adamsssh仿真中的路面文件構(gòu)造

adamsssh仿真中的路面文件構(gòu)造

亞洲軍事模擬分析軟件是一種優(yōu)秀的機(jī)械動(dòng)力學(xué)分析軟件，在各種機(jī)械工程的模擬研究中得到了廣泛應(yīng)用。作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),汽車行業(yè)的發(fā)展是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的重大問題,如何減少研發(fā)和生產(chǎn)成本,提高車輛性價(jià)比將是未來競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。ADAMS在設(shè)計(jì)階段就能對(duì)車輛性能進(jìn)行仿真與評(píng)估,大大減少了物理實(shí)驗(yàn)的費(fèi)用與時(shí)間,縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期,降低了開發(fā)成本。然而在ADAMS應(yīng)用于汽車平順性仿真過程中,生成各種仿真路面一直是個(gè)難點(diǎn),本文針對(duì)此問題,給出了一些解決的途徑。1路面譜的頻率及不清晰度系數(shù)gqn0通常把路面相對(duì)基準(zhǔn)平面的高度q沿道路走向長(zhǎng)度I的變化q(I),稱為路面縱斷面曲線或不平度函數(shù),作為車輛振動(dòng)輸入的路面不平度,主要采用路面功率譜密度Gq(n)描述其統(tǒng)計(jì)特性,Gq(n)一般用下式擬合Gq(n)=Gq(n0)(nn0)?W.Gq(n)=Gq(n0)(nn0)-W.式中:Gq(n)為路面空間位移功率譜密度;n為空間頻率,n0=0.1m-1;n0為參考空間頻率;Gq(n0)為路面不平度系數(shù),m2/m-1;W為頻率指數(shù),決定路面譜的頻率結(jié)構(gòu)。國(guó)標(biāo)中按路面功率譜密度把路面按不平程度分為8級(jí)。同時(shí),規(guī)定了各級(jí)路面不平度系數(shù)Gq(n0)的范圍及幾何平均值,分級(jí)路面譜的頻率指數(shù)為W=2。對(duì)汽車振動(dòng)系統(tǒng)的輸入除了路面不平度,還要考慮車速這個(gè)因素,根據(jù)車速將空間頻率譜密度Gq(n)換算為時(shí)間頻率譜密度Gq(f),由時(shí)間頻率f=un(u為車速),取頻率指數(shù)W=2,得到路面時(shí)間頻率譜密度為Gq(f)=Gq(n0)n20uf2.Gq(f)=Gq(n0)n02uf2.2面的基本元素由ADAMS中路面文件的特點(diǎn)可知,路面的基本元素是三角形,首先應(yīng)對(duì)路面進(jìn)行分析,將其分解為一系列三角形并研究各元素間的組合方式,然后用一定的方法實(shí)現(xiàn)。2.1路面文件的生成根據(jù)以上分析可知,生成隨機(jī)路面文件的流程如圖1所示。對(duì)圖1所示流程圖,有兩種方法可以實(shí)現(xiàn):1)編程法。用編程的方法實(shí)現(xiàn)生成Gq(f)數(shù)據(jù)文件,然后把數(shù)據(jù)導(dǎo)入ADAMS,用ADAMS里的CreateSpline功能擬合出Gq(f)曲線,然后在ADAMS中對(duì)Gq(f)曲線進(jìn)行INVPSD變換,即可生成q(t)曲線;同時(shí),創(chuàng)建一個(gè)[Measure→function],表達(dá)式為V×TIME(這里V為確定的車速)。在A/Postprocessor模塊中顯示q(t)曲線時(shí)以所建的Measure為橫坐標(biāo)即得q(I)曲線,把q(I)曲線輸出即得q(I)數(shù)據(jù)。然后編制程序?qū)(I)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到路面文件。2)非編程法。在選擇路面等級(jí)和車速,確定Gq(f)表達(dá)式(一般形式為y=k×x-2)后,直接在ADAMS中繪制出Gq(f)曲線。然后在ADAMS中對(duì)Gq(f)曲線進(jìn)行INVPSD變換,即可生成q(t)曲線;與此同時(shí),創(chuàng)建一個(gè)[Measure→function],表達(dá)式為V×TIME(V為確定車速)。在A/Postprocessor模塊中顯示q(t)曲線時(shí)以所建的Measure為橫坐標(biāo)即得q(I)曲線,把q(I)曲線輸出即得q(I)數(shù)據(jù)。利用EXCEL對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理,得到路面文件也可用MATLAB生成一定幅值的隨機(jī)信號(hào)作為路面不平度曲線,再做相應(yīng)處理,也可得到路面文件,此法生成路面文件與車速無關(guān)。比較而言,第二種方法不需要編程基礎(chǔ),但不太方便,適合短期內(nèi)完成項(xiàng)目的人員;第一種需要編程,但快捷方便,適合長(zhǎng)期從事該行業(yè)的專業(yè)人員。圖2、圖3分別是車速為60km/h時(shí)B級(jí)路面的路面不平度曲線圖和仿真中的路面圖。2.2客車及總質(zhì)量根據(jù)GB4970—85中相關(guān)規(guī)定,汽車平順性實(shí)驗(yàn)中的脈沖輸入采用2種形狀的單凸塊:三角形和長(zhǎng)坡形。三角形凸塊形狀具體為:①轎車、旅行客車及總質(zhì)量小于或等于4t的貨車h=60mm;②客車(旅行客車除外)、越野車及總質(zhì)量大于4t但小于20t的貨車h=80mm;③總質(zhì)量大于20t的貨車h=120mm。寬度B按需要而定,但必須大于輪寬,長(zhǎng)度L規(guī)定為400mm。經(jīng)分析可知,在所生成的A級(jí)隨機(jī)路面或水平路面文件中更改部分節(jié)點(diǎn)添加一個(gè)三角形凸塊或長(zhǎng)坡形凸塊即可生成脈沖輸入路面文件。圖4是生成的脈沖輸入路面圖,中間部分為三角形凸塊。2.3汽車表面織構(gòu)的應(yīng)用搓板路面是在稍硬路面上形成的、以一定間隔連續(xù)出現(xiàn)凹凸的路面,其凸凹形狀與汽車的振動(dòng)特性密切相關(guān)。也就是說,汽車非懸架構(gòu)件的固有振動(dòng)頻率,一般是9～14Hz。假如由于道路環(huán)境影響,迫使汽車以均勻的速度行使,非懸架構(gòu)件便會(huì)產(chǎn)生一定周期的振動(dòng),因而在路面上便形成了與該振動(dòng)周期相對(duì)應(yīng)的、間隔一定的凹凸。另外,鋪裝路面的鋪裝接縫,也可看作是一種搓板路面。汽車行駛自然形成的典型搓板路面,凹凸間距一般約為1.2m,其計(jì)算式為凹凸間距=行使速度/簧下固有頻率.根據(jù)路面形狀特性,搓板路面的路面不平度曲線可看成一系列梯形的組合,梯形形狀參數(shù)視具體路面而定。由于該路面不平度曲線有一定的周期性,在生成路面文件時(shí),用Excel處理也比較方便,可以避免編程的復(fù)雜工作。凹凸間距為1.2m,車速為60km/h時(shí)生成的搓板路面如圖5所示。3fft變換曲線在ADAMS中建立某商務(wù)車52自由度整車模型,對(duì)于隨機(jī)路面車速?gòu)?開始加速至60km/h,保持穩(wěn)速行駛在所生成路面上,其質(zhì)心垂直方向加速度及FFT變換曲線如圖6所示。由加速度功率譜密度可以看出,0～50Hz內(nèi)都有振動(dòng),而一般路面隨機(jī)激勵(lì)的頻率在0～35Hz范圍內(nèi),故可認(rèn)為生成路面正確。對(duì)于脈沖輸入路面的仿真,因路面簡(jiǎn)單,在此不做驗(yàn)證。對(duì)于搓板路面,樣車以60km/h行駛其上時(shí)的質(zhì)心垂直加速度及FFT變換曲線如圖7所示。由圖可見,FFT變換曲線中有一明顯峰值,該處頻率為12.064Hz,