彭永旗

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064 ）

基于ADAMS車輛隨機(jī)振動的模擬仿真研究

彭永旗

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064 ）

論文以某轎車為研究對象，基于機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件ADAMS/CAR建立包括前后懸架子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)和前后輪胎子系統(tǒng)的車輛整車模型。運(yùn)用ADAMS/CAR路面建模器建立B級隨機(jī)路面模型，通過ADAMS/CAR/Ride對整車模型在所建立的隨機(jī)路面上進(jìn)行模擬仿真研究，以底盤的加權(quán)加速加速度均方根為評價(jià)指標(biāo)，對其進(jìn)行平順性評價(jià)。

隨機(jī)振動；仿真；平順性；ADAMS

CLC NO.:U462.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-93-03

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平也越來越好，汽車也逐漸走進(jìn)了千家萬戶，人們從剛開始對車要求具有良好的動力性和經(jīng)濟(jì)性逐漸開始注重車的舒適性，因此，汽車的車輛系統(tǒng)動力學(xué)性能越來越值得深入的研究[1]。汽車的平順性主要是來自路面的隨機(jī)振動激勵(lì)的響應(yīng)，也叫做乘坐舒適性[2]。因此，如何得到一個(gè)好的整車模型和真是的隨機(jī)振動路面模型城為了車輛平順性評價(jià)的關(guān)鍵。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬樣機(jī)技術(shù)也隨之發(fā)展開來。ADAMS集建模、仿真、運(yùn)算和分析的機(jī)械系統(tǒng)仿真軟件，自開發(fā)以來，其在汽車、機(jī)械和航空領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本論文以某小型轎車為研究對象，基于機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件ADAMS/CAR建立包括前后懸架子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)和前后輪胎子系統(tǒng)的車輛整車模型。運(yùn)用ADAMS/CAR路面建模器建立B級隨機(jī)路面模型，通過ADAMS/CAR/Ride對整車模型在所建立的隨機(jī)路面上進(jìn)行模擬仿真研究，以底盤處的加權(quán)加速加速度均方根為評價(jià)指標(biāo)，對其進(jìn)行平順性評價(jià)。

1、 整車仿真模型的建立

汽車是一個(gè)由成千上萬的零部件組裝而成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。本論文根據(jù)隨機(jī)振動的平順性要求，對其進(jìn)行簡化模型，得到了一個(gè)包含前后懸架子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)和前后輪胎子系統(tǒng)的車輛整車模型。

1.1 前懸架模型的建立

在ADAMS/Car中的Template Builder下建立前懸架子系統(tǒng).根據(jù)車企提供的整車參數(shù)得到前懸架的硬點(diǎn)、幾何體、減震器、彈簧、橡膠襯套等參數(shù)。前懸架采用雙橫臂獨(dú)立式懸架模型如圖1所示。主要包括減震器，兩個(gè)下橫臂、兩個(gè)上橫臂，轉(zhuǎn)向節(jié)和轉(zhuǎn)向橫拉桿等。其中，減震器與車身用萬向節(jié)鉸相連；下擺臂與車身用球鉸相連；轉(zhuǎn)向橫拉桿一端與轉(zhuǎn)向齒條通過萬向節(jié)鉸相連，另一端與轉(zhuǎn)向節(jié)總成通過球鉸相連[3]。

圖1 前懸架模型

1.2 后懸架模型的建立

根據(jù)前懸架建模的方法同樣得到后懸架模型，如圖2所示；

圖2 后懸架模型

1.3 轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)模型的建立

在ADAMS/Car中的Template Builder下建立包括方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)動萬向節(jié)、轉(zhuǎn)向傳動軸、轉(zhuǎn)向器等零部件的轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)。建立方向盤與轉(zhuǎn)向軸之間的旋轉(zhuǎn)鉸鏈、轉(zhuǎn)向軸和橫拉桿之間的鉸鏈、建立橫拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)之間的鉸鏈等等。得到如圖3的轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)模型：

圖3 轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)

1.4 車身和輪胎的建立

由于車身系統(tǒng)模型的創(chuàng)建非常繁瑣，即便建出的模型也不能應(yīng)用于仿真，故將車身系統(tǒng)簡化為一個(gè)全部質(zhì)量集中于質(zhì)心位置的剛體。利用ADAMS 中自帶車身模版，修改剛體質(zhì)心坐標(biāo)、代入質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量等參數(shù)，即可得到所需動力學(xué)車身模型。

輪胎采用自帶模板的輪胎模型，修改輪心坐標(biāo)、帶入質(zhì)量，設(shè)置為FIALA輪胎。

1.5 整車模型的裝配和建立

將前面所得模板在ADAMS/CAR里裝配成各子系統(tǒng)，得到前后懸架子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)、車身子系統(tǒng)和輪胎子系統(tǒng)。然后在ADAMS/CAR里將各子系統(tǒng)裝配成整車模型并選擇整車試驗(yàn)臺選擇四柱試驗(yàn)臺即ARIDE_FOUR_POST_ TESTRIG。從而得到整車仿真模型如圖4。

圖4 整車仿真模型

2、隨機(jī)路面的建立

因?yàn)楸菊撐倪x擇采用Ride來評價(jià)車輛的隨機(jī)振動的平順性，則隨機(jī)路面的建立是利用CAR里面的路面建模器來建立路面模型。選擇符合要求的B級路面，即空間功率譜密度Ge=0.1、速度功率譜密度Gs=20、加速度功率譜密度Ga=0.1得到隨機(jī)路面仿真模型[4]如圖5所示：

圖5 隨機(jī)路面的路面輪廓

3、基于ADAMS的整車隨機(jī)路面的仿真

根據(jù)GB/T4970— 1996《汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法》[5]，分別在B，C級隨機(jī)路面下對汽車進(jìn)行平順性仿真，隨機(jī)路面下，以車速分別為60,80,100/100km/h通過此路面。利用ADAMS Post Processor后處理功能得到車身各軸向加速度時(shí)間歷程，圖5為隨機(jī)路面60km/h時(shí)汽車的橫向加速度時(shí)間歷程曲線。通過快速傅立葉變換FFT得到加速度功率譜曲線。然后經(jīng)過后處理模塊的一系列計(jì)算得到各軸向的加權(quán)加速度均方根awx、awy、awz的值.。最后通過加權(quán)加速度均方根公式aw=[(1.4awx)2+(1.4awy)2+awz2]1/2求的車輛在60Km/ h的加權(quán)加速度均方根的值aw。

圖6 60Km/h的地盤加速度曲線

圖7 60Km/h的地盤加速度功率譜曲線

同樣在80、100和120Km/h時(shí)采取同樣方法可得到該速度下的加權(quán)加速度均方根值。

通過計(jì)算得到各種速度下的加權(quán)加速度分別為0.305、0.536、0.785、0.905。根據(jù)平順性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)[1]得到結(jié)果：車速在60Km/h車輛平順性較好，車速80Km/h有一些不舒服，車速在100Km/h和120Km/h時(shí)相當(dāng)不舒服。

4、結(jié)論

（1）通過整車仿真結(jié)果和平順性評價(jià)指標(biāo)的仿真結(jié)果與實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果對比，可以得知整車模型的建立是正確的。仿真結(jié)果與實(shí)車測量的差距可能由于該模型對實(shí)車模型做了一些簡化的原因。另外，仿真用的道路與實(shí)際道路有些誤差，但是在誤差范圍內(nèi)。

（2）根據(jù)平順性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)得到結(jié)果表明，車速在100Km /h和120Km/h時(shí)相當(dāng)不舒服,說明目標(biāo)車輛的平順性不好，可以通過調(diào)節(jié)懸架的彈簧阻尼來解決。

[1] 李成,張萬枝,潘旭,鐵瑛.基于ADAMS的汽車平順性建模與仿真分析[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2010, 31(5):99-102.

[2] 余志生.汽車?yán)碚揫M].4版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007:206- 207.

[3] 隗寒冰,鄧楚南,何文波.基于ADAMS軟件的汽車平順性仿真分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2006(7):75-76.

[4] 陳軍.MSC.ADAMS技術(shù)與工程分析實(shí)例[M].北京：中國水利水電出版社，2008：285-286.

[5] 長春汽車研究所.GB/T 4970— 1996汽車平順性隨機(jī)輸入行駛實(shí)驗(yàn)方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996:197- 203.

Simulation and analysis of Vehicle under random vibration input

Peng Yongqi
( University of changan automobile institute, Shaanxi Xi 'an 710064 )

This paper takes a car as the research object. The multi-body dynamic model of a commercial vehicle is established in which suspensions tires and the vehicle body the steering system are considered. Through the road-builder of the software ADAMS/CAR establish the B random vibration ride and simulation the model through the ADAMS/ CAR/Ride in this B random vibration road. Based on the weighted acceleration root mean square value of the chassis, the ride comfort evaluation is carried out.

random vibration; simulation; ride comfort; ADAMS

U462.2

A

1671-7988 (2017)08-93-03

彭永旗，就讀于長安大學(xué)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.032