基于adamscar的整車樣機(jī)模型

基于adamscar的整車樣機(jī)模型

0汽車良好振動的研究在汽車彎曲研究中，發(fā)現(xiàn)影響其性能的因素很多，但路面的平整度、汽車和人的因素對其影響最為突出。由于人是最易變的個(gè)體,使得對于汽車平順性的評價(jià)變得更為復(fù)雜。汽車的整個(gè)運(yùn)動過程中,機(jī)械振動對人體的影響,是由振動的頻率、強(qiáng)度、作用方向和持續(xù)時(shí)間所決定的。然而在汽車運(yùn)動時(shí)人體對振動的承受能力有很大差異。振動分析理論研究表明,振動加速度幅頻響應(yīng)可以作為評價(jià)振動對人體影響的大小,而振動頻率可體現(xiàn)出運(yùn)動速度的快慢。關(guān)于汽車平順性的問題,早在1948年Janeway就提出了人體舒適性的評價(jià)指標(biāo),1972年德國米奇克用座椅垂直加速度的均方根值和整車縱向加速度的均方根值評價(jià)汽車的平順性。20世紀(jì)60年代,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定并頒布了ISO2631-1985,經(jīng)過不斷地修訂和改進(jìn)形成ISO2631-1997(E)標(biāo)準(zhǔn)并被普遍采用。在國內(nèi),對于汽車平順性的研究起步晚、時(shí)間短。20世紀(jì)80年代初,清華大學(xué)、長春汽車研究所等單位根據(jù)ISO2631國際標(biāo)準(zhǔn)率先進(jìn)行了汽車道路行駛平順性的研究。1978年武漢工學(xué)院在計(jì)算機(jī)上模擬9自由度的汽車振動模型的4個(gè)車輪在隨機(jī)輸入條件下對車身振動加速度響應(yīng)的預(yù)測。1999年,同濟(jì)大學(xué)張慶才等采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)建立7自由度振動模型,并利用該模型對汽車的平順性進(jìn)行了研究。2011年北京理工大學(xué)梁新城運(yùn)用三角級數(shù)法對三維路面不平度進(jìn)行仿真和可視化,并經(jīng)某路面測試表明三角級數(shù)法能模擬準(zhǔn)確的路面數(shù)據(jù)。本文中采用ADAMS中的car模塊,通過建立B級和C級路面模型,分析整車模型在B、C路面等級下的行駛狀態(tài),對該汽車的平順性狀況進(jìn)行仿真分析。1汽車維修模型的構(gòu)建1.1減震器懸掛設(shè)計(jì)所研究的汽車模型為前橋驅(qū)動。前懸架采用的是麥弗遜懸架,其結(jié)構(gòu)主要由螺旋彈簧與減震器組合而成。通過調(diào)整減震器的行程長短及松緊,來改變懸掛的剛度及性能。減少懸掛部件,可以獲得很輕的簧下質(zhì)量,有利于提升整車平順性和過彎時(shí)的響應(yīng)性。同時(shí)在本文中懸架上端采用減震器與車身相連,下端采用控制器和副車架連接。在ADAMS/CAR建模中,將麥弗遜懸架的轉(zhuǎn)向節(jié)、控制臂等構(gòu)件可以簡化為剛體。圖1為前懸架結(jié)構(gòu)模型。1.2多連續(xù)器增加階段力該車后懸架采用多連桿結(jié)構(gòu)。多連桿懸掛能夠調(diào)整主銷后傾角的位置,以大幅度減少來自作用路面的前后方向力,有利于改善加速和制動時(shí)的平順性和舒適性。該多連桿式懸架由于連桿比較多,使汽車的車輪和地面之間盡可能地垂直,這樣減小了車身的傾斜,實(shí)現(xiàn)了車輛行駛的穩(wěn)定性,得到合適的車輪性能指標(biāo)。圖2為后懸架結(jié)構(gòu)模型。1.3汽車整車模型利用ADAMS/CAR的組件模板,將其修改成所需要的模型組件后建立整車模型。該整車模型主要有前懸架子系統(tǒng)、后懸架子系統(tǒng)、車身子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)、輪胎子系統(tǒng)以及動力傳動子系統(tǒng)等6個(gè)子系統(tǒng),汽車的每個(gè)子系統(tǒng)與試驗(yàn)臺之間通過通訊器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。具有各子系統(tǒng)位置關(guān)系的整車仿真模型如圖3所示。2路面不清晰度的計(jì)算通常實(shí)測所得的路面不平度是沿道路走向長度的變化函數(shù),可用路面功率譜密度Gq(n)的擬合表達(dá)式表示:式中;n為空間頻率,是波長λ的倒數(shù),為每米長度中包含波長數(shù),m-1;n0為參考空間頻率,一般n0=0.1m-1;Gq(n0)視為路面不平度系數(shù),代表參考空間頻率n0下路面譜值,m3;w為頻率指數(shù),它決定路面功率譜密度的頻率結(jié)構(gòu),一般情況下取w=2,如果根據(jù)路面實(shí)測數(shù)據(jù)擬合時(shí),w≠2。汽車振動系統(tǒng)除了考慮路面不平度影響因素外,還要考慮汽車行駛速度對其的影響。當(dāng)汽車以速度v通過空間頻率為n的路面不平度時(shí),時(shí)間頻率f應(yīng)為v與n的乘積,即由此得到Gq(f)與Gq(n)的關(guān)系式:將式(2)和式(3)代入式(1),即可得到時(shí)間頻率譜密度的表達(dá)式:由此可以推導(dǎo)出與時(shí)間頻率的不平度有關(guān)的速度功率譜密度與加速度功率譜密度和位移功率譜密度之間的相互關(guān)系式:3對整輛車的模擬分析3.1加速度均方根在ISO2631-1997(E)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,當(dāng)振動波形峰值系數(shù)<9時(shí),用加權(quán)加速度均方根值來評價(jià)振動對人體的影響。當(dāng)同時(shí)考慮椅面xs、ys、zs這3個(gè)軸向振動時(shí),3個(gè)軸向的總加權(quán)加速度均方根值aw按下式計(jì)算:式中,axw、ayw、azw分別為前后方向(x軸向)、左右方向(y軸向)和垂直方向(z軸向)的加權(quán)加速度均方根值,m/s2。表1給出了加權(quán)加速度均方根值與人的主觀感覺之間的關(guān)系。3.2不同速度下的加速度仿真分析仿真試驗(yàn)條件:車速分別為40、60、80、100km/h;隨機(jī)路面激勵模型為B級路面。圖4、圖5、圖6和圖7分別為40、60、80、100km/h時(shí)的仿真試驗(yàn)結(jié)果。圖8~圖11是C級路面條件下車速分別為40km/h、60km/h、80km/h和100km/h時(shí)的仿真試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)圖4~圖7仿真曲線數(shù)據(jù)可以看出,在B級路面下,Z方向不同的速度下汽車加速度的功率譜密度所得到的峰值不一樣。但是峰值發(fā)生時(shí)的頻率大致相同。在40km/h時(shí),x方向的加速度為0.0214m/s2,y方向的加速度為0.055m/s2,z方向的加速度為0.1105m/s2,根據(jù)式(7)可得其加速度均方根約為0.1378m/s2。同樣可得60、80、100km/h速度下,底盤處的垂直方向加速度均方根分別為0.1378m/s2、0.1536m/s2、0.1769m/s2和0.2447m/s2。根據(jù)圖8~圖11仿真曲線數(shù)據(jù)可以得出,在C級路面車速分別在40km/h、60km/h、80km/h和100km/h情況下,底盤處的垂直方向加速度均方根分別為0.1549m/s2、0.1966m/s2、0.2413m/s2、0.2896m/s2。隨著汽車速度的增加,汽車在垂直方向上的振動有所增加,且C級路面普遍比B級路面的振動偏大。在C級路面條件下,100km/h時(shí)加速度均方根最大為0.2896m/s2,仍小于0.315m/s2,符合ISO2631-1997(E)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定,人的主觀感受沒有不舒適感。4垂直方向加速度汽車在C級路面行駛時(shí),與B級路面行駛存在差異,但是加速度功率譜密度到達(dá)峰值時(shí)候的頻率值比較接近。隨機(jī)路面整車平順性研究表明汽車分別在B級和C級路面,在40km/h、60km/h、80km/h、100km/h行