對車輛在GB7031-86 C 級路面下對車輛停止平順性仿真，仿真結(jié)果和實驗測量結(jié)果如圖5 所示，實驗測得的數(shù)據(jù)是駕駛室座椅和后座椅處加權(quán)減速度值，本文沒有建座椅，所測值為車體質(zhì)心處的加權(quán)減速度值，故和實驗值有一定偏向，但是從總體趨向和值的大小來看本文由所建模型失掉的數(shù)據(jù)和實驗數(shù)據(jù)基本趨向是分歧的。3.2 剛

10、性路面及軟土路面下仿真結(jié)果對比在平剛性路面和硬路面上停止仿真，土壤參數(shù)取表1 的對應(yīng)路面參數(shù)，仿真結(jié)果見圖6(a),圖中實線為ADAMS Fiala 輪胎模型在剛性路面上計算結(jié)果，虛線為本文模型在硬路面上所計算的后輪垂直反力。圖6(b)中實線為本文模型在硬路面上所計算的后輪垂直變形，雙點劃線為計算失掉的土壤沉陷量，虛線為ADAMS Fiala 輪胎模型在剛性路面上計算失掉的后輪垂直變形。    (a)輪胎載荷 (b)輪胎變形及土壤沉陷量 (a)輪胎載荷 (b)輪胎變形及土壤沉陷量圖6 靜平衡工況下不同路面上仿真結(jié)果對比 圖7 直線行駛工況下不同路面上仿真

11、結(jié)果對比直線行駛工況下,車輛沿水平路面直線行駛,在后輪上施加相應(yīng)的驅(qū)動函數(shù)，設(shè)定減速時間為2s，2s后到達勻速，在剛性路面和硬路面上停止仿真，仿真結(jié)果見圖7。圖中曲線含義與圖6 中分歧，從圖7(a)中可以看出，在兩秒前后輪載荷有所添加這是由于車輛的減速招致了整車軸荷的轉(zhuǎn)移，表現(xiàn)為后軸載荷的添加，兩秒事先基本堅持動搖，輪胎變形及土壤沉陷量均有相反變化趨向。從ADAMS Fiala 輪胎模型和本文所編輯的輪胎子順序模型所計算的仿真結(jié)果可以看出在平路面上靜態(tài)和靜態(tài)的仿真中輪胎垂直力最后都趨向于車體自身重量，這從另一個方面說明本文所編譯的子順序得來的數(shù)據(jù)是牢靠的，可以用于車輛在軟土路面下行駛仿真分析。

12、3.3 軟土路面下平順性隨機輸入實驗仿真針對變形路面對越野汽車平順性影響，在ADAMS/VIEW 環(huán)境下經(jīng)過調(diào)用自定義輪胎子順序TIRSUB.DLL 靜態(tài)數(shù)據(jù)庫在C 級路面上，以車速18km/h 在按表1 所給參數(shù)來定義的不同路面上停止了仿真分析，由圖8 可看出，隨空中硬度越低，輪胎中心點沉陷越深，同時曲線愈加潤滑，并且相位上有一定的滯后。而圖9則可看出，前輪載荷在末尾時有一定振幅，然后趨于動搖，并在車身重量范圍內(nèi)動搖，并有一定振幅，這是由于空中不平整給車體的鼓舞，與文獻資料所給結(jié)論1相符，其靜態(tài)仿真結(jié)果如表3 所示從表3 可以看出在異樣車速下隨著路面硬度的降低，土壤沉陷量有所增大，從硬路面到

13、軟路面增大了近8倍，車身質(zhì)心處位移均方根值也增大，從硬路面到軟路面增大了3 倍，這說明在軟土路面下行駛的車輛，既有輪胎變形又有空中變形,軟土的沉陷量的添加招致了車體垂直振幅的添加，而且路面越軟土壤沉陷量越大從而招致車體垂直振幅會越大。另外輪胎動載荷及懸架動擾度均有變化，是由于路面不平度鼓舞使車輛和輪胎發(fā)生振動，從而影響車輛的平順性。在懸架剛度和阻尼不變的狀況下車身減速以及懸架的動擾度隨土壤的變軟都有變化，從上述變化趨向可以看出在硬路面上適宜的懸架剛度和阻尼值并不適宜用于軟土路面，應(yīng)該盡能夠依據(jù)越野車輛的常用行駛路況來設(shè)計懸架的剛度值和阻尼值。4 結(jié)論（1）本文是在輪胎與軟土路面相互作用的模型基

14、礎(chǔ)上，經(jīng)過編寫用于計算輪胎軟土路面相互作用力的子順序，完成了該順序在ADAMS 中的調(diào)用，并將其運用到整車模型仿真上，以相反車速在不同變形水平的路面下對某越野車輛停止了仿真，從而失掉不同路面變形水平下車輛行駛平順性功用參數(shù)。仿真結(jié)果驗證了所建模型的正確性與可行性，并能有效地猜測行駛在軟土路面上的越野車輛的行駛平順性。依據(jù)仿真失掉的相關(guān)參數(shù)，分析失掉了軟土路面的非線性變形對車輛行駛平順性有清楚影響，對越野車輛在軟土路面下行駛平順性研討提供了實際依據(jù)。（2）該模型只思考 了軟土路面的承壓模型，未思考 軟土剪切變形對車輛行駛平順性的影響，再者越野行駛時通常是后輪在前輪的行駛事先留下的車轍中滾動，因此

15、不同軸上的車輪在行進中所碰到 的軟土條件是不分歧的，而該模型中前后輪是用同一種模型計算的。只要樹立同時思考 軟土剪切變形及重復(fù)載荷下的承壓模型才干更片面和準確的評價車輛在軟土路面行駛時的平順性，這是本文需求進一步停止研討的任務(wù)。本工程碩士論文源自駱駝?wù)撐木W(wǎng)，更多效果請咨詢在線客服！文獻資料本文來自： 駱駝?wù)撐? 孫蓓蓓,張曉陽,王哉等. 基于輪胎與空中接觸模型的非公路車輛平順性J西北大學(xué)學(xué)報，2006，36(6):938-940.2 F.R.Fassbender; C.W.Fervers;C.Harnisch. APPROACHES TO PREDICT THE VEHICLE DYNAMICS ONSOFT SOIL J. Vehicle System Dynamics (0042-3114), 1997, 27(S1),173-188.3S.G.Mao,Ray P.S.HanI.C.Schmid, Nonlinear complementarity equations for modeling tire-soil interaction-Anincremental Bekker approachJ. Journal of Sound and Vibration (0022-460X), 2008,312(3):380-398.4M.G. Bekker, In