基于adams的汽車平順性仿真模型

基于adams的汽車平順性仿真模型

影響汽車穩(wěn)定性的因素有很多，包括道路、車輛和人員的環(huán)節(jié)。人是最活躍的因素，所以對汽車穩(wěn)定性的評估極其復(fù)雜。振動對人體的直接影響包括干預(yù)和身體部位的生物動態(tài)反應(yīng)行為、生理反應(yīng)、性能下降和敏感障礙。振動加速度是評價振動對人體的基本參數(shù)，振動頻率是振動運(yùn)動速度的象征。在汽車的各種性能評定方法中,以平順性較為困難和復(fù)雜,人體對機(jī)械振動的反應(yīng)既取決于機(jī)械振動的強(qiáng)度、頻率、作用方向、曝露時間,也取決人的心理和生理狀況.人體對振動的反映是一個十分復(fù)雜的心理和生理過程,因人而異.能客觀評價一輛汽車的平順性好壞是一件不容易的事情.利用虛擬樣機(jī)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在計算機(jī)上建立汽車的三維實(shí)體模型,并對虛擬模型進(jìn)行動力學(xué)分析,還可以通過修改不同參數(shù)并快速觀察車輛的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、動態(tài)顯示仿真數(shù)據(jù)結(jié)果.本文依據(jù)多體動力學(xué)理論,利用Adams的專業(yè)模塊Adams/Car建立某型號汽車的整車樣機(jī)模型,進(jìn)行了汽車平順性仿真實(shí)驗(yàn),將仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比,并做了相應(yīng)的分析.1剛體動力學(xué)參數(shù)建立轎車各子系統(tǒng)的模型,包括前后懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、動力總成、輪胎及車架的模版,然后生成各子系統(tǒng)模型,包括前后懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、前后輪模型以及底盤系統(tǒng)等部分,最后裝配成整車虛擬樣機(jī)模型.建成后的整車模型如圖1.坐標(biāo)系說明:X軸-汽車縱向,正向向后;Y軸-汽車橫向,正向向左;Z軸-汽車垂向,正向向上.汽車的主要技術(shù)參數(shù)見表1.在Adams/Car中,剛體動力學(xué)參數(shù)的確定有兩種方式:第一,根據(jù)用戶的自定義數(shù)據(jù)來確定;第二根據(jù)構(gòu)件的幾何形狀和密度來確定.文中對車身及動力總成系統(tǒng)等動力學(xué)參數(shù)采用用戶的自定義數(shù)據(jù).雖然所建模型與實(shí)際汽車有差別,但并不影響其動力學(xué)特性.建模時,只要保證各系統(tǒng)之間的連接方式和連接位置正確,車輛模型就是合理的.整車模型建立之后,為得到正確的仿真結(jié)果,要保證仿真模型能夠反映實(shí)際系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),并能在計算機(jī)上運(yùn)行,需要檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠行?在Adams/Car中,模型的檢驗(yàn)主要包括:模型的驗(yàn)證和確認(rèn).模型的檢驗(yàn)主要用于考察模型能否在計算機(jī)上正確實(shí)現(xiàn).利用Adams/View中的ModelVerify功能來驗(yàn)證整車模型沒有過約束.模型的確認(rèn)主要是用于考察整車模型與實(shí)際系統(tǒng)之間的關(guān)系,即在相同的輸入條件和運(yùn)行環(huán)境下,通過比較仿真結(jié)果和實(shí)際系統(tǒng)輸出結(jié)果的一致性來評價模型的可信度.本文通過仿真分析和試驗(yàn)研究來確認(rèn)模型的可信度.2模擬分析2.1總加速度均方根值最新的ISO2631:1997(E)標(biāo)準(zhǔn)及我國的《汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法》等標(biāo)準(zhǔn),推薦以總加權(quán)加速度均方根值評價汽車平順性及振動對人體舒適和健康的影響.由ISO2631:1997(E)知,當(dāng)評價振動對人體健康的影響時,僅需考慮縱向、橫向、垂向三個軸向,且水平、橫向兩個軸向的加權(quán)系數(shù)比垂直軸向更加敏感,另外規(guī)定靠背水平軸向可由椅面水平軸向代替.本仿真模型采用總加權(quán)加速度均方根值評價汽車的平順性,其包括汽車縱向、橫向、垂向的加權(quán)加速度均方根值.取水平軸向加權(quán)系數(shù)k=1.4,總加權(quán)加速度均方根值的計算公式為:aw={(1.4awx)2+(1.4awy)2+a2wz}12,其中:aw為總加權(quán)加速度均方根值,m/s2;awx為x方向加速度,m/s2;awy為y方向加速度,m/s2;awz為z方向加速度,m/s2.將Adams/Car仿真得到的曲線,在Adams/Car的后處理器中轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制文件,經(jīng)過數(shù)學(xué)計算,得到總加權(quán)加速度均方根值aw.同理,將試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行MATLAB處理,得到總加權(quán)加速度均方根值aw的試驗(yàn)值.2.2加速度功率譜曲線按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4970—1996《汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法》的規(guī)定,對整車進(jìn)行汽車平順性仿真試驗(yàn).設(shè)定車輛在B級路面上以60km/h的速度勻速行駛,車輛狀態(tài)為空載,測試點(diǎn)為駕駛員座椅處,測量出X,Y,Z方向的加速度曲線,并對加速度曲線做快速傅立葉變換得到加速度功率譜曲線.得到的X方向的加速度功率譜曲線如圖2.其他方向的加速度功率譜曲線同理可以得到.將初始車速設(shè)為30km/h,重復(fù)上述試驗(yàn),得到相應(yīng)的加速度功率譜曲線.根據(jù)總加權(quán)加速度的計算公式,可求得各個速度下的總加權(quán)加速度值.總加權(quán)加速度與人的主觀感覺的對應(yīng)關(guān)系,見表2.根據(jù)仿真曲線數(shù)據(jù)及總加權(quán)加速度的計算公式:車速為30km/h時,aw=0.01774m/s2;車速為60km/h時,aw=0.04437m/s2.兩種車速下的aw不同,說明車速對汽車的平順性有一定的影響,但aw在兩種車速下的值均小于0.315m/s2.根據(jù)加權(quán)加速度均方根值與人體主觀感覺的對應(yīng)關(guān)系知,當(dāng)加權(quán)加速度均方根值小于0.315m/s2時,人體主觀沒有不舒適的感覺.這兩個加權(quán)加速度值屬于人體能接受的范圍以內(nèi),此時不會產(chǎn)生不舒適的感覺.根據(jù)仿真結(jié)果可以得到:該車在30km/h和60km/h速度下的平順性能良好.3u3000試驗(yàn)工況測量車輛座椅處的加速度響應(yīng),并對響應(yīng)做快速傅立葉變換,進(jìn)行頻譜分析,得到測試結(jié)果,從而得到車輛座椅處加速度響應(yīng)的能量分布,了解整車的行駛平順性,進(jìn)一步驗(yàn)證利用Adams/Car建立的整車模型的正確性.試驗(yàn)天氣:晴朗.試驗(yàn)道路:平整水泥路面(假定為B級路面).試驗(yàn)工況:車速60km/h.試驗(yàn)儀器:XWVG7100陀螺儀、YUASA(日本湯淺)N120-H蓄電池、筆記本電腦、某型號轎車,軟件為星網(wǎng)迅達(dá)慣性測量演示軟件.試驗(yàn)規(guī)范:溫度12℃;風(fēng)力3~4級;試驗(yàn)方案按照汽車平順性隨機(jī)行駛試驗(yàn)方法制定.對比圖2和圖4的功率譜曲線知道:同樣的速度下,最大的波峰都出現(xiàn)在2Hz左右,仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合.另外,試驗(yàn)得到的時域波形包含了噪聲信號、隨機(jī)干擾信號,本文頻譜分析沒有進(jìn)行濾波,造成圖形局部失真.在利用Adams/Car對汽車進(jìn)行平順性仿真分析時,各種狀況都處在理想狀態(tài),沒有實(shí)際試驗(yàn)中的各種干擾因素,因而仿真結(jié)果兩個圖形沒有重合,仿真曲線比較光滑,實(shí)測信號相對比較雜亂,但它是汽車真實(shí)運(yùn)行情況的反映.因此,進(jìn)行汽車設(shè)計只進(jìn)行仿真還不夠,一定要和試驗(yàn)結(jié)合起來,才能更真實(shí)地反映汽車的狀態(tài).4仿真結(jié)果與分析利用Adams/Car建立轎車的虛擬樣機(jī)模型,并利用Adams/Car虛擬試驗(yàn)臺進(jìn)