陳太榮，楊佳睿（南京徐工汽車(chē)制造有限公司，江蘇 南京 210021）

基于ADAMS/Car的重型牽引車(chē)平順性建模與仿真分析

陳太榮，楊佳睿
（南京徐工汽車(chē)制造有限公司，江蘇 南京 210021）

文章利用ADAMS/Car模塊建立了整車(chē)虛擬模型，并進(jìn)行了平順性仿真分析，得到振動(dòng)加速度隨車(chē)速的變化關(guān)系，預(yù)測(cè)了整車(chē)的平順性，為后續(xù)改進(jìn)提供依據(jù)。

ADAMS/car；平順性；仿真

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.020

CLC NO.: U461.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2015)12-58-03

前言

隨著人們對(duì)車(chē)輛舒適性的要求越來(lái)越高，汽車(chē)平順性已作為評(píng)價(jià)整車(chē)舒適性的主要性能之一以及取得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要性能指標(biāo)，越來(lái)越受到各汽車(chē)企業(yè)的重視。虛擬樣機(jī)技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的充分應(yīng)用，可以有效縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、降低研發(fā)成本，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。本文應(yīng)用ADAMS/Car模塊建立整車(chē)虛擬樣機(jī)模型，并進(jìn)行平順性仿真分析。

1、整車(chē)模型的建立

1.1建模概述

汽車(chē)是個(gè)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，在建立整車(chē)模型時(shí)，需對(duì)汽車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化：（1）除了輪胎、板簧、駕駛室懸置、減振器、穩(wěn)定桿及連接襯套以外，其余的零件都看做是剛體；（2）忽略動(dòng)力總成的具體結(jié)構(gòu)以及發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)對(duì)整車(chē)平順性的影響；（3）用襯套力實(shí)現(xiàn)剛體之間的柔性連接。

建模過(guò)程中涉及到的整車(chē)幾何參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)可通過(guò)三維模型和實(shí)際測(cè)量獲得。整車(chē)中的輪胎模型、橡膠襯套等力學(xué)參數(shù)，由生產(chǎn)廠家提供，通過(guò)屬性文件輸入模型。隨機(jī)輸入路面文件利用ADAMS/Car路面生成插件制作。整車(chē)主要參數(shù)如表1所示：

表1　牽引車(chē)主要參數(shù)

1.2子系統(tǒng)模型的建立

1.2.1板簧、穩(wěn)定桿模型

在ADAMS/Car中，建立鋼板彈簧有以下三種方法：（1）離散梁法，把板簧剛性模型分割成多個(gè)剛體塊，對(duì)每個(gè)剛體塊設(shè)置參數(shù)，然后用柔性梁?jiǎn)卧獙傮w塊連接起來(lái)，完成鋼板彈簧柔性體模型的創(chuàng)建；（2）有限元法，利用有限元軟件劃分鋼板彈簧網(wǎng)格并生成模態(tài)中性文件，在ADAMS中導(dǎo)入該模態(tài)中性文件，生成柔性體模型。（3）三段梁法，用三段梁代替鋼板彈簧，兩根梁連接處用軸套進(jìn)行連接，設(shè)置軸套扭轉(zhuǎn)剛度值模擬鋼板彈簧實(shí)際的剛度，模型較為簡(jiǎn)單。

本文采用三段梁法對(duì)鋼板彈簧進(jìn)行建模，通過(guò)給連接軸套定義一定的扭轉(zhuǎn)剛度模擬板簧的線剛度。擬合前、后鋼板彈簧剛度分別為 334N/mm、2110N/mm。前板簧模型如圖1所示。

圖1　前板簧模型圖

橫向穩(wěn)定桿在保證汽車(chē)行駛平順性的前提下，能提高懸架的側(cè)傾角剛度，減小汽車(chē)在不平路況或轉(zhuǎn)彎時(shí)車(chē)身的側(cè)傾角。本文中共有三個(gè)穩(wěn)定桿，分別為駕駛室穩(wěn)定桿、底盤(pán)前橋穩(wěn)定桿及后橋穩(wěn)定桿。穩(wěn)定桿通常有三種建模方式：（1）采用扭桿彈簧模型，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單精度低計(jì)算量??；（2）采用ADAMS非線性梁柔性模型，該模型將穩(wěn)定桿離散成若干個(gè)剛性圓柱體，各剛性體之間采用柔性梁連接，精度相對(duì)較高；（3）結(jié)合有限元軟件創(chuàng)建有限元模型后，利用ADAMS/Flex模塊建立柔性體模型，精度高，計(jì)算量相對(duì)較大。本文采用第三種方式建立穩(wěn)定桿模型。建立的前穩(wěn)定桿模型如圖2所示。

圖2　前穩(wěn)定桿模型

1.2.2輪胎模型

ADAMS/Car中提供了多種不同類型的輪胎仿真模型，如Fiala輪胎、MF輪胎、UA輪胎、Pac2002輪胎。本文選取Pac2002輪胎， ADAMS/Car內(nèi)嵌的Pac2002輪胎模型大部分參數(shù)可直接使用，僅需修改部分涉及到輪胎具體尺寸的參數(shù)。主要參數(shù)改動(dòng)如表2所示。

表2　部分輪胎參數(shù)

除了上述模型以外，建立整車(chē)模型前還需要建立駕駛室及其懸置模型、轉(zhuǎn)向模型、制動(dòng)模型、車(chē)架模型以及掛車(chē)等模型，限于篇幅不再一一介紹。這些模型在ADAMS/Car中都存在相應(yīng)的模板文件，建模時(shí)只需對(duì)模板文件參數(shù)進(jìn)行修改，便可獲得所需要的模型。

1.3整車(chē)模型的建立

將各子系統(tǒng)進(jìn)行裝配，便獲得整車(chē)模型。子系統(tǒng)的裝配是通過(guò)在子系統(tǒng)間建立相互匹配的通訊器來(lái)完成的。通訊器可以傳遞子系統(tǒng)間的相互位置、力和變量參數(shù)等信息。完成后的整車(chē)模型如圖3所示。

圖3　整車(chē)模型

2、平順性仿真

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 4970-2009《汽車(chē)平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法》的要求，對(duì)整車(chē)進(jìn)行滿載工況下B級(jí)路面平順性仿真分析，仿真行駛速度分別為 40km/h、50km/h、60km/h、70km/h、80km/h、90km/h，測(cè)量駕駛室坐墊上方、座椅靠背、駕駛員腳部地板處各向振動(dòng)加速度時(shí)間歷程曲線。對(duì)時(shí)間歷程數(shù)據(jù)加權(quán)處理，得到綜合總加權(quán)振動(dòng)加速度均方根值，作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。滿載車(chē)速為60km/h時(shí)，駕駛員座椅上方Z向振動(dòng)加速度時(shí)間歷程曲線及頻譜分析如圖4、5所示。

分析圖形可知，隨著車(chē)速的增大，駕駛室坐墊上方振動(dòng)加速度值不斷增大，振動(dòng)頻譜顯示，駕駛室坐墊上方振動(dòng)頻率主要集中在1-3Hz，其中在1.5Hz、2Hz附近出現(xiàn)峰值，振動(dòng)能量最大，與前后懸架的設(shè)計(jì)偏頻基本一致，說(shuō)明模型有一定的準(zhǔn)確性。

圖4　駕駛員坐墊上方Z向加速度時(shí)間歷程曲線（滿載，v=60km/h）

圖5　駕駛員坐墊上方Z向加速度振動(dòng)頻譜（滿載，v=60km/h）

在仿真過(guò)程中，測(cè)量駕駛室坐墊上方、座椅靠背、腳部地板處共 9個(gè)軸向的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)并依據(jù)國(guó)標(biāo) GB/T 4970-2009進(jìn)行綜合加權(quán)處理，得車(chē)輛綜合總加權(quán)加速度均方根值隨車(chē)速的變化關(guān)系如圖6所示?？梢钥闯觯弘S著車(chē)速的增加，綜合總加權(quán)加速度均方根值不斷增大，基本成線性變化。

圖6　滿載B級(jí)路面綜合總加權(quán)加速度均方根值與車(chē)速的關(guān)系

3、結(jié)論

本文應(yīng)用ADAMS/Car軟件建立了整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型，并依據(jù) GB/T 4970-2009對(duì)整車(chē)模型分別進(jìn)行了滿載工況下 B級(jí)隨機(jī)路面輸入的仿真分析，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理，得到了車(chē)輛綜合總加權(quán)加速度均方根值與車(chē)速的變化關(guān)系。隨機(jī)輸入仿真數(shù)據(jù)頻譜分析表明，振動(dòng)頻率主要集中在1.5-2Hz，與車(chē)輛滿載時(shí)前后板簧懸架偏頻范圍一致，表明模型有一定的準(zhǔn)確性，可以在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行平順性的研究和預(yù)測(cè)，提高了設(shè)計(jì)效率，縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。

[1] GB/T4970-2009,汽車(chē)平順性試驗(yàn)方法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2009.

[2] 廖芳,王乘.橫向穩(wěn)定桿建模方法研究[J].汽車(chē)技術(shù),2007(7):5-8.

[3] 吳碧磊,秦民.重型牽引車(chē)平順性建模與仿真分析[J].汽車(chē)技術(shù), 2006(3):13-15.

Modeling and Simulation of Ride Comfort of Heavy-Duty Tractors Based On Adams/Car

Chen Tairong, Yang Jiarui
( Nanjing Xugong Automobile Manufacturing Co., Ltd., Jiangsu Nanjing 210021 )

A virtual vehicle model is established by Adams/Car to analysis ride comfort in this paper，the relationship between the vibration acceleration and the speed is got to predict the vehicle ride comfort and providing basis for further improvement.

ADAMS/car; ride comfort; simulation

U461.4

A

1671-7988（2015）12-58-03

陳太榮，工程師，就職于南京徐工汽車(chē)制造有限公司。研究方向：重卡整車(chē)總布置及底盤(pán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。