碎石路面上汽车平顺性仿真分析

袁绍华，王昆，王曙光，黄波

（金龙联合汽车工业（苏州）有限公司，江苏 苏州 215123）

碎石路面上汽车平顺性仿真分析

袁绍华，王昆，王曙光，黄波

（金龙联合汽车工业（苏州）有限公司，江苏 苏州 215123）

∶为了研究碎石路面对汽车平顺性的影响，文章利用ADAMS软件建立了整车仿真模型。利用三角函数叠加的方法建立了碎石路面随机路面模型。通过VB编程生成不同强度的路面模型文件。通过ADAMS调用不同强度的碎石路面模型文件，研究其对整车平顺性的的影响。

∶平顺性；ADAMS；碎石路面

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.048

CLC NO.: U467Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-137-03

汽车行驶平顺性是汽车的重要使用性能之一，其优劣不仅影响着驾乘人员的乘坐舒适性和货物的安全可靠运输，而且也影响着汽车多种使用性能的发挥和行驶系的寿命。汽车在行驶过程中，路面不平度作为引起汽车震动的激励源，主要影响汽车的实用寿命和行驶平顺性。路面不平度的研究在汽车研究中占有极其重要的地位。路面输入模型能否准确的反应实际研究的路面状况，对研究汽车性能的准确性有着根本的影响。

1、整车ADAMS仿真模型的建立

简化的汽车模型包括：汽车底盘、双横臂式前独立悬架、转向机构、斜置臂式后悬架模型、轮胎模型[1]。将汽车底盘简化为一个带有质量的球体，车身质量为1800kg，转动惯量IX，IV，IZ分别为：1.06*109kg*mm2，2.28*109kg*mm2，2.18*109kg*mm2。悬架刚度为129.8kn/mm，阻尼为6000kN·s/m。该汽车采用的是齿轮齿条式转向系，转向系统的传动比设定为15：1。后悬架采用的是斜置臂式后悬架。其中，弹簧减振器组合在一起由ADAMS中的弹簧减振器模块代替，输入相应的刚度160.8 kn/mm和阻尼6000 kN·s/m就可以较真实地模拟其性能[2-3]。

根据以上参数，建立整车的ADAMS模型[4-5]。整车动力学模型包括4各车轮在内，共有25个运动部件，模型自由度15个，模型效果如图1：

图1　整车虚拟模型

2、碎石路谱文件的建立

谐波叠加法是目前使用较普遍的方法, 特别适合用于国际标准道路谱时域模型的生成。因此，本文采用谐波叠加法来构建碎石路面不平度的时域模型。

谐波叠加法拟合不平路面的原理是：设路面高程为平稳的、遍历的均值为0的Gaussian 过程，则可以用不同形式的三角级数进行模拟。根据国标GB7031-86《车辆震动输入—路面不平度表示方法》，路面不平度位移功率谱密度拟合表达式采用下式[6]：

按照路面功率普密度把路面按不同程度分为8级（A、B、…、H），我国公路路面普基本上在A、B、C三级范围内，B、C级路面占的比重较大。

对汽车振动系统的输入除了路面不平度，还要考虑车速这个因素。根据车速u，将空间频率功率谱密度Gq(n0)换算为时间频率功率谱密度Gq(f) 。当汽车以一定车速u 驶过空间频率n 的路面不平度时输入的时间频率f 是n 与u 的乘积，即通过换算，时间功率普Gq(f)的表达式为：

已知在时间频率f1＜f＜f2内的路面位移谱密度为Gq(f)利用平稳随机过程的平均功率的频谱展开性质，路面不平度，的方差为：

将区间（f1，f2） 划分为n 个小区间， 取每个小区间的中心频fmid-i(i=1,2,3…,n)处的谱密度值Gq（fmid-i）代替Gq(f)在整个小区间内的值，则式离散化后近似写为：

对应每个小区间，现在要找到具有频率fmid-i(i=1,2,3…,n)且其标准差为的正弦波函数，这样的正弦波函数为：

将对应于各个小区间的正弦波函数叠加起来，就得到时域路面随机位移输入：

式中：θi--[0，2π]上均匀分布的随机数。

可以验证，当区间划分足够细密即n 取足够大时，由式上式生成的时域路面随机位移输入的频率特征与给定的路面谱是一致的。这样q(t)即可代表当前车速和越野路面条件下的路面随机输入。

按照上述路面原理和上一小节的不平路面拟合理论，用VB编制[7]出随机路面程序。

利用该程序可以很方便的生成A～H级路面。我们用该程序，输入各级路面的相应参数，即可生成格式为.rdf的路面文件。

3、汽车平顺性的评价指标

一般采用总加速度均方根值加权比较法，振动加速度和人对舒适度的主观感觉对应关系如表1。

表1　振动加速度与人对舒适度的主观感觉的对应关系

4、不同强度的碎石路面对汽车平顺性的影响

利用VB编程建立的碎石路面生成系统，生成不同强度的碎石路面文件。整车以20m/s的车速分别在B、C、D、E级越野路面上行驶时，所得的车辆质心垂向加速度和垂向加速度自功率谱分别为：

图2　B级路面车身垂向加速度曲线图

图3　B级路面车身垂向加速度的自功率谱曲线

图4　C级路面车身垂向加速度曲线

图5　C级路面车身垂向加速度自功率谱曲线

图6　D级路面车身垂向加速度曲线

图7　D级路面车身垂向加速度自功率谱曲线

图8　E级路面车身垂向加速度

图9　E级路面车身垂向加速度自功率谱曲线

由以上仿真结果可得：

在B越野级路面上,车身垂向加权加速度均方根植为0.619 m/s2，在2.3—3.1Hz时振动最强烈。此时人会感到有一点不舒服

在C级越野路面上，车身垂向加权加速度均方根植为1.266 m/s2，在2.2—2.9Hz时振动最强烈。此时人会感到有不舒适的感觉。

在D级越野级路面上，车身垂向加权加速度均方根植为2.121 m/s2，在2.2—2.8Hz时振动最强烈。此时人会感到非常的不舒适。

在E级越野级路面上，车身垂向加权加速度均方根植为4.829 m/s2，在1.7—2.8Hz时振动最强烈。此时车身垂向加速度产生了极大的波动，人会感到极度的不舒适。

5、结束语

本文利用三角级数叠加的思想构建了碎石路普路面模型。并使用VB编程建立了越野路面特性文件生成系统。利用该系统可以方便的生成不同强度、不同长度和宽度的越野路面。利用该系统生成的越野路面可以方便的被ADAMS调用。研究了路面强度变化对汽车平顺性的影响。通过仿真分析可知，随着路面强度的不断加大，对汽车的平顺性的影响也就越来月大，特别是在E级路面上，车身垂向加速度出项了较大的波动。这表明为了适应较差的越野路面，车辆轮胎、悬架等相关平顺性的设计应相应提高。

[1] 李军,ADAMS实例操作教程,机械工业出版社,2008,6.

[2] 邬勇民,基于虚拟样机技术的悬架优化及汽车平顺性仿真,万方数据库,2007.01.01.

[3] 陈黎卿,基于ADAMS的悬架优化及控制研究,合肥工业大学学报,2005.5.

[4] 陈军,MSC.ADAMS技术与工程分析实例,中国水利水电出版社,2008.10.

[5] 雷良育,基于虚拟现实的汽车平顺性仿真试验系统及其关键技术研究,浙江大学学报,2005.11.

[6] 余志生,汽车理论,机械工业出版社,2009.3.

[7] 郑海春,谢维成,Visual Basic 编程及实例分析教程,清华大学出版社,2007.4.

Simulation analysis comfortability on gravel road

Yuan Shaohua, Wang Kun, Wang Shuguang, Huang Bo
(Jinlong car joint industrial (Suzhou) Co., Ltd. Jiangsu Suzhou 215123)

In order to study the influence of automotive ride comfort on the gravel road, this paper establishes the simulation model of the vehicle by using the ADAMS software and random road model on gravel road by the method of trigonometric function superposition. The influence of automobile comfortability is explored on the basis of pavement model file generated by VB programming and gravel road model files invoked by ADAMS software pavement model file.

Riding comfort; ADAMS; Gravel pavement

∶U467

∶A

∶1671-7988 (2016)09-137-03

袁邵华（1986—），男，助理工程师，就职于金龙联合汽车工业(苏州)有限公司，从事客车底盘技术研究。