基于ADAMS的汽车平顺性建模与仿真分析

汽车平顺性

2010年 9月第31卷 第5期郑州大学学报(工学版)

JournalofZhengzhouUniversity(EngineeringScience)Sep. 2010Vol 31 No 5

文章编号:1671-6833(2010)05-0099-04

基于ADAMS的汽车平顺性建模与仿真分析

李 成,张万枝,潘 旭,铁 瑛

(郑州大学机械工程学院,河南郑州450001)

摘 要:以某SUV汽车为研究对象,运用机械系统多体动力学仿真软件ADAMS/Car建立了包括前后悬架、轮胎、车身和转向系等子系统在内的整车仿真模型;根据谐波叠加法建立B、C级随机输入路面,按照国家标准建立三角形凸块脉冲输入路面,并分别进行汽车平顺性仿真.通过计算随机输入下汽车总加权加速度均方根值和脉冲输入下车身最大垂向加速度,对汽车平顺性进行评价,研究了悬架弹簧刚度对汽车平顺性的影响.结果表明:B、C级随机输入路面下该车具有较好的平顺性,脉冲输入路面下对乘员的健康不会产生危害;降低悬架弹簧刚度可以改善汽车的行驶平顺性.关键词:虚拟样机;汽车模型;ADAMS;平顺性;仿真中图分类号:U46;TP391.9 文献标识码:A

0 引言

随着汽车产业的竞争越来越激烈,人们对汽

车的要求从最初具有良好的动力性和经济性逐步发展到具有良好的行驶平顺性和操纵稳定性,因此,汽车系统的动力学性能越来越值得深入研究.汽车的行驶平顺性主要是指汽车对来自路面激励的振动响应程度,是汽车乘坐舒适性的一个重要指标,主要根据乘员主观感觉的舒适性来评价.如何建立一个比较全面真实的汽车模型成为平顺性仿真的关键.以往的做法大多是将汽车进行不同程度的简化,建立汽车的空间状态方程,由于对汽车模型简化过多,得到的结果与真实情

[2]

况相差甚远.

随着计算机技术的发展,数字化虚拟样机技术得到越来越多的应用

[3]

[1]

1 仿真模型

由于汽车本身结构比较复杂,所以根据汽车平顺性仿真需要,在建模过程中对汽车结构做了适当简化,省略了发动机、传动系统以及动力总成等系统.根据郑州日产开发的某款SUV型汽车设计参数,在ADAMS/Car中建立了汽车整车仿真模型,模型包括前后悬架、转向系、车身、轮胎等子系统.1.1悬架模型

在ADAMS/Car中的TemplateBuilder下建立前、后悬架子系统.子系统中各关键点的坐标由设计图纸查得,减震器、弹簧、橡胶衬套等参数由实验得出.前悬架采用双横臂独立式悬架模型,后悬架采用螺旋弹簧非独立式悬架模型,如图1,2所示.其中,减震器与车身用万向节铰相连;下摆臂与车身用球铰相连;转向横拉杆一端与转向齿条通过万向节铰相连,另一端与转向节总成通过球铰相连;驱动轴两端分别通过等速万向节与车轮轴和差速器相连

[5]

[4]

.ADAMS软件可以模

拟结构复杂的机械系统,真实地仿真其运动过程,因此在汽车行业得到越来越多的应用.笔者利用多体动力学分析软件ADAMS建立郑州日产公司开发的某款SUV汽车整车仿真模型,按照国家标准在B、C级随机路面和脉冲路面下进行汽车平顺性仿真,并对该车平顺性做出评价,同时研究了悬架弹簧刚度对汽车平顺性的影响.

.

1.2 轮胎模型

ADAMS/Car软件提供4种轮胎模型:UA模型、Fialia模型、Smithers模型和DELFT模型.另外,用户还可以自定义轮胎模型轮胎,主要特性参数如表1所示.

[6]

.笔者采用UA

收稿日期:2010-03-01;修订日期:2010-06-10 基金项目:河南省教育厅科技攻关项目(072102260023)

作者简介:李成(1962-),男,新疆乌鲁木齐人,郑州大学教授,博士,主要研究方向为机械强度、复合材料结构强度

与冲击损伤、车身结构强度,E-mai:lchengl@http://doc.guandang.net.

汽车平顺性

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郑州大学学报(工学版)2010

年

2 不同路面下的汽车平顺性仿真

2.1 随机路面输入下整车平顺性仿真

在汽车行驶过程中,路面状况多属于随机激励形式,如各种等级的高速公路路面,因此对汽车进行随机路面输入下的整车平顺性仿真是现实所需要的.建立随机路面的方法有很多,如积分白噪声法、滤波白噪声法、谐波叠加法等.笔者根据谐波叠加法分别建立B、C级随机路面,其中B级路面不平度空间分布如图4所示.

表1 主要特性参数

Tab.1 Themaincharacteristicparameters

参数自由半径R1/mm胎体半径R2/mm

纵向滑移刚度KS/(N ( )

-1

图4 B级随机路面不平度空间分布

Fig.4 ClassBroadincentivespacedomaincurves

数值356.5

105.6

)

3680963.4106.50.825.65

根据GB/T4970!1996 汽车平顺性随机输入行驶试验方法#

[7]

,分别在B,C级随机路面下

侧偏刚度K/(N ( )-1)

外倾刚度Kr/(N ( )-1)径向相对阻尼系数

滚动阻力系数f

对汽车进行平顺性仿真,B级路面车速分别为60,70,80,90,100km/h,C级路面车速分别为30,40,50,60,70km/h.利用ADAMS后处理功能得到车身各轴向加速度时间历程,图5为B级路面下60km/h时汽车垂向加速度az时间历程曲线.

1.3 整车各子系统装配

依次在TemplateBuilder界面下建立前后悬架、轮胎、车身(简化为同质量钢球)、转向系统,用通讯器将各子系统连接,建立整车各子系统模块.在StandardInterface界面下依次打开各子系统,进行整车装配,得到如图3所示的整车仿真模型

.

图5 B级路面下车身垂向加速度Fig.5 VerticalaccelerationbyBclassroad

通过频谱分析得到功率谱密度函数,进而计算出各轴向加权加速度均方根值axw,ayw,azw.图

图3 整车仿真模型

. ll6为B级路面下60km/h时汽车垂向加权加速度

.

汽车平顺性

第5期李成,等:基于ADAMS的汽车平顺性建模与仿真分析

101

对于随机路面输入下的平顺性评价,较为常用的是采用车身的总加权加速度均方根aw.

aw=[(1.4axw)+(1.4ayw)+azw]2

分别计算各车速下汽车质心处3个轴向加权加速度均方根值,进而计算总的加权加速度均方根值,结果见表2所示.从表中可以看出,最大总加权加速度均方根值为0.304.由文献[1]中aw和人的主观感受之间的关系判断可知,当总加权

图6 B级路面下车身垂向加权加速度均方根值Fig.6 Chassisverticalaccelerationsroot-mean-squarevaluebyBclassroad

2

2

2

1

加速度均方根值小于0.315时,人的主观感觉为没有不舒适性.因此,该车的平顺性较好.

表2 汽车平顺性仿真结果

Tab.2 Thesimulationresultsoffullcarridecomfort

道路条件

速度/(km h

6070

809010030

C级路面

40506070

-1

)

axw0.0040.0040.0050.0070.0070.0060.0070.0090.0100.012

ayw0.0970.0970.0970.0970.0980.1070.1050.1210.1270.132

azw0.146

0.1500.1690.1780.1810.1850.2030.2150.2350.241

aw0.199

0.2020.2160.2250.2270.2380.2510.2740.2950.304

评价没有不舒适没有不舒适没有不舒适没有不舒适没有不舒适没有不舒适没有不舒适没有不舒适没有不舒适没有不舒适

B级路面

2.2 脉冲路面输入下整车平顺性仿真

在汽车行驶过程中,有时也会突然遇到障碍物,这些障碍物会以脉冲输入的形式使得汽车的振动突然增大,因此这种路面称为脉冲输入路面.虽然脉冲输入形式很少出现,但是它在瞬间使得汽 …… 此处隐藏：4664字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……