混合动力客车空气悬架平顺性仿真分析

刘世达，王卫东，张 琦

（德州学院 汽车工程系，山东 德州 253023）

混合动力客车空气悬架平顺性仿真分析

刘世达，王卫东，张 琦

（德州学院 汽车工程系，山东 德州 253023）

空气悬架以其自身的优势在混合动力汽车中的具有良好的应用前景，文章利用动力学软件ADAMS建立带有空气悬架的混合动力客车整车模型，并对模型进行了脉冲路面输入和随机路面输入下的仿真，由仿真分析可知在随机路面和脉冲路面激励该混动客车具有良好的平顺性，对整车的开发提供一定依据。

空气悬架；ADAMS；平顺性；仿真分析

现阶段纯电动汽车具有无污染、节能效率高的特点，但受电池容量的制约，续驶里程短始终是限制电动汽车发展的瓶颈，而在这种情况下混动汽车采用油电混合模式，降低了对蓄电池的依赖，现阶段更具有推广优势。文章即以某带空气悬架的混合动力客车为例，利用ADAMS软件对整车的平顺性进行仿真分析，为新能源汽车特别是混动客车的开发提供一定指导作用。

1 空气悬架的优势

混合动力客车在底盘结构分布、使用工况、载荷受力以及运动性能等方面与传统内燃机客车有着较大的差异，同时混动车型由于电驱动系统的加入，使整车重量有了较大的增加，对悬架支撑承载提出了更高的要求，文章采用使用性能更具有优势的空气悬架，其主要特性如下：首先空气弹簧具有较高的质量储能量，即在较小的自身质量下可以承载更多的悬架载荷。其次空气弹簧与传统弹簧相比，具有较好的非线性弹性特性，具有较宽广的载荷稳定范围，同时也能获得较低的固有频率[1]。

2 整车结构布置

汽车在行驶过程中所表现出来的动态性能特征，主要由汽车内部发动机、传动系的分布以及外部环境路面不平等因素引起。文章研究的整车为普通客车通过对底盘改进而来的混动形式，即在原车型的基础上增加驱动电机、驱动电池、以及电路控制器等，以上系统在底盘的重新布置对整车的质心位置有了一定程度的改变，进而影响到整车的平顺性和操作稳定性。

（1）前后悬架的建模。前悬架采用非独立式，其组成主要有左右空气弹簧（气囊）和阻尼减振器，为确保左右轮上车身高度一致，安装统一左右车轮高度的调节阀。在以上变化的基础上对车桥和悬架的选择进行综合调整，以便降低地板离地高度，增大车能通道宽度，以适应客车的使用要求。根据采用的样车数据在ADAMS中建立相关前悬架模型。

根据客车的使用用途本模型后悬架采用非独立式空气悬架。通过对原样车硬点数据采用，对后悬架动力学模型进行设计。通过ADAMS运动学参数、质量参数、力学特性参数的调整和定义建立符合本样车的非独立后悬架模型。同时，为提高整车横向稳定性，对后悬架的设计通常加大左右安全气囊的中心距，增加横向稳定杆等措施。

（2）整车模型的建立。本文所采用的虚拟样机模型主要包括前、后悬架系统、底盘系统、轮胎模型以及整车车身，以上模型的建立主要通过ADAMS/car模块通过相应参数的修改而来。其中转向系统为机械式，轮胎模型选用UA轮胎模型。混合动力客车采用大型客车的车身和底盘，相对于原型车而言，由于电动驱动系统的加入，使总体布置发生了改变，从而引起车辆质心位置的变化，仿真模型中的质心位置用一质量圆球代替，通过对样车的计算合理安排圆球的位置。通过以上各个模型的建立，整车模型的结构基本上完成，建立的整车模型如图1所示。

图1 整车模型

3 整车模型仿真分析

（1）随机路面下平顺性仿真。随机路面下的车辆振动输入主要为路面激励，也就是路面不平度，文章通过路面功率谱密度来反应路面特性。为使仿真中的路面激励具有代表性，仿真中采用的是功率谱密度值为64的B级路面，因为篇幅的限制本文只分析了车辆在60km/h的常用速度下车身位置处振动，主要通过振动加速度来反应，为直观的反应振动特性这里将振动加速度转换为加速度功率谱密度曲线，如图2所示。由图2水平方向加速度功率谱密度曲线图和3垂直方向加速度功率谱密度曲可以看出，水平方向加速度功率谱密度的峰值出现在4.8Hz位置，避开了0.5～2Hz的人体敏感范围；同样垂直方向加速度功率谱密度的峰值出现在2.3Hz位置，同样避开了4～12.5Hz的人体敏感频率。有以上分析可以看出该混合动力客车模型以60km/h的速度在随机路面上行驶具有良好的平顺性，人体乘坐舒适性较好。

图2 水平方向加速度功率谱密度曲线

图3 垂直方向加速度功率谱密度曲线

（2）脉冲路面下平顺性仿真。当车辆驶过路面障碍物、减速带、以及凸起或者凹坑时，车辆会受到来自路面的瞬时冲击，这就相当于路面对汽车实施了脉冲激励。虽然该振动冲击的时间较短，但车身受到的瞬时冲击较大，而且其冲击大小和持续时间的长短对汽车的平顺性和舒适性非常大的影响。本文根据GB/T4970-1996《汽车平顺性随机输人行驶试验方法》使用三角形凸块来模拟道路上的脉冲激励，三角形高度为60mm、底边长400mm的凸块。当汽车以60km/h的速度驶过此凸块时的车身垂直方向的加速度曲线如图4所示。用同样的方法仿真出车辆在速度为20km/h、40km/h、60km/h、80km/h和100km/h使通过凸块时，车身位置处垂直加速度响应曲线并转换成垂向加速度响应值Zmax如表1所示。根据ISO2631标准对平顺性影响的评价方法：传递给乘员的最大加速度响应绝对值超过43.02m/s2时将危害人体健康，低于31.44m/s2时对人体健康没有危害。仿真结果显示，该模型在常用车速下的最大加速度响应值均小于31.44m/s2，说明该车在脉冲输入路面以100km/h以下速度行驶对人体健康没有危害。

图4 60km/h车身垂向加速度响应

表1 不同车速下的Zmax（km/h）

4 结论

以上通过对该混动客车整车虚拟样机的仿真分析可以看出，该客车在车速为60km/h时行驶在随机路面上具有良好的平顺性；同时在车速低于100km/h时在脉冲路面激励下对人体健康没有危害，同样具有较好平顺性。通过结构分析可知，以上结果的产生是因为混动客车的改装使车辆的结构发生一定变化，引起整车质心高度下降，使平顺性提高，但簧载质量增加会引起对操纵稳定性的变化。为了研究整车性能，在下一步研究中应该对操纵稳定性进行响应分析。

［1］刘世达.基于虚拟样机客车空气悬架参数匹配研究［D］.沈阳:沈阳理工大学，2013，5-15.

［2］吴然然，王继先，冯能莲，等.基于ADAMS的电动客车平顺性仿真分析［J］.机械工程师，2008(12):76-78.

［3］朱强，张悦.混合动力客车独立前悬架运动学建模与操稳性仿真分析［J］.郑州大学学报，2014（7）：53-55.

［4］王望予.汽车设计［M］.北京机械工业出版社，2005，178-234.

［5］张建辉.基于ADAMS的汽车操纵稳定性研究［D］.西安：长安大学，2008.

Analysis of Ride Com fort Simulation of Hybrid Electric Bus Air-suspension

LIU Shi-da，WANG Wei-dong，ZHANG qi
（Automobile Engineering Department of Dezhou College，Dezhou，Shandong 253023，China）

Air-suspension based on its advantages has good application prospect in the hybrid vehicle.This paper describes Hybrid electric bus virtula prototypemodel which is established bymulti-body dynamics simulation software ADAMS. And themodel is simulated and analyzed under pulse and random inputs.The results show that the Hybrid electric busmeets the requirements of ride comfort under pulse inputs and random inputs，and it provide a basis for further analysis.

air suspension；ADAMS；ride Comfort；simulation

U462.2+2

A

2095-980X（2015）08-0053-02

2015-06-19

德州学院科技发展计划项目。

刘世达（1987-），男，山东菏泽人，助教，硕士，主要研究方向：汽车底盘悬架。