王鑫，王浩，孫翔鴻，張亞波

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某型轎車平順性分析

王鑫，王浩，孫翔鴻，張亞波

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章針對(duì)在研某轎車為例，建立剛?cè)狁詈系恼嚻巾樞苑治瞿Ｐ?，根?jù)公司目前的評(píng)價(jià)方法，選取座椅表面進(jìn)行分析。結(jié)合公司試驗(yàn)設(shè)備，經(jīng)過(guò)理論推導(dǎo)出等效均值，提出前后排座椅等效均值的評(píng)價(jià)指標(biāo)，綜合了三個(gè)方向的振動(dòng)情況，能更加形象的評(píng)價(jià)整車平順性。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型建立的準(zhǔn)確性。通過(guò)此方法，能讓設(shè)計(jì)人員在整車開發(fā)初期針對(duì)模型進(jìn)行平順性分析，指導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、降低整車開發(fā)成本、縮短了開發(fā)周期，具有一定的實(shí)用意義。

轎車；平順性；分析

CLC NO.:U463.2Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-102-03

引言

汽車平順性研究的目的是為了降低汽車在行駛過(guò)程中來(lái)自路面的各種沖擊和振動(dòng)的作用，將其控制在一定范圍之內(nèi)，保證乘客的舒適性和貨物的完好度。此外，汽車平順性也會(huì)影響整車的可靠性，當(dāng)汽車在行駛過(guò)程中遇到的振動(dòng)和沖擊所產(chǎn)生的動(dòng)載荷會(huì)影響汽車零部件的磨損進(jìn)而減少其疲勞壽命影響汽車行駛安全和可靠性。隨著汽車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，人門對(duì)平順性有了更高的要求。目前如何通過(guò)不斷的衰減汽車行駛過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)來(lái)改善乘客的舒適性成為研究的重點(diǎn)。我國(guó)已經(jīng)形成了評(píng)價(jià)汽車行駛平順性的一系列完整的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系[1]，文獻(xiàn)2在論證的基礎(chǔ)上,提出一種設(shè)計(jì)計(jì)算方法。應(yīng)用這種方法可以容易地求得汽車在典型實(shí)際路面上激起的振動(dòng)與載荷的統(tǒng)計(jì)規(guī)律;給出振動(dòng)與載荷的均方值與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的簡(jiǎn)明關(guān)系;進(jìn)而研究了阻尼值和限位行程的合理選擇以及計(jì)算在不平路面上極限車速的方法;最后討論了有關(guān)試驗(yàn)評(píng)價(jià)問(wèn)題。后來(lái)謝衛(wèi)國(guó)等人通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)建立十八自由度的半掛車振動(dòng)模型，控制汽車車輪隨機(jī)輸入的模擬，測(cè)量車身加速度響應(yīng)來(lái)分析半掛汽車的平順性問(wèn)題。

本文基于企業(yè)研發(fā)的某型轎車為研究對(duì)象，基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論、機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，建立了該車模型，并對(duì)其進(jìn)行了隨機(jī)路面激勵(lì)下的平順性仿真分析，獲取了平順性結(jié)果。同時(shí)結(jié)合公司實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性，能反映整車的實(shí)際情況，對(duì)下一步優(yōu)化提供了途徑。

1、理論分析

1.1 平順性評(píng)價(jià)方法

基于頻譜分析法，將通過(guò)加速度傳感器采集到的振動(dòng)加速度時(shí)間歷程 a(t)轉(zhuǎn)化為功率譜密度函數(shù) Ga(f)，在將數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾波網(wǎng)格最終獲取加權(quán)加速度時(shí)間歷程aw，如下：

選取座椅支撐面xs、ys、zs三個(gè)軸向的振動(dòng)放在一起考慮時(shí)，從三向加速度角度進(jìn)行計(jì)算，則公式1可轉(zhuǎn)換為：

其中：axw表示 x軸方向的加權(quán)加速度均方根值，avw及azw分別表示y和z軸方向的加權(quán)加速度均方根值。

等效均值與加權(quán)加速度均方根值之間換算關(guān)系如公式3：

表1是人體對(duì)振動(dòng)的主觀感覺(jué)與該振動(dòng)的加權(quán)加速度均方根值aw之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中a0= 10-6m/s2。

表1 aw與人的主觀感覺(jué)之間的關(guān)系

2、模型建立

2.1 前后懸架模型

建立某型轎車的ADAMS模型，在模型的基礎(chǔ)上基于優(yōu)化理論進(jìn)行優(yōu)化。此轎車為麥弗遜式獨(dú)立前懸架，扭力梁式半獨(dú)立后懸架，其他參數(shù)主要針對(duì)具體參數(shù)進(jìn)行修改。主要的整車參數(shù)如下：

表2

根據(jù)整車硬點(diǎn)信息建立的前懸架如下：

圖1 前懸架模型

為了為了獲取更加準(zhǔn)確的后排駕駛室平順性數(shù)據(jù)，建立了柔性體結(jié)構(gòu)的扭力梁懸架。對(duì)于設(shè) 計(jì)階段采用的扭力梁懸架進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，按照約束條件進(jìn)行約束，并賦予其參數(shù)，之后運(yùn)行分析計(jì)算，有限元模型如下 圖所示，單元總數(shù)為25412個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)為25323個(gè)，其中網(wǎng)格單元的長(zhǎng)度為4mm，縫焊選用RBE2單元進(jìn)行模擬。

圖2 橫梁截面示意圖

在HyperMesh中，根據(jù)模態(tài)綜合法分析計(jì)算導(dǎo)出扭力梁懸架柔性體mnf文件，再將其導(dǎo)入到ADAMS模型中，在ADAMS軟件中建立扭力梁的剛?cè)狁詈夏Ｐ?，其中減震器的剛度和阻尼以及彈簧襯套的參數(shù)由廠家提供。

2.3 動(dòng)力總成及輪胎

對(duì)動(dòng)力總成進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，忽略動(dòng)力裝置的實(shí)際結(jié)構(gòu)，把整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)看做剛體，將發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、離合器三部分簡(jiǎn)化為一個(gè)部件，動(dòng)力總成系統(tǒng)是三點(diǎn)懸置，采用橡膠襯套與車體及副車架連接，建立的動(dòng)力總成模型如圖3所示：

圖3

3、平順性分析

3.1 模型分析

建立好整車剛?cè)狁詈夏Ｐ秃?，就可以進(jìn)行隨機(jī)輸入的平順性仿真分析。在B級(jí)路面（瀝青路面）上分別以40-120km/h間隔10km/h的速度進(jìn)行仿真，測(cè)試底盤傳遞給人體三個(gè)方向的振動(dòng)加速度。當(dāng)仿真完成以后，可以得到駕駛員位置處縱向、橫向和垂向的振動(dòng)加速度時(shí)域曲線。圖為虛擬汽車以40km/h的速度下行駛時(shí)，縱向加速度仿真曲線和傅里葉計(jì)算獲取的縱向加速度功率譜密度曲線。

圖4 駕駛員縱向加速度曲線及功率譜密度曲線

由此根據(jù)公式1便可獲取各方向加權(quán)加速度均方根值，再帶入到公式2和3中便可計(jì)算出總加權(quán)加速度均方根值和等效均值，按照上述分析方法可獲取50km/h- 120km/h速度下的加權(quán)加速度均方根值和等效均值如下。

表3 前后排座椅等效均值

可以看出該轎車在高速行駛時(shí)平順性不是很理想，乘客會(huì)有輕微的不舒服感，特別是后排乘客的感覺(jué)尤為明顯，有待通過(guò)優(yōu)化來(lái)改善其乘坐舒適性。

3.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證仿真模型的準(zhǔn)確性，利用車輛進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，采用三向加速度坐墊傳感器及信號(hào)線，且其頻響范圍在0.5～100HZ，汽車各總成、部件等按照規(guī)定裝備齊全，汽車載荷為額定滿載質(zhì)量，試驗(yàn)環(huán)境滿足國(guó)標(biāo)要求。

具體設(shè)備如下圖片所示：

圖5 三向加速度測(cè)量?jī)x器

將加速度傳感器分別安裝在座椅上，以測(cè)量縱向、橫向和垂向的加速度時(shí)間歷程，且要求傳感器應(yīng)與人體緊密結(jié)合，且在人體與座椅之間放入安裝傳感器的墊盤。儀器安裝完畢后，讓車輛在40 km/h左右的速度進(jìn)行勻速行駛，得到各軸向的加速度信號(hào)，經(jīng)加速度傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄下來(lái)。隨后用相同的方法記錄車輛分別在其他車速下行駛時(shí)三個(gè)方向的加速度時(shí)間歷程。經(jīng)過(guò)設(shè)備的分析計(jì)算可獲取，經(jīng)過(guò)處理的前后排座椅等效均值如下。

表4 實(shí)測(cè)前后排座椅等效均值

將前后排座椅等效均值對(duì)比如下：

圖6 前后排座椅等效均值對(duì)比

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：1）雖然建立的模型未考慮輪胎與地面滑動(dòng)摩擦引起的振動(dòng)因素，但仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，誤差在 1%范圍內(nèi)，兩者因路面激勵(lì)引起的等效均值基本相同，說(shuō)明建立的整車模型基本符合實(shí)際車輛的情況，是比較準(zhǔn)確的，可作為下一步優(yōu)化的基礎(chǔ)。

2）前后排座椅平順性存在優(yōu)化空間，特別是高速運(yùn)行時(shí)平順性稍差。需要注意的是仿真和試驗(yàn)過(guò)程中 70km/h時(shí)存在突變，且前后排突變方向相反，下一步將重點(diǎn)分析研究。

4、結(jié)論

（1）根據(jù)實(shí)車情況建立了的整車平順性分析模型，結(jié)合公司現(xiàn)有的測(cè)試儀器設(shè)備從等效均值的角度進(jìn)行分析，提出前后排座椅等效均值的評(píng)價(jià)的指標(biāo)，仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：建立的模型準(zhǔn)確可靠，可以借此評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)實(shí)車平順性進(jìn)行評(píng)價(jià)，能反映實(shí)車的實(shí)際情況。

（2）仿真結(jié)果表明該車平順性存在優(yōu)化空間，同時(shí)可利用此方法在整車開發(fā)初期對(duì)車輛平順性進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而能盡早的修改整車結(jié)構(gòu)參數(shù)，降低了開發(fā)成本、縮短了開發(fā)周期。

（3）由于對(duì)平順性的影響因素較多，一般通過(guò)調(diào)整前后懸架剛度和阻尼等進(jìn)行優(yōu)化，但是調(diào)整之后對(duì)整車操穩(wěn)性能有較大的影響，因此建議針對(duì)操縱穩(wěn)定性和平順性進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化。

[1] 汽車平順性試驗(yàn)方法[S]. GB/T 4970-2009,2009.

[2] 汽車振動(dòng)與載貨的統(tǒng)計(jì)分析及懸掛系統(tǒng)的參數(shù)選擇[J].汽車技術(shù),1976, 4:54.

[3] 基于剪切中心的某扭力梁懸架輪胎包絡(luò)分析[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2016. 54(1).72-76

[4] 陳憲忠，時(shí)域內(nèi)轎車行駛平順性建模及仿真研究,[碩士學(xué)位論文],長(zhǎng)春,吉林大學(xué),2003.03.

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Simulation Analysis and Optimization of a certain car Ride Comfort

Wang Xin, Wang Hao, Sun Xianghong, Zhang Yabo
( Jianghuai Automobile co., LTD, Anhui Hefei 2300601 )

Taking a certain car for example, base on the using evaluation method, establish a rigid-flexible coupling vehicle ride comfort model, chose the face of seats to Analysis the comfort of the car. Depend on the equipment, put forward a target mean value of front and rear seats to evaluate the ride comfort.This method comprehensive the 3-direction vibration, have a easy-imagery meaning. Then get the results from the passenger ride real vehicle tests and compare simulation results with the test results to verify the accuracy of the model. By thus, engineers will easily get the ride-comfort result of a model-car, and then guide the Optimization、reduce the cost, have a practice designing meaning.

certain car; ride Comfort; sensitivity analysis; optimization

U463.2

A

1671-7988 (2017)06-102-03

王鑫，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.035