基于ADAMSCar Ride汽车平顺性仿真.pdf

第 4期 2 0 1 0年 4月 机 械 设 计 与 制 造 Ma c hi ne r y De s i g n&M a n uf a c t u r e 8l 文章编号 ： 1 0 0 1 3 9 9 7 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 0 8 1 0 2 基 于 A D A MS C a r R i d e 汽车平顺性仿真 术 王永涛李 成马志垒 ( 郑州大学 机械工程学院 ， 郑州 4 5 0 0 0 1 ) Si mu l a t i o n on v e h i c l e r i d e c omf or t b a s e d o n ADAMS Ca r r i d e W ANG Yo n g -t a o， LI Ch e n g， MA Zh i l e i ( S c h o o l o f Me c h a n i c a l En g i n e e r i n g Z h e n g z h o u Un i v e r s i t y ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 ， C h i n a ) 【 摘要】 以多体动力学理论为基础， 应用机械系统动力学仿真分析软件A D A M S C a r 专业模块建立 i 某轿车的整车样机模型。根据路面不平度位移功率谱密度推导路 面随机激励数学模型， 由路面轮廓发生 ； ? 器产生随机路面， 并进行了随机路面输入下的汽车平顺性仿真。其研究结果为虚拟样机技术在车辆工程； ： 中的实际应用提供了参考， 为进一步对实际车辆做其他设计分析打下了良好的基础。 关键词 ： A D AMS C a r R i d e ； 随机路面； 平顺性 O ： 【 A b s t r a c t 1 B a s e d o n t h e t h e o r y ofm u l t i b o d y d y n a m i c s ， 0 v i r t u a l p r o t o ty p e m o d e l ofn v e h i c le is b u il t ： b y M s in g A D A M S C a L A ra n d 。 m r o a d W as b u il b y R o a d P ro fi le G e n e ra ti。 n ， h e 凡 。 s im M la ti。 凡 of r id e ： ：c o m f o r t u n d e r t h e r a n d o m r o a d w a s p e o r m e d T h e i n v e s t i g a t io n p r o v i d e d i m p o r t a n t r e f e r e n c e f o r p r o t o ty p e j ?b e i n g a p p l i e d t o v e h i c l e e n g i n e e r i n g a n d made a b ase off u r t h e r d e s i g n _厂 0 r t h e o b j e c t ? K e y w o r d s ： A D A MS C a r r i d e ； R a n d o m r o a d ； R i d e c o mf o r t 、 00 0C 0C 00 00 O0 00 00 00 00 C0 00 00 0000CC000O OC 0C 00 00 00 00：0000000C0 中图分类号 ： T H1 2 ， T P 3 9 1 9 ， U 4 6 1 4 文献标识码 ： A 1 引言 路面凸凹不平对行驶中的汽车产生两类激励， 第一类是离散 事件激励， 如弓形路面、 梯形路面、 半圆形路面、 波形路面等； 第二类 为路面随机激励， 如各种等级的高速公路路面。一类激励可以表示 为时间与汽车行驶速度的定量函数， 仿真的关键是选用或用某种语 言编制微分方程组求解软件。 研究第二类激励作用的仿真有两种方 法， 一 段 定已知路面不平度功率谱密度( P S D ) 及振动系统线性数 学模型决定的频率杼 胜， 由随机振动理论给出的结果 即可确定有关 物理的功率谱密度及均方根值，按该方法编制软件即可进行仿真； 二是由已知的路面不平度功率谱反推路面的时域激励， 以此激励作 为振动系统的输入进行时域仿真， 经对仿真数据的处理确定有关物 理量的功率谱密度及均方根值。 该方法的优 是不仅可以确定各统 计量， 又可反推各物理量在时域 内的变化规律 ， 以便为汽车的相关 参数设计提供依据， 该方法还适用于非线性系统仿真ll 1。 以 A D A MS C a r 轿车模型为例 ， 采用 S a y e r s 经验模型 ， 为了能 够正确的进行国家标准随机路面激励的仿真， 研究了S a y e r s 经验 模型与 G B 7 0 3 1 随机路面功率谱的转换关系， 并在频域验证。相 比以前的测试方法 ，将计算 机虚拟样机技术运用到汽车设计 中， 运动直观， 结果准确， 提高了设计效率和准确度。 2 整车多体动力学模型 2 1 轮胎模型 轮胎类型及参数的选取对汽车平顺性分析有重要的影响， 在 A D A MS 软件中内置有4种成熟的可用于动力学仿真的轮胎模型， 分别是： U A ( U n i v e r s i t y o f A r i z o n a ) 模型、 F i a l i a 模型、 S m i t h e r s 模型、 D E I E T 模 型，另外还有用户 自定义模型 ， S m i t h e r s 模型和 D E L E T 模型属于试验 型。进行的动力学仿真分析采用使用魔术公式Ma g - i c F o r m u l a ( MF ) 一 P A C 2 0 0 2 轮胎模型， 轮胎特l生 参数由厂商提供目 。 2 - 2悬架模型 车型前悬架采用实 际轿车 的双横臂 ( D o u b l e Wi s h b o n e ) 式独 立前悬架结构， 由上控制臂、 转向拉杆、 立柱 、 转轴、 下控制臂、 驱 动半轴、 减震器筒、 半轴接头、 减震器活塞杆和副车架共 l 0个刚体 组成。在 A D A MS C a r 中建立的双横臂前悬架模型， 如图 1 所示。 图 1双臂前悬架模型 2 3整车各子系统装配 依 次在 A D A MS C a r 中的T e m p l a t e B u i d e r 中建立前 、 后悬架 ， 轮胎， 底盘( 用同质量钢球代替) ， 车身以及测试试验台， 用通信器 ( c o m mu n i c a t o r ) 将各个子系统连接 ， 建立新的模板文件。将前轮 定位参数设成参数变量 ( p a r a me t e r v a r i a b l e ) 、悬架各设计点用 h a r d p o i n t 生成 ， 便于参数化设计。最终生成的整车试验台模型， 如图 2所示。 3路面模型 目前， 国内通常采用 G B 7 0 3 1 车辆振动输入路面平度表 示方法 和 I S O 2 6 3 1 - 2 0 0 2标准。按路面功率谱密度把路面的不 平度分为 8 级， 表 1 规定了个级别路面不平系数 G n 。 ) 的几何平 均值( 空间频率范围0 0 1 l 2 8 3 m 。 ) 。 来稿 日期 ： 2 0 0 9 0 6 2 5 基金项 目： 河南省重点科技攻关项 目( 0 7 2 1 0 2 2 6 0 0 2 3 ) 8 2 王永涛等 ： 基于 A D A MS C a r R i d e汽车平顺性仿真 第 4 期 图 2整车试验台模型 我国高等级别公路路面谱基本上在 A、 B、 C三级范围之内， 其中B、 C级路面所占比重较大， 按照 G B 7 0 3 1 ( 车辆振动输人一 路面平度表示方法 ， 路面不平度位移功率谱密度表达式为： G ( n ) = ( ) X n o n ( 1 ) 式中： n 一为空间频率 m - ) ， 它是波长的倒数， 表示每米长度包括 几个波长； 一为参考空间功率， n o = 0 1 m ； G 。 ( n 。 ) 一为参考 功率谱密度( 或路面不平度系数， 单位m ) 。 对于单辙， S a y e r s 经验模型采用式( 2 ) 描述路面不平度位移 功率谱密度： G d ( n ) = G + G ( 2 1 T n ) 2 + G 。 ， ( 2 ， r ) ( 2 ) 等式右边由三个互相独立的高斯白噪声组成， 第一项代表幅 值为 的位移白噪声( 波长很短) ， 第二项代表幅值为 的速度 白噪声， 第三项代表幅值为 G 。 的加速度白噪声( 波长很长) 。 每个 高斯白噪声( 由均匀分布随机序列产生) 均值为零， 标准差为： - 、 7 ( 3 ) 式中： G G 、 或者 G 。 ； 采样间隔( 缺省值为5 0 m m) 。 从随机白噪声信号产生路面高程的方法在等文献中有介绍， 这里不再叙述。S a y e r s 经验模型适用于波长( 1 5 o o ) fl ( o 3 0 4 8 1 5 2 4 ) m， 即 0 0 0 6 6 m 3 2 8 0 8 m ) 的路 面 ， 模 型中引入一个下 截止频率 0 0 0 2 c y c l e f t ( 波长 1 5 2 4 m) 以便能够更真实的反映路面 谱在低频范围内近似水平的情况。将 G 和 G 。 置为零， S a y e r s 经 验模型于G B 7 0 3 1 路面不平度位移功率谱模型有如下转换关系： G s = ( 2 r n ) 2 x G n 0 ) 0 4 x G ( ) ( 4 ) 8 级随机路面参数， 以及 G B 7 0 3 1 和 S a y e r s 经验模型的转换 关系 ， 如表 1 所示。 表 1路面不平度 8级分类 4 模型仿真 A D A MS C a r R i d e 模块提供了基于虚拟四柱试验台对车辆模 型进行仿真， 四柱试验台提供多种时域和频域分析， 可以通过对 试验台输人力或位移的R P C格式数据文件，模拟汽车行驶在粗 糙路面和轮胎碰撞石块的响应特 。 随机路面激励通过路面轮廓 发生器产生。 仿真试验条件： 车速 ： 8 0 k m h 随机路面激励模型： B级路面。 5 仿真结果分析 5 1 评价平顺性的指标 I S O 2 6 3 1 1 给出了平顺性评价的近似方法： 用垂直方向的总 加权值来评价车辆的平顺性： = V ( 5 ) 式中： a -I S O 2 6 3 1 1 给的z 一“ 疲劳一功效降低界限” 垂直方向4 8 H z 加速度允许值， d= 2 8 m s ； T o 一1 0 m i n ， 即O 1 6 7 h ； 一 允许的“ 疲劳功率降低界限” 暴露时间。 在一定 6 下 ， 1 O ，当6 1 2 5 m s 时非常不舒适8 1 。 5 _ 2评价该车型平顺性指标 对于路面激励下的随机振动： r 一 = l i m 1 ( 6 ) 将所得曲线在 AD A MS C a r 的后处理器中转化为二进制文 件， 经数学计算后求得： 6 0 5 6 9 2 m s ； 说明该车型在 B级路面条 件下车速为 8 0 k m h 行驶稍有不适 。 分别 将初 始车速 设为 2 0 k m h ， 4 0 k m h ， 6 0 k m h ， 1 0 0 k r r d h ； 重 复上述试验得到加速度曲线。车速 2 0 k m h ， = o 2 8 7 7 m s ，车速 l O O k m h ， = 0 6 5 2 6 m s ， 此时人体会感觉很不适应 ， 说明该车高 速状态下 的平顺性不好 。 5 3 悬架弹簧刚度对平顺性的影响 改变悬架弹簧刚度， 测试在B级