基于ADAMS/Car的某轎車通過減速帶的模擬仿真

王孝朋，黃玉鵬

(1.三明學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，福建 三明 365000;2.濰柴汽車研究院 性能中心，重慶 400060)

0 引言

利用ADAMS/Car汽車模塊，用戶能夠快速建立懸掛、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、制動(dòng)系統(tǒng)及整車模型，并且對(duì)模型進(jìn)行仿真分析，性能測(cè)試等一系列工作，為用戶進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)分析等提供了許多便利[1]。汽車通過減速帶的整車垂向振動(dòng)可以簡(jiǎn)化為“四分之一模型”如圖1所示。四分之一汽車模型的動(dòng)力方程可以表示如下:

式中:

m為車輪與車軸的質(zhì)量;

Kt為輪胎的剛度;

M為車身質(zhì)量;

KS為懸掛系統(tǒng)的彈簧剛度;

C為懸掛系統(tǒng)減振器的阻尼;

F為汽車自身的激勵(lì);

Z、Zu、Zr分別為車身，車軸和減速帶位移。

1 整車模型的建立[2-3]

用ADAMS/Car建立某轎車的整車多體動(dòng)。力學(xué)模型，整車包括前雙A臂懸掛、后多連桿懸掛、前后輪胎、轉(zhuǎn)向系、傳動(dòng)系統(tǒng)和車體(簡(jiǎn)化為鋼球)，并添加四柱試驗(yàn)臺(tái)，最終試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D2所示。雙A臂懸掛下擺臂與車身通過2個(gè)彈性軸套連接，與車輪制動(dòng)底板由球鉸相連。減振器下端和轉(zhuǎn)向節(jié)臂由圓柱鉸連接，上端與車體由彈性軸套連接，減振器抽象為連接下擺臂和車體的阻尼彈簧。前后輪胎采用魔術(shù)PAC2002。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)。整車主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 整車主要技術(shù)參數(shù)

2 減速帶模型的建立

減速帶又稱減速壟，是安裝在公路上使經(jīng)過的車輛減速的設(shè)施，材質(zhì)主要是金屬和橡膠。一般以黃色和黑色相間引起視覺的注意，一般設(shè)置在公路道口、工礦企業(yè)、小區(qū)入口等需要車輛減速慢行的路段和容易引發(fā)交通事故的路段。本試驗(yàn)采用五線槽減速帶，產(chǎn)品尺寸為:900 x 500x78mm(L×W×H)，產(chǎn)品重量:26kg，減速帶型號(hào)為:SMX313－LBXXC003。在四柱試驗(yàn)臺(tái)上分別對(duì)前后軸車輪施加垂向位移[4]以模擬汽車經(jīng)過減速帶的整車振動(dòng)，其位移模擬曲線如圖3所示。

圖3 四柱試驗(yàn)臺(tái)位移模擬曲線

3 仿真分析

模擬時(shí)給汽車以不同的車速通過減速帶，車速的范圍為0～150km/h，間隔為10km/h。得到車速與車身垂向加速度及垂向加權(quán)加速度均方根RMS的關(guān)系，如圖4、圖5所示。從圖中可以看出，汽車在20km/h通過減速帶時(shí)的瞬時(shí)垂向加速度最大，如圖6所示。

圖4 車速與車身垂向加速度曲線

圖5 車速與RMS曲線

圖6 車速20km/h與車身垂向加速度曲線

4 結(jié)論

汽車經(jīng)過減速帶時(shí)，瞬時(shí)的垂向加速度是影響汽車平順性的最主要原因。ISO2631－1給出了平順性的近似評(píng)價(jià)方法:用垂向方向的總加權(quán)值來評(píng)價(jià)汽車的平順性，當(dāng)δWZ＜0.315m/s2時(shí)保持舒適;當(dāng) δWZ=0.315 ～0.63 m/s2時(shí)稍有不適;當(dāng) δWZ=0.65～1.25 m/s2時(shí)相當(dāng)不適;當(dāng) δWZ＞1.25 m/s2時(shí)非常不適[5]。由圖4、圖5和上述分析可以得出:

a)當(dāng)車速?gòu)?0km/h增加到20km/h時(shí)，車身垂向加速度急劇增加，然后隨著車速的提高，整體有減小的趨勢(shì)。

b)垂直方向的加權(quán)加速度均方根隨著車速的提高呈減小趨勢(shì)，但在高速時(shí)有震蕩現(xiàn)象。

c)汽車在整個(gè)速度范圍內(nèi)，垂向加速度值及加權(quán)加速度均方根值都較大，嚴(yán)重影響平順性。

[1]石博強(qiáng)，付焱華，寧曉斌，等.ADAMS基礎(chǔ)與工程范例教程[M].北京:中國(guó)鐵道出版社，2007:254.

[2]喻凡，林逸.汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005:307 －317.

[3]陳有余，劉占峰，司景萍.ADAMS軟件在汽車操作穩(wěn)定性研究中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸，2009(4).

[4]陳軍.MSC.ADAMS技術(shù)與工程分析實(shí)例[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2008:288－291.

[5]張文春.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005:175－177.