ADAMSCAR在汽車平順性分析的研究

1、ADAMS/CAR在汽車平順性分析的研究作者：鐘漢文 卜繼玲 宋傳江摘 要：基于多體動(dòng)力學(xué)理論，在ADAMS/CAR 中建立某一車型的虛擬樣機(jī)模型。在隨機(jī)路面的輸入下，對該車型并進(jìn)行平順性分析，探討了ADAMS/CAR 中建立整車模型并進(jìn)行平順性分析的流程。研究結(jié)論為ADAMS/CAR 進(jìn)一步的整車參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：ADAMS/CAR；平順性分析；隨機(jī)路譜；整車模型 1 前言 汽車的平順性主要指保持汽車在行駛過程中產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊環(huán)境對乘員舒適性的影響在一定界限之內(nèi)，不至于使人感到不舒適、疲勞甚至損害健康的性能。因此，平順性主要根據(jù)乘員主觀感覺的舒

2、適性來評價(jià)，對于載貨汽車還包括保持貨物完好的性能，它是現(xiàn)代高速汽車的主要性能之一。路面不平是汽車振動(dòng)的基本輸入，汽車的平順性主要指路面不平引起的汽車振動(dòng)，頻率范圍約為0.525Hz。路面不平度和車速形成對汽車振動(dòng)系統(tǒng)的輸入，此輸入經(jīng)過由輪胎、懸架、座墊等彈性、阻尼元件和懸架、非懸架質(zhì)量構(gòu)成或進(jìn)一步經(jīng)座椅傳至人體的加速度，此加速度通過人體對振動(dòng)的反應(yīng)，即舒適性來評價(jià)汽車的平順性。 2 路面輸入與整車建模 2.1 路面構(gòu)造 ADAMS/CAR Ride 提供一個(gè)基于Sayers 數(shù)字模型的路面生產(chǎn)工具路面輪廓發(fā)生器，該模型為一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，綜合許多不同類型道路測量參數(shù)并

3、給出了左右輪轍路面輪廓參數(shù)。路面輪廓發(fā)生器模型認(rèn)為路面輪廓的空間功率譜密度與空間頻率n，存在如下函數(shù)關(guān)系：等式右邊由三部分組成，分別為三個(gè)獨(dú)立的白噪聲所獲得，式中： Ge 為白噪聲空間功率譜密度幅值， Gs 與時(shí)間有關(guān)的白噪聲速度密度幅值，Ga 為與時(shí)間平方相關(guān)的白噪聲加速度功率譜密度幅值。在路面譜生成器中，通過設(shè)置路面空間功率譜密度幅值、速度功率譜密度幅值和加速度功率譜密度幅值等參數(shù)來設(shè)置路面譜文件。本文采用的水泥隨機(jī)路面，采用水泥路面參數(shù)在路面譜生成器中生成所需的隨機(jī)路面。 2.2 整車建模 該車型采用麥弗遜懸架為前懸架，雙叉臂懸架為后懸架。則依次在ADAMS/CAR

4、的模版模式下，建立前懸、后懸、底盤、輪胎、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及車身試驗(yàn)臺(tái)的模版，然后將模板生成各個(gè)子系統(tǒng)，將建好的各子系統(tǒng)按照相應(yīng)的約束連接在一起，即可構(gòu)成完整的汽車整車模型，如圖1 所示。 圖1 整車模型3 仿真結(jié)果與平順性評價(jià) 3.1 仿真結(jié)果 利用ADAMS/CAR 模塊的Ride 功能，根據(jù)汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法，汽車速度選取為70km/h 進(jìn)行仿真試驗(yàn)，路面輸入通過路面譜生成器生成的水泥隨機(jī)路面，對整車進(jìn)行平順性仿真。仿真計(jì)算結(jié)束后，利用ADAMS 后處理功能，得出整車行駛時(shí)汽車車身質(zhì)心處在縱向、橫向、垂向的加速度時(shí)域曲線，如圖2、圖3、圖4 所示。&#

5、160;圖2 速度為70km/h 時(shí)縱向加速度曲線圖 圖3 速度為70km/h 時(shí)橫向加速度曲線圖 圖4 速度為70km/h 時(shí)垂向加速度曲線圖 圖5 速度為70km/h 時(shí)縱向加速度功率譜密度函數(shù)曲線圖 圖6 速度為70km/h 時(shí)橫向加速度功率譜密度函數(shù)曲線圖 圖7 速度為70km/h 時(shí)垂向加速度功率譜密度函數(shù)曲線圖利用ADAMS 后處理的FFT 功能，可以得到各軸向加速度功率譜密度函數(shù)，如圖5、圖6、圖7 分別為整車以70km/h 速度在水泥路面行駛時(shí)，各軸向的加速度功率譜密度函數(shù)曲線圖。由圖7 可知，車身質(zhì)心處垂向加速度功率譜密度在2

6、.1Hz 附近，對應(yīng)峰值為0.037g。 3.2 平順性分析 機(jī)械振動(dòng)對人體的影響，取決于振動(dòng)的頻率、強(qiáng)度、作用方向和持續(xù)時(shí)間，而且每個(gè)人的心理與身體素質(zhì)不同，對振動(dòng)的敏感程度有很大的差異。我國修訂相應(yīng)的汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法GB/T4970-1996 時(shí)，評價(jià)汽車平順性就考慮椅面Xs、Ys、Zs 這三個(gè)軸向。評價(jià)振動(dòng)對人體舒適和健康的影響是采用加權(quán)加速度均方根值： 對記錄的加速度時(shí)間歷程a(t)進(jìn)行頻譜分析得到功率密度函數(shù)Ga(f)，按下式計(jì)算：式中，aw 是加權(quán)加速度均方根值；w(f)是頻率加權(quán)函數(shù)，Ga(f)是功率譜密度函數(shù)。為了使仿真試驗(yàn)分析的結(jié)果

7、更加逼近實(shí)際情況，需要同時(shí)考慮x、y、z 三個(gè)軸向的振動(dòng)，三個(gè)軸向的總加權(quán)加速度均方根值按下式計(jì)算：考慮按照標(biāo)準(zhǔn)的評價(jià)方法，還需要采用加權(quán)振級Law，它與加權(quán)加權(quán)加速度均方根值aw 換算，按下式進(jìn)行：a0 為參考加速度均方根值，a0=10-6m/s2。Law 和aw 與人的主觀感覺之間的聯(lián)系對照如表1 所示。通過對仿真結(jié)果的分析，得到總加權(quán)加速度均方根值為0. 915，加權(quán)振級為119db。說明該車的配置參數(shù)的平順性不滿足設(shè)計(jì)要求，需要對參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)。改變懸架剛度、阻尼、簧載質(zhì)量、非簧載質(zhì)量等都能改變平順性，對于實(shí)車來說，一般可以進(jìn)行修改的參數(shù)只有懸架的剛度和阻尼。懸架剛度越小，對平順性越有利，因此為改進(jìn)平順性，可適當(dāng)?shù)臏p小懸架剛度，主要是降低彈簧的剛度。因此下一步的優(yōu)化中，應(yīng)該結(jié)合操控穩(wěn)定性，綜合考慮各個(gè)因素的影響，適當(dāng)?shù)臏p小彈簧剛度，增強(qiáng)平順性，從而滿足設(shè)計(jì)要求。 4 結(jié)論 基于多體動(dòng)力學(xué)理論，在ADAMS/CAR 中建立某一車型的虛擬樣機(jī)模型。在隨機(jī)路面的輸入下，對該車型并進(jìn)行平順性分析。探討了ADAMS/CAR 中建立整車模型的流程，并對平順性的研究做了嘗試。對汽車采用面向整車系統(tǒng)的數(shù)字化虛擬樣機(jī)技術(shù)，通過在計(jì)算機(jī)上建立詳細(xì)的數(shù)字化三維實(shí)體模型進(jìn)行仿真分析是可行的，為仿真模型的完善和車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供改進(jìn)基礎(chǔ)和評判依據(jù)。