某電動觀光車平順性仿真分析

石明順，溫博倫，張嚴芬

（安徽理工大學 機械工程學院，安徽 淮南 232001）

關鍵字：電動觀光車；虛擬樣機；平順性仿真

前言

隨著我國經濟水平的不斷提高以及電動車行業的快速發展，電動觀光車作為一種在固定區域內使用的代步車輛，不僅其良好的續航能力和經濟性能一直被作為追求的重點，對于整車舒適性的改善，也正逐漸受到廣泛關注。整車平順性作為乘車舒適性的一個重要指標，主要受到路面激勵的影響，而整車大多通過懸架系統衰減振動，因此懸架對平順性具有決定性的影響。傳統整車平順性研究需要對真實車輛進行試驗，這樣往往耗費較大的人力以及財力。自計算機技術發展以來，國內外已經有很多學者針對汽車行駛平順性的模型建立和虛擬樣機的仿真進行了諸多研究。如何建立合理正確的虛擬樣機不僅影響仿真結果的正確性，同時還會影響汽車行駛的舒適性和安全性預測。本文采用ADAMS/View 建立虛擬樣機對整車平順性進行模擬仿真，通過虛擬樣機建立了懸架以及整車仿真模型，并通過輸入隨機輸入激勵和脈沖輸入激勵進行平順性仿真，分析了電動觀光車的整車舒適性。

1 虛擬樣機模型建立

1.1 整車模型

由于現有五座電動車的實際模型與傳統汽車的制作加工略有不同，為了能夠真實反應該型號的電動觀光車行駛平順性，本次通過針對實際車輛的零件進行測繪，并且通過運用SolidWorks 建立三維模型。建模過程中，部分電動觀光車的車架、懸架、轉向機構、動力總成的質量參數和尺寸參數無法通過測量繪制，故選擇詢問廠家獲取五座電動觀光車外殼和整車質量參數。五座電動觀光車的主要參數如表1 所示：

在搭建完整模型之后，在ADAMS/View 中對零件修改材料屬性，建立五座電動觀光車動力學模型。最后所得到的整車模型如圖1 所示。

圖1 電動觀光車虛擬樣機整車模型

1.2 路面模型

人們在乘車時所感受到的不舒適性是由于汽車行駛在道路過程中的振動所導致的，因此能夠有效分析五座電動觀光車行駛平順性的主要任務就是建立合理有效的路面文件。路面輸入激勵包括隨機輸入激勵以及脈沖輸入激勵。隨機路面即類似于普通公路，沒有聚集式較大起伏或凹坑的路面情況。而脈沖路面則變現為聚集式且具有較強沖擊式，能夠在短時間產生沖擊的離散事件，包括減速帶、凹坑等路面狀況。ADAMS中具有自帶的路面生成器，同時在ADAMS 安裝包的子文件夾中具有路面譜文件，可以通過對路面譜程序的修改建立所需路面譜文件。模型以路面輪廓的空間功率譜密度與空間頻率的函數關系為理論基礎，相關函數關系如式1 所示。

式中：n 為空間頻率；Ge為空間功率譜密度幅值；Gs為速度功率譜密度幅值；Ga為加速度功率譜密度幅值。

表2 Sayers 模型不平度參數表

若想建立路面譜文件，則在路面生成其中通過輸入所需三個參數進行文件建立。表2 為各種路面的輪廓參數。

根據表2，按照粗糙瀝青路面的三個系數編制瀝青路面文件，并以此路面譜文件作為隨機路面輸入進行仿真。

2 電動觀光車平順性研究

2.1 隨機路面平順性仿真分析

完成五座電動觀光車模型搭建后，導入路譜文件，對五座電動觀光車進行行駛平順性仿真，在隨機面上分別以10 、20、30 、40、50km/h 的速度進行仿真，分別得到三向振動加速度曲線。本文選取50km/h 車速進行仿真分析，其他車速等同。

在ADAMS/View 軟件中設置仿真時間為10s，考慮到步長略大時仿真模型運算失敗，于是設置仿真步長為0.001s。選取設定好的路譜文件作為路面模型，設定車輛速度勻速，進行仿真分析，其處理結果中不同方向的振動加速度時域曲線如圖2 所示，不同方向的加速度功率譜密度曲線如圖3 所示。

圖2 各方向加速度曲線

圖3 各方向加速度功率譜密度曲線

分析記錄下的加速度時間歷程a(t)頻譜，得到其功率密度函數Ga(f)，計算如式2 所示：

式中：w(f)為頻率加權函數；aw為加權加速度均方根值；Ga(f)為功率譜密度函數。

加權加速度均方根值由仿真計算結果導入MATLAB 進行求解，求得結果如表3 所示。

表3 不同車速下加權加速度均方根值

車輛加權加速度均方根值與主觀感覺的關系如表4 所示：

表4 加權加速度均方根值與人的主觀感覺之間的關系

通過表3 和4 的對比中可以得到，在五座電動觀光車以低速行駛時沒有不舒適的現象，當速度達到30Km/h 以上時，會出現有一些不舒適的現象。

2.2 脈沖輸入路面平順性仿真分析

觀光車行駛過程中會遇到各式各樣的障礙物，如減速帶等。所遇障礙物使整車振動輸入瞬間增大，這一振動輸入急速增大的過程稱為脈沖輸入。脈沖輸入使得觀光車振動加劇，影響乘車舒適性。因此對電動觀光車進行脈沖輸入路面的平順性仿真分析是極其必要的。

脈沖輸入仿真分析過程中，采用脈沖激勵來模擬路面減速帶。按照三角凸塊規格和所測量的減速帶的矩形凸塊的尺寸，對ADAMS 中的路譜文件進行參數修改。最終確定凸塊高40mm，寬400mm，斜坡長15mm，凸塊模型橫置，如圖4 所示。

圖4 矩形凸塊路面

設定五座電動觀光車為滿載狀態，車輛以10、20、30、40、50km/h 的速度行駛過矩形凸塊路面，仿真計算所得車輛垂向振動加速度時域曲線，如圖5～9 所示。

圖5 10km/h 駛過矩形凸塊的加速度時域曲線

圖6 20km/h 駛過矩形凸塊的加速度時域曲線

圖8 40km/h 駛過矩形凸塊的加速度時域曲線

圖9 50km/h 駛過矩形凸塊的加速度時域曲線

按照GB 9502-86 規定，電動觀光車分別以10、20、30、40、50km/h 的車速進行仿真，其車輛最大振動加速度如表5所示。

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依據ISO5631 草案提出的新指標，標準環境中的矩形凸塊脈沖輸入對觀光車平順性試驗研究有以下指示。當觀光車車座表面傳遞給乘員的最大加速度響應絕對值ACCmax ＞43.02m/s2時，將危害乘員健康；當ACCmax＜31.44m/s2時，對乘員健康無害；當ACCmax 在31.44m/s2與43.02m/s2之間時對乘員健康有一定的影響。并根據表5 顯示的結果以及針對脈沖平順性仿真評價標準來看，該五座電動觀光車以當前仿真速度行駛在矩形凸塊脈沖路面上對乘員健康不產生相關威脅。

3 結論

（1）基于ADAMS/View 模塊建立五座電動觀光車動力學模型，對該仿真模型進行隨機輸入和脈沖輸入的平順性分析，仿真分析結果說明了電動觀光車具備較好的平順性?？蔀楹罄m電動觀光車優化提供理論參考。

（2）在實際設計過程中考慮采用優化方法對懸架剛度及阻尼參數進行優化，從而使該型號的電動觀光車得到更優秀的平順性能。

（3）以實際車輛參數在ADAMS/View 模塊中建立的電動車動力學模型，更貼合實際車輛行駛平順性的情況，能夠在一定程度上降低時間和經濟成本，為該類型電動觀光車企業在研究和改進產品過程中提供一定的技術支持。