汽車平順性的仿真分析

熊金勝 王天利 張鍵 章桂林

（1.遼寧工業(yè)大學(xué)；2.蘇州市奧杰汽車技術(shù)有限公司）

汽車平順性是指保持汽車行駛過程中產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊環(huán)境對(duì)乘員舒適性的影響在一定界限之內(nèi)，對(duì)于載貨汽車還包括保持貨物完好的性能[1]。在汽車行駛中，外界的輸入通常為路面不平度產(chǎn)生的激勵(lì)經(jīng)過輪胎、懸架及座椅，最后到達(dá)駕駛員產(chǎn)生響應(yīng)。平順性作為汽車性能的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，通常根據(jù)乘員的主觀評(píng)價(jià)來判定。文章基于ADAMS/Car 建立某商用車整車模型，進(jìn)行了隨機(jī)級(jí)路面的平順性仿真，為進(jìn)一步研究路面對(duì)商用車的影響有一定參考。

1 整車動(dòng)力學(xué)模型的建立

汽車是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，因此在建模前必須簡(jiǎn)化，對(duì)影響汽車平順性指標(biāo)的構(gòu)件建立相應(yīng)的模型，其他的簡(jiǎn)化為剛性構(gòu)件。建模前首先要確定商用車的整車幾何參數(shù)（硬點(diǎn)坐標(biāo)和幾何外形）、物理參數(shù)（質(zhì)心位置、質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）以及力學(xué)特性參數(shù)（輪胎彈簧的剛度和減振器的阻尼等），建模的思路為：模板（template）—子系統(tǒng)（subsystem）—裝配（assembly）。模塊的建模順序?yàn)樽韵露希⑵嚽昂髴壹芟到y(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、輪胎、車身和動(dòng)力總成模型,用通訊器（communicator）把各個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系起來，完成整車的裝配，最后調(diào)試模型，分析各系統(tǒng)是否正確連接[2]。整車模型，如圖1 所示。

2 平順性的評(píng)價(jià)方法

汽車平順性的評(píng)價(jià)是一個(gè)極為復(fù)雜過程，它包括人、車、路3 個(gè)環(huán)節(jié)，其中人是最活躍的因素。當(dāng)前對(duì)汽車振動(dòng)的評(píng)價(jià)方法主要分為2 類，即主觀評(píng)價(jià)法和客觀評(píng)法。主觀評(píng)價(jià)法是考慮乘員的反應(yīng)和主觀感受，通過對(duì)乘坐人員的當(dāng)時(shí)反應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而進(jìn)行汽車平順性的評(píng)價(jià)。客觀評(píng)價(jià)法是對(duì)汽車的隨機(jī)振動(dòng)進(jìn)行采樣和記錄，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到需要的分析值，然后用分析值和相應(yīng)的限值指標(biāo)進(jìn)行比較，用比較的結(jié)果來評(píng)價(jià)汽車的行駛平順性[3]。由人機(jī)工程學(xué)對(duì)人體坐姿的研究，測(cè)量人體的座椅支承面（Xs，Ys，Zs）、座椅靠背（Xb，Yb，Zb）及腳支承面處（Xf，Yf，Zf）的加速度值，并分析汽車的平順性。人體坐姿圖，如圖2 所示。

Zs方向最敏感的頻率范圍是4～12.5 Hz，在4～8 Hz頻率范圍，人的內(nèi)臟器官產(chǎn)生共振；8～12.5 Hz 頻率范圍，對(duì)人的脊椎系統(tǒng)影響很大。Xs，Ys方向最敏感的頻率范圍是0.5～2 Hz，大約在3 Hz 以下，人體對(duì)水平振動(dòng)比對(duì)垂直振動(dòng)更敏感，且汽車車身部分系統(tǒng)在此頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生共振，故應(yīng)對(duì)水平振動(dòng)給予充分重視[3-4]。最終得到人的主觀感覺與加速度均方根值之間的關(guān)系，如表1 所示。

表1 人的主觀感覺與加速度均方根的關(guān)系

3 整車模型平順性仿真

3.1 隨機(jī)輸入路面的建立

路面模型的構(gòu)造是ADMAS/Car 中插入的模塊Ride，輸入相應(yīng)路面參數(shù)，得到所需的路面輪廓。路面輪廓的空間功率譜密度（Gd（n））與空間頻率（n/m-1），存在如下函數(shù)關(guān)系：

式中：Ge——白噪聲空間功率譜密度；

Gs——白噪聲速度空間功率譜密度；

Ga——白噪聲加速度空間功率譜密度[5]。

隨機(jī)路面相關(guān)參數(shù)，如表2 所示[5-6]。

表2 白噪聲功率譜密度與粗糙度參數(shù)表

在菜單里Ride-Tools-ProfileGenenation 輸入相關(guān)的參數(shù)，其界面，如圖3 所示。

3.2 平順性仿真分析

根據(jù)我國(guó)的道路特點(diǎn)，主要分布為B，C 級(jí)路面，商用車的行駛車速通常在30～100 km/h。文章進(jìn)行了隨機(jī)B，C 級(jí)路面輸入，以典型工況40，60，80 km/h 的車速行駛，觀察不同的隨機(jī)路面對(duì)汽車平順性的影響。仿真結(jié)果，如圖4 所示。

利用ADMS/Car 測(cè)量車身處的加速度，從圖4 可以看出，在同一行駛車速下，隨機(jī)B 級(jí)路面的振動(dòng)幅值要明顯小于隨機(jī)C 級(jí)路面.在40 km/h 時(shí)，C 級(jí)路面的最高加速度值達(dá)到0.192 g，而隨機(jī)B 級(jí)路面的最高加速度值僅為0.068 2 g；在同一路面，隨著汽車行駛的車速提高，車身的垂向加速度值不斷增加，在隨機(jī)C 級(jí)路面車速為80 km/h 時(shí)，最高加速度達(dá)到0.426 g，根據(jù)平順性評(píng)價(jià)指標(biāo)，舒適性極差。

4 結(jié)論

文章建立了某商用車整車虛擬樣機(jī)模型，并在隨機(jī)路面上以不同的車速進(jìn)行平順性仿真分析，得到了車身的加速度仿真曲線。仿真結(jié)果表明：隨著車速的增加，汽車的平順性顯著下降；并且相對(duì)于C 級(jí)路面，B級(jí)路面的平順性較好。