基于Adams/Car的工程車輛前懸架隨機振動分析

摘 要：以多體動力學理論和隨機振動理論為基礎，運用機械系統動力學仿真軟件Adams/Car模塊，建立了工程車輛前懸架虛擬樣機模型。根據路面不平度垂直位移功率譜密度，采用數值模擬的方法得到不同等級路面激勵的數學模型，并輸入到前懸架系統模型中進行隨機振動仿真。仿真結果對工程車輛前懸架結構的參數設計具有指導意義。

關鍵詞：Adams/Car；隨機振動；前懸架；工程車輛

工程車輛在工作過程中會受到路面不平度的激勵，該激勵是一種隨機激勵，導致車輛產生隨機振動[1]。車輛前懸架主要功用是承載車身重量、緩沖和傳遞來自路面不平度對車輛的激勵，保證車輛平順地行駛。在工程車輛中應用廣泛的非獨立式懸架系統結構簡單、強度高、行駛中前輪定位變化較小，但其舒適性及操縱穩定性都較差。

基于Adams/Car模塊建立車輛前懸架系統模型，在標準路面不平度激勵下進行隨機振動仿真分析，對車輛前懸架結構參數設計、疲勞壽命分析等具有重要參考價值。

1 前懸架系統模型

前懸架系統模型如圖1所示，主要包括：1.制動器，2.浮動拖盤，3.輪胎，4.車軸，5.橫向拉桿，6.板簧，7.減振器，8.彈性襯套，9.轉向機構。制動器在垂向施加隨機激勵，轉向節與銷軸簡化為三角形機構。

汽車懸架系統主要作用是抑制路面不平度引起的振動和沖擊。在Adams/Car模塊中參數設置包括輪胎的剛度、自由半徑、質量、輪胎屬性文件、簧載質量和車輛軸距等，如表1所示。

2 路面模型

路面模型是隨機振動分析的關鍵數據，主要采用路面功率譜密度描述其統計特性，GB/T7031-2005《機械振動-道路路面譜測量數據報告》[2]中將路面分為A～H共8個等級。在實際工程中，該車輛行駛的路面等級主要為B、D和F級，其路面不平度系數分別為64、1024和16384。本文采用傅立葉變換與逆變換法，結合數據采樣定理[3]，分別求得其路面不平度曲線，并將得到的路面曲線轉換成.TXT文件后，復制得到的兩列數據并分別拷入所規定格式的[NODES]和[ELEMENTS]兩欄，保存并放入對應的文件夾中。

3 Adams/Car動力學仿真分析

基于Adams/car的前懸架隨機振動分析主要是建立動力學方程并求解，建立好前懸架系統模型，將路面文件通過試驗臺加載到車輪上。在Simulate菜單下選擇Suspension Analysis-Dynamic，設置仿真文件名，仿真持續時間10s，仿真步數1000，激勵模式：Displacement[4]。圖2為懸架在F級路面激勵下的垂向位移時域和頻域曲線圖。

4 結束語

對比前懸架結構在B、D和F級路面激勵下的仿真結果：

（1）隨著路面不平度的增大，懸架結構垂直振動的位移峰值逐漸增大，峰值所對應的頻率為7.9Hz和9.8Hz附近，固該型車輛車橋結構振共頻率約為8Hz和10Hz。振動的位移量相對較小，但振動產生的位移長期作用，對懸架結構的使用壽命影響很大。

（2）由相關文獻可知，人體上下振動的共振頻率在4～6Hz[5]，基本不包括上述分析的峰值頻率所在范圍，對人體的影響很小，基本可以滿足車輛行駛的平順性要求。

參考文獻

[1]徐昭鑫.隨機振動[M].北京：高等教育出版社，1990.

[2]GB/T7031-2005.機械振動-道路路面譜測量數據報告[S].北京：中國標準出版社，2005.

[3]王鵬利，郭瑞峰.基于數值模擬載荷譜的車輛前橋隨機振動疲勞壽命分析[J].工程機械，2013（44）.

[4]李軍，邢俊文，覃文潔.ADAMS實例教程[M].北京：北京理工大學出版社，2002.

[5]劉永強.基于ADAMS的汽車懸架系統動力學分析與仿真試驗[J].河北：石家莊鐵道學院，2008：60-68.

作者簡介：王鵬利（1987，09-），男，漢，碩士，從事機械疲勞可靠性設計研究等。