基于Adams/car汽車平順性仿真與分析＊

張晨光，王琳，蘇羅，秦昊雯

（蚌埠學(xué)院機(jī)械與車輛工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233030）

前言

平順性是汽車重要性能之一，隨著汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)乘坐舒適性的要求也越來越高。汽車行駛時(shí)由于路面不平和車速的變化會(huì)引起車輛不同程度的振動(dòng)與沖擊，這種動(dòng)態(tài)特性不能超過一定界限，以保證乘員的舒適性[1]。為了評(píng)價(jià)及改善汽車的平順性，研究人員做了大量的研究[2-5]。李麗軍等[6]采用Adams建立整車模型，進(jìn)行整車平順性仿真，求出不同路面駕駛員座椅上方加權(quán)加速度均方根值隨車速的變化關(guān)系，為后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。杜充[7]利用 Matlab/Simulink模塊建立了11自由度的整車平順性模型，研究車速分別為50 km/h、70 km/h和90 km/h時(shí)汽車的平順性隨非簧載質(zhì)量的變化，總結(jié)出汽車平順性的影響因素。劉彪等[8]在CarSim中建立汽車平順性仿真模型，對(duì)汽車速度在50 km/h，60 km/h，70 km/h，80 km/h進(jìn)行時(shí)域仿真，并對(duì)汽車質(zhì)心垂向加速度功率譜密度函數(shù)的頻域計(jì)算，最終發(fā)現(xiàn)汽車平順性良好。

本文以某乘用車為研究對(duì)象，利用Adams/Car模塊建立整車模型，對(duì)該汽車不同車速下行駛平順性進(jìn)行仿真分析，并根據(jù)平順性指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，為今后在汽車平順性研究提供一定參考。

1 整車動(dòng)力學(xué)建模

結(jié)合整車參數(shù)，如表1所示，在Adams/Car模塊中建立整車模型，為了方便建模，整車需要簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后的模型主要包括前、后懸架系統(tǒng) （前懸架為麥弗遜式獨(dú)立懸架、后懸架為多連桿懸架）、轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 、制動(dòng)系統(tǒng) 、動(dòng)力系統(tǒng)輪胎、車身等，各總成硬點(diǎn)坐標(biāo)、性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)主要參考實(shí)車獲得，將建好的各個(gè)子系統(tǒng)模型通過相應(yīng)的通訊器進(jìn)行裝配，可以得到整車模型如圖1所示。

表1 參考車型關(guān)鍵參數(shù)表

圖1 整車模型圖

2 整車平順性仿真與分析

2.1 整車平順性評(píng)價(jià)指標(biāo)

ISO 2631-1：1997（E）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)振動(dòng)波形峰值系數(shù)＜9時(shí)，用基本的評(píng)價(jià)方法—加權(quán)加速度均方根值來評(píng)價(jià)振動(dòng)對(duì)人體舒適和健康的影響，用該方法評(píng)價(jià)時(shí)要先計(jì)算各軸向加權(quán)加速度均方根值[1]。

（1）加權(quán)加速度均方根計(jì)算

式中T為振動(dòng)分析時(shí)間。

（2）頻率加權(quán)函數(shù)ω(f)

（3）功率譜密度函數(shù)

（4）三個(gè)軸向的總加權(quán)加速度均方根值可以按下式計(jì)算

加權(quán)加速度均方根值與人主觀感受存在很大的關(guān)系，可以用來評(píng)價(jià)汽車平順性，具體對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表2 加權(quán)加速度均方根與人主觀感受之間的關(guān)系

2.2 隨機(jī)路面輸入

隨機(jī)路面可以通過 Adams/Car Ride中路面譜生成器獲得，該生成器基于一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，綜合了不同類型的道路測(cè)量參數(shù)，通過輸入空間功率譜密度幅值、速度功率譜密度幅值、加速度功率譜密度幅值等參數(shù)生成不同等級(jí)的路面。ISO/TC 108/SC2N67中提出的“路面不平度表示方法草案”和GB 7031《車輛振動(dòng)輸入—路面平度表示》[9]標(biāo)準(zhǔn)中均建議路面功率譜密度的擬合公式如下：

式中：n為空間頻率（m-1）；n0為參考空間，n0=0.1m-1；Gq（n0）為路面不平度系數(shù)，單位為m3；W為頻率指數(shù)。

2.3 整車平順性仿真分析

為了驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性與合理性，根據(jù) GB/T4970-1996《汽車平順性 隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法》[10]要求地試驗(yàn)條件和工況 ，在隨機(jī)路面輸入下對(duì)汽車的平順性進(jìn)行分析。由于篇幅的限制，研究選取試驗(yàn)車速分別為 40km/h、50km/h、60km/h，由于車輛多數(shù)在B級(jí)、C級(jí)路面上行駛，故隨機(jī)路面輸入分別為B級(jí)和C級(jí)。時(shí)域響應(yīng)下汽車質(zhì)心垂向加速度的仿真結(jié)果如圖2、圖3所示：

圖2 B級(jí)路面不同車速汽車質(zhì)心加速度時(shí)域曲線

圖3 C級(jí)路面不同車速汽車質(zhì)心加速度時(shí)域曲線

根據(jù)汽車質(zhì)心三個(gè)軸向加速度數(shù)值，可以求出總加權(quán)加速度均方根值，結(jié)果如表3所示。

表3 汽車質(zhì)心加權(quán)加速度均方根值

由圖2、圖3和表3可以看出，無論在B級(jí)還是C級(jí)隨機(jī)路面上，隨著車速的增加汽車質(zhì)心加權(quán)加速度均方根值隨之增加，B級(jí)路面汽車的平順性相對(duì)C級(jí)路面要好；當(dāng)車速為50km/h時(shí)，汽車在C級(jí)路面上行駛，質(zhì)心加權(quán)加速度均方根值為 0.495m·s-2，此時(shí)人坐在里面已經(jīng)有些不舒服了，當(dāng)車速達(dá)到 60km/h時(shí)，質(zhì)心加權(quán)加速度均方根值為0.613m·s-2，乘客的感受也是有些不舒服。通過仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)車速在40-60km/h時(shí)，隨著車速增加人主觀感覺稍有些不舒服，但總體上在 0.315-0.63m·s-2的區(qū)間內(nèi)，滿足平順性要求。

3 結(jié)論

（1）以某乘用車為參考車型，經(jīng)過簡(jiǎn)化處理后在Adams/car模塊建立整車模型，主要包括前后懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)輪胎、車身等子系統(tǒng)，然后進(jìn)行通訊連接。

（2）根據(jù)GB/T4970-2009《汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法》，通過參數(shù)設(shè)置，使車輛分別在B級(jí)和C級(jí)的隨機(jī)路面上以不同車速進(jìn)行勻速行駛，計(jì)算汽車質(zhì)心三個(gè)軸向的時(shí)域加速度，并求出質(zhì)心的總加權(quán)加速度均方根值；

（3）汽車在不同等級(jí)路面上行駛，汽車平順性表現(xiàn)差異較大，路面越差，車速越高，人的主觀感受越不舒服，后續(xù)將對(duì)懸架參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步優(yōu)化整車模型，改善汽車的平順性。