朱愛榮

摘 要：文章針對全承載公交客車，基于Adams軟件，建立客車模型，對穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)、蛇形分析、轉(zhuǎn)正回正三個工況進行操作穩(wěn)定性仿真分析;建立隨機不平路面模型，通過計算駕駛員處三向加速度均方根值，進行客車平順性仿真分析。

關(guān)鍵詞：全承載公交客車;操作穩(wěn)定性;平順性;仿真分析

中圖分類號：U467? 文獻標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）15-158-03

Abstract： In this paper， a bus model is established based on Adams software for the simulation analysis of the handling stability under three conditions， namely steady-state turning， S-shaped turning analysis， and straightening and returnability. Meanwhile， a model of random uneven road surface is established for the simulation analysis of ride comfort by calculating the root mean square value of three-direction acceleration at the driver's position.

Keywords： Monocoque-based City Bus; Handling Stability; Ride comfort; Simulation analysis

CLC NO.： U467? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-158-03

前言

車輛操作穩(wěn)定性和平順性是評價整車性能指標(biāo)中的兩個重要指標(biāo)，其中，操作穩(wěn)定性是影響車輛主動安全的重要因素[1]，平順性則直接表現(xiàn)為車輛行駛過程中乘客的乘坐舒適性[2]。公交客車作為主要載運乘客的汽車，乘員人數(shù)相對較多，對整車的操作穩(wěn)定性和平順性要求則更加突出。因此，在新產(chǎn)品的整車設(shè)計研發(fā)階段，為縮短研發(fā)周期、提高設(shè)計水平、減少研發(fā)精力和財力投入，有需要也非常有必要利用CAE仿真分析技術(shù)，對設(shè)計方案進行理論驗證。

1 客車多體模型的建立

Adams＼car軟件建立模型的基本步驟為：建立硬點，建立各部件總成，建立部件總成間的約束，建立通訊器?？蛙嚱Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，整車建模時需進行適當(dāng)?shù)暮喕痆3]。各子系統(tǒng)模型建立完成后，根據(jù)實車的裝配關(guān)系進行整合，即為整車的多體模型[4]。

1.1 懸架模型的建立

硬點是建立仿真模型的基礎(chǔ)，懸架上所有的部件及其相關(guān)約束等均以硬點為基礎(chǔ)建立。根據(jù)硬點建立各懸架模型，轉(zhuǎn)向軸懸架為非獨立剛性軸結(jié)構(gòu)，模型如圖1所示，驅(qū)動軸懸架為整體式剛性軸結(jié)構(gòu)，模型如圖2所示。

1.2 橫向穩(wěn)定桿模型的建立

橫向穩(wěn)定桿，是安裝在轉(zhuǎn)向軸懸架中的輔助彈性元件[5]，U型金屬鋼管結(jié)構(gòu)，通過彈性橡膠軸承分別與車身和懸架進行連接，模型如圖3所示。

1.3 客車整車多體模型的建立

轉(zhuǎn)向軸懸架、驅(qū)動軸懸架及橫向穩(wěn)定桿等零部件模型建立后，將各零部件模型與全承載車身模型進行裝配，建立客車整車多體模型，如圖4所示。

2 客車操縱穩(wěn)定性仿真分析

整車仿真分析基本流程為：打開整車總成，設(shè)定仿真參數(shù)，執(zhí)行仿真分析和圖像及數(shù)據(jù)處理。

2.1 客車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真分析

穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真分析是通過 “定轉(zhuǎn)向變車速”的模擬試驗，對客車的操作穩(wěn)定性進行仿真分析的一種方法。在整個分析過程中，方向盤轉(zhuǎn)角始終保持不變，車速逐步增加，直至達到客車的側(cè)向加速度或車速的設(shè)計目標(biāo)值[6]。評價指標(biāo)有中性轉(zhuǎn)向點的側(cè)向加速度值、不足轉(zhuǎn)向度以及車身側(cè)傾角梯度。

以固定方向盤轉(zhuǎn)角/線性變車速輸入的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真試驗，采用文件驅(qū)動（file-driven analysis）的形式完成。

仿真測試結(jié)束后，系統(tǒng)讀取客車如下參數(shù)：行駛速度、車身側(cè)傾角度、側(cè)向加速度、橫擺角速度以及車輛行駛軌跡，并按照GB/T 6323-2014中規(guī)定的數(shù)據(jù)處理方法，計算得到客車的轉(zhuǎn)彎半徑、轉(zhuǎn)向/驅(qū)動軸偏角差、不足轉(zhuǎn)向度以及車身側(cè)傾角梯度等數(shù)值[7]。

根據(jù)QC/480-1999標(biāo)準的評價方法，對客車中性轉(zhuǎn)向點的側(cè)向加速度值、不足轉(zhuǎn)向度以及車身側(cè)傾角梯度三項指標(biāo)進行評價計分[8]，穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真測試評分結(jié)果如表1所示。

2.2 客車蛇行仿真分析

蛇行仿真分析是通過客車沿著特定的軌跡運行，獲取瞬態(tài)響應(yīng)的模擬試驗，不僅可以測試車輛急劇轉(zhuǎn)向能力，而且還可以測試急劇轉(zhuǎn)向時的安全性和舒適性[9]，評分指標(biāo)有平均橫擺角速度峰值和平均方向盤轉(zhuǎn)角峰值。

蛇行仿真分析采用了文件驅(qū)動（file-driven analysis）的形式完成。

仿真測試結(jié)束后，系統(tǒng)讀取客車如下參數(shù)：方向盤轉(zhuǎn)角、車身側(cè)傾角、橫擺角速度以及側(cè)向加速度，并按照GB/T 6323- 2014中規(guī)定的數(shù)據(jù)處理方法，計算得到平均方向盤轉(zhuǎn)角峰值和平均橫擺角速度峰值。

根據(jù)QC/480-1999標(biāo)準的評價方法，對客車平均方向盤轉(zhuǎn)角峰值和平均橫擺角速度峰值指標(biāo)進行評價計分，蛇形仿真測試評分結(jié)果如表2所示。

2.3 轉(zhuǎn)向回正仿真分析

轉(zhuǎn)向回正仿真分析是考察車輛由彎道進入直道的響應(yīng)，為常見的工況之一，分為兩個操作步驟：第一步，使車輛保持預(yù)設(shè)的側(cè)向加速度運行;第二步，開始時放開方向盤轉(zhuǎn)角，并記錄車輛的響應(yīng)。評分指標(biāo)有殘留橫擺角速度和橫擺角速度總方差。

轉(zhuǎn)向回正仿真分析采用文件驅(qū)動（file-driven analysis）的形式完成。

仿真測試結(jié)束后，系統(tǒng)讀取客車如下參數(shù)：行駛速度、車身側(cè)傾角度、方向盤轉(zhuǎn)角、側(cè)向加速度以及橫擺角速度等數(shù)值。并按照GB/T 6323-2014中規(guī)定的數(shù)據(jù)處理方法，計算得到殘留橫擺角速度和橫擺角速度總方差數(shù)值。

根據(jù)QC/480-1999標(biāo)準的評價方法，對客車平殘留橫擺角速度和橫擺角速度總方差指標(biāo)進行評價計分，轉(zhuǎn)向回正仿真測試評分結(jié)果如表3所示。

2.4 客車操縱穩(wěn)定性分析仿真小結(jié)

通過以上標(biāo)準工況仿真分析，客車操作穩(wěn)定性各個指標(biāo)評分均滿足要求。

3 整車平順性仿真分析

3.1 隨機不平路面生成

客車的平順性仿真分析所用隨機不平路面模型采用諧波疊加法構(gòu)建，該方法理論基礎(chǔ)嚴密，使用范圍普遍，是路面不平度精度較高的一種頻域模型轉(zhuǎn)換方法[10]。

Adams軟件構(gòu)建的隨機不平的路面是一個三維表面，三維表面由一系列呈三角形平面單元組成，三角形平面由各節(jié)點（Node）組成，隨機不平路面原理如圖5所示，圖中各節(jié)點由數(shù)字1、2、3、4等表示，每個節(jié)點均x、y、z三向坐標(biāo)，其中x和y兩向坐標(biāo)要滿足特定的規(guī)律，z向坐標(biāo)則單純表示路面寬度;每個節(jié)點按特定規(guī)律組成路面單元（Element）;然后對路面單元進行靜、動摩擦系數(shù)設(shè)置，即可得到真實路面模型。

3.2 隨機路面輸入仿真分析

考慮到公交客車一般行駛為城市道路，因此應(yīng)該進行B級路面的平順性能測試。

分析采用Adams/Car自帶的分析工況進行。

分析結(jié)束后，提取駕駛員處三向加速度，計算均方根值[11]，如表4所示。

3.3 整車平順性分析仿真小結(jié)

經(jīng)過計算，獲得駕駛員處在不同車速下的三向加速度均方根值，通過與企標(biāo)中基準車型數(shù)據(jù)進行對比分析，此款全承載公交客車的平順性指標(biāo)符合設(shè)計標(biāo)準的要求，可以達到預(yù)期的性能水平。

4 結(jié)束語

本文針對某款全承載公交客車，利用Adams軟件，建立各部件及整車模型，通過整車操作穩(wěn)定性各工況以及平順性的仿真分析評價，對此款公交客車的產(chǎn)品設(shè)計進行了理論驗證，為整車的材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了有效的理論技術(shù)支持。

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