2016/1/12 16:10:23 汽车平顺性虚拟仿真与试验分析

如今,车辆已经成为现代社会基本的交通工具。 随着技术的发展及生活质量的提高,人们对平顺性质量和车辆性能有越来越高的需求。

平顺性质量关心驾驶人员的舒适性,而底盘的振动将直接影响驾乘人员的感觉。 在不同的振动源中,底盘和悬架系统在振动响应中起非常重要的作用。 换句话说,底盘和悬架系统的设计质量将很大程度的影响乘员和驾驶员的舒适性以及车辆设备的正常运行和使用寿命。

 平顺性质量包括三个主要的研究方向: 激励平顺性质量的振动源,车辆振动响应的基本结构以及人类的感觉和对车辆振动的承受力。平顺性质量的分析过程主要应用测试和经验模式,同时,有一些可以依据的国际标准。 目前,相关国际标准包括 ISO2631,UIC 513,UIC 518 等 ,我国相关国标包括 GB/T 5902-1986,GB 4970-1985,GB/T 4970-1996/2009,每一种舒适性分析 方法都可以独立应用或联合使用。 以 ADAMS/Car 轿车模型为例, 采用Sayers 经验模型,将计算机虚拟样机技术运用到汽车设计中,运动直观,结果准确,提高了设计效率和准确度。并应用 GB/T 4970-2009 标准来评估振动对驾驶员或者乘客健康和平顺性质量的影响。

2 汽车平顺性评价方法

根据 GBT 4970-2009汽车平顺性试验方法,加权加速度均方根值是按振动方向并根据人体对振动频率的敏感程度而进行加权计算的,是人体振动评价指标。 加权加速度均方根值的计算方法有时域法和频域法,但国内对汽车平顺性的计算使用频域法的居多,对时域的探讨较少。频域法是由等带宽频率分析得到的加速度自功率谱密度函数 Ga( f) 来计算单轴向加权加速度均方根值 aw。先按下式计算 1/3倍频带加速度均方根值:


3.基 于 ADAMS 软件的汽车平顺性仿真分析

3.1 构建整车虚拟样机模型

3.1.1 悬架模型的建立

本例中前悬架为麦弗逊式独立悬架,结构紧凑,成本低廉,行驶过程中具有较好的响应性和操控性。后悬为双叉臂式独立悬架,有较大的横向刚度,行驶过程中具有较好的抗侧倾性能和抓地性能。

3.1.2 轮胎模型

ADAMS/Car 模块中的轮胎模型是整个仿真分析中最重要的部分之一, 因为轮胎的类型对整车的所有性能都有较大的影响。

本研究在建模时选用的是 UA 类型的轮胎。 UA 轮胎属于纯解析模型,包含有许多常见的特性参数,包括侧偏、外倾和垂直刚度等,以及多种阻力和阻尼系数等。UA 轮胎基本参数由厂商提供。

3.1.3 整车模型的建立与校验整车的构建是通过在 ADAMS/Car 模块中,把已经建好的子系统调出来并装配在一起完成。 该整车模型在仿真分析前,必须进行相关的验证,以确保整个模型的建立正确无误。 这里所建立的整车模型,如图 1 所示。

汽车虚拟仿真软件整车模型

上面的整车模型只是拓扑优化后得到的模型, 对于该模型到底能不能代替真实的情况还不能确定,故模型的仿真校验非常重要。 本研究中模型校验主要是通过 ADAMS 中的 Model Verify模块来实现。 通过在模型上加入和实际系统相同的输入,观察和比较它们之间的输出是否具有某种相同性。 通过这种方法,可以确定该模型在建立的时候,约束类型的选择和约束部件的选用是否合理、可靠,相应的约束值是否准确可靠。

 平顺性的仿真分析

仿真试验条件

  汽车虚拟仿真平顺性研究

仿真结果分析

得到脚底位置处

( 即车身)的纵向、横向和垂向的加速度时域曲线,以垂向加速度时域曲线为例,

如图 2 所示,纵坐标单位为 g。


汽车虚拟仿真实验分析表

分别将脚底位置处纵向、 横向和垂向的加速度时域值用FFT 工具处理, 得到各自的以 60km/h 的速度在随机水泥路面上行驶时候的各个方向的加速度功率谱密度函数,当车身处纵向的振动加速度功率谱密度取得最大值时候, 对应的振动频率为2.1484Hz,当车身处横向的振动加速度功率谱密度取得最大值时候,对应的振动频率为 4.2969Hz,第二峰值为 2.1484Hz,人体的纵向、横向加速度功率谱密度敏感范围均在在( 0.5~2)Hz,故符合要求。 当车身处垂直的振动加速度功率谱密度取得最大值时候,对应的振动频率为 1.5625Hz。 人体的垂向加速度功率谱密度敏感范围在( 4~12.5)Hz,故符合要求。 以垂向加速度功率谱密度曲线为例,如图 3 所示,纵坐标的单位为 g。 将从 ADAMS 中获得的数据以.txt 文件格式导入 MATLAB 中,程序计算后,得到脚底处加权加速度均方根值及各轴向的加权加速度均方根值柱状图。以垂向加权加速度均方根值柱状图为例,如图 4 所示。 脚底处加权加速度均方根值,如表 3 所示。

由表 3 可以看出脚底处的加权加速度均方根值小于 0.315m/s2,乘客没有不舒服的感觉。


 
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