基于ADAMS車輛隨機振動的模擬仿真研究

彭永旗

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064 ）

基于ADAMS車輛隨機振動的模擬仿真研究

彭永旗

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064 ）

論文以某轎車為研究對象，基于機械系統動力學仿真軟件ADAMS/CAR建立包括前后懸架子系統、轉向子系統和前后輪胎子系統的車輛整車模型。運用ADAMS/CAR路面建模器建立B級隨機路面模型，通過ADAMS/CAR/Ride對整車模型在所建立的隨機路面上進行模擬仿真研究，以底盤的加權加速加速度均方根為評價指標，對其進行平順性評價。

隨機振動；仿真；平順性；ADAMS

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

引言

隨著經濟的發展，人們的生活水平也越來越好，汽車也逐漸走進了千家萬戶，人們從剛開始對車要求具有良好的動力性和經濟性逐漸開始注重車的舒適性，因此，汽車的車輛系統動力學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振動激勵的響應，也叫做乘坐舒適性[2]。因此，如何得到一個好的整車模型和真是的隨機振動路面模型城為了車輛平順性評價的關鍵。

隨著計算機技術的迅猛發展，虛擬樣機技術也隨之發展開來。ADAMS集建模、仿真、運算和分析的機械系統仿真軟件，自開發以來，其在汽車、機械和航空領域得到廣泛應用。本論文以某小型轎車為研究對象，基于機械系統動力學仿真軟件ADAMS/CAR建立包括前后懸架子系統、轉向子系統和前后輪胎子系統的車輛整車模型。運用ADAMS/CAR路面建模器建立B級隨機路面模型，通過ADAMS/CAR/Ride對整車模型在所建立的隨機路面上進行模擬仿真研究，以底盤處的加權加速加速度均方根為評價指標，對其進行平順性評價。

1、 整車仿真模型的建立

汽車是一個由成千上萬的零部件組裝而成，結構復雜。本論文根據隨機振動的平順性要求，對其進行簡化模型，得到了一個包含前后懸架子系統、轉向子系統和前后輪胎子系統的車輛整車模型。

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.根據車企提供的整車參數得到前懸架的硬點、幾何體、減震器、彈簧、橡膠襯套等參數。前懸架采用雙橫臂獨立式懸架模型如圖1所示。主要包括減震器，兩個下橫臂、兩個上橫臂，轉向節和轉向橫拉桿等。其中，減震器與車身用萬向節鉸相連；下擺臂與車身用球鉸相連；轉向橫拉桿一端與轉向齒條通過萬向節鉸相連，另一端與轉向節總成通過球鉸相連[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 轉向子系統模型的建立

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

圖3 轉向子系統

1.4 車身和輪胎的建立

由于車身系統模型的創建非常繁瑣，即便建出的模型也不能應用于仿真，故將車身系統簡化為一個全部質量集中于質心位置的剛體。利用ADAMS 中自帶車身模版，修改剛體質心坐標、代入質量和轉動慣量等參數，即可得到所需動力學車身模型。

輪胎采用自帶模板的輪胎模型，修改輪心坐標、帶入質量，設置為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，得到前后懸架子系統、轉向子系統、車身子系統和輪胎子系統。然后在ADAMS/CAR里將各子系統裝配成整車模型并選擇整車試驗臺選擇四柱試驗臺即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、隨機路面的建立

因為本論文選擇采用Ride來評價車輛的隨機振動的平順性，則隨機路面的建立是利用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得到隨機路面仿真模型[4]如圖5所示：

圖5 隨機路面的路面輪廓

3、基于ADAMS的整車隨機路面的仿真

根據GB/T4970— 1996《汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法》[5]，分別在B，C級隨機路面下對汽車進行平順性仿真，隨機路面下，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間歷程，圖5為隨機路面60km/h時汽車的橫向加速度時間歷程曲線。通過快速傅立葉變換FFT得到加速度功率譜曲線。然后經過后處理模塊的一系列計算得到各軸向的加權加速度均方根awx、awy、awz的值.。最后通過加權加速度均方根公式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時采取同樣方法可得到該速度下的加權加速度均方根值。

通過計算得到各種速度下的加權加速度分別為0.305、0.536、0.785、0.905。根據平順性評價標準文獻[1]得到結果：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時相當不舒服。

4、結論

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

（2）根據平順性評價標準得到結果表明，車速在100Km /h和120Km/h時相當不舒服,說明目標車輛的平順性不好，可以通過調節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].鄭州大學學報(工學版),2010, 31(5):99-102.

[2] 余志生.汽車理論[M].4版.北京:機械工業出版社,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].機械設計與制造，2006(7):75-76.

[4] 陳軍.MSC.ADAMS技術與工程分析實例[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汽車平順性隨機輸入行駛實驗方法[S].北京:中國標準出版社,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。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.032