EQ6850客车平顺性仿真及试验分析

李德生，张 萍，袁 慧

（1.东风专用汽车底盘公司，湖北十堰442000；2.东风客车公司，湖北十堰442012）

EQ6850客车平顺性仿真及试验分析

李德生1，张 萍2，袁 慧1

（1.东风专用汽车底盘公司，湖北十堰442000；2.东风客车公司，湖北十堰442012）

针对EQ6850空气悬架客车，利用整车Pro/E模型获取相关参数，导入ADAMS多体动力学分析软件，建立整车多体动力学仿真模型，对整车在B级路面上行驶的平顺性进行仿真分析和试验对比，验证平顺性仿真分析的有效性。

EQ6850客车；平顺性；仿真分析；实验对比

ADAMS作为虚拟样机技术的代表性软件[1]，用户可以通过它建立并测试包括悬架、轮胎和转向机构在内的整车计算机模型，然后在几何模型上施加力/力矩和运动激励；最后执行一组与实际状况十分接近的运动仿真测试。本文利用ADAMS软件建立EQ6850客车整车动力学模型，对整车的平顺性进行仿真分析，并通过样车试验进行对比，以验证EQ6850多体动力学模型平顺性仿真分析的有效性。为客车的开发设计提供参考，以缩短产品开发周期和降低开发费用。

1 仿真模型的建立

简化后的整车多体系统动力学仿真模型主要包括：轮胎系统、前空气悬架系统、后空气悬架系统、减振器、车身系统、人-椅系统和路面系统。

1.1 轮胎仿真模型的建立

建立准确的轮胎模型是进行汽车行驶平顺性仿真的重要环节[2-3]。在ADAMS软件中，由于UA模型考虑了非稳态效果中纵向和侧向联合滑动情况，在只需要几个有限参数的情况下，有非常好的精度，所以采用该模型[4-5]。轮胎模型的有关特性参数如下：轮胎自由半径为475 mm；胎冠半径为282 mm；前、后轮径向刚度分别为1 357 N/mm、2 714 N/mm；前、后轮纵向滑移刚度CSLIP分别为50 000 N/mm、100 000 N/mm；前、后轮侧偏刚度CALPHAI分别为977.2N/（°）、1954.4N/（°）；前、后轮外倾刚度CGAMMA分别为87.25 N/（°）、157.5 N/（°）；径向相对阻尼系数为0.71；滚动阻力矩系数为5.93;动、静摩擦系数分别为0.75、0.94。

根据对ADAMS软件中轮胎文件的研究，再结合轮胎特性参数，即可将轮胎模型参数编制保存成*.tpf格式的轮胎文件。

1.2 悬架仿真模型的建立

EQ6850客车前后都采用空气悬架。

1）前后空气弹簧模型的建立。考虑到空气弹簧的变刚度特性，根据试验测量得到气囊特性曲线，以数据的形式输入，在ADAMS软件里通过三维样条函数（3-D Splines）拟合建立空气弹簧模型。

图1和图2分别为前、后悬架空气弹簧参数曲线图，横轴代表空气弹簧的位移值（实际载荷值与额定载荷值对应的位移偏差），纵轴代表空气弹簧在不同位移下的载荷值的大小。

图1 前悬架空气弹簧特性曲线

图2 后悬架空气弹簧特性曲线

2）前后空气悬架模型的建立。前悬架采用双横臂独立悬架，共有20个物体、24个铰链约束。后悬架采用非独立悬架结构，共有14个物体、15个铰链约束。表1为前后悬架模型的铰链约束表。

表1 前/后悬架模型铰链类型及铰链约束数目

前悬架系统共有约束数为108，前悬架的自由度数为12。后悬架系统共有约束数为77，后悬架的自由度数为7。

最后建立前、后空气悬架及轮胎的仿真模型，见整车模型（图6）中的相关部分。

1.3 减振器仿真模型的建立

在ADAMS软件里，减振器模型的建立也有相应特性文件，可以通过对其特性曲线进行二维样条函数（2-DSplines）拟合得到，X代表减振器阻力相对活塞运动速度，Y代表减振器阻力值的大小。

前、后悬架减振器特性参数曲线如图3和图4所示。

图3 前悬架减振器特性曲线

图4 后悬架减振器特性曲线

1.4 车身仿真模型的建立

在建立车身仿真模型时，考虑到模型的复杂性，把整个悬架上的质量作为一个刚体来考虑，修改刚体质量和转动惯量为簧载质量和转动惯量。从Pro/E三维软件中的实体模型得到简化后车身的质心位置（X=2 804，Y=37，Z=875，单位mm）和转动惯量（IXX=1.76×1012，IYY=7.31×1012，IZZ=6.92×1012，单位g·mm2）。

1.5 人-椅仿真模型的建立

车辆的振动经过座椅传给人体，汽车座椅一般都有海绵或弹簧坐垫，应当将其看作是置于弹性基础上的刚性体。通过查阅相关文献[6]，使用相近类型座椅的参数人-椅模型的简化模型如图5所示。将人体简化成65 kg的质量块，座椅的等效刚度为1.5×104N/m，人体与车身之间添加一移动副约束，本文只考虑主要的垂直方向上的振动。

图5 人-椅简化模型

图6 整车多体动力学仿真模型

1.6 整车多体模型的建立

将上述建好的各子系统按照相应的约束连接在一起，即构成整车多体动力学仿真模型，如图6所示。其它整车相关参数如表2所示。

表2 整车部分相关参数

2 整车平顺性仿真与结果分析

2.1 道路谱的生成

汽车在行驶过程中被激发的振动主要来自于路面不平、轮胎和传动轴以及发动机等旋转部件。文中讨论时忽略动力总成等部件产生的激励，只分析路面不平度激励作用的结果。

本文选择车辆在B级路面上行驶，路面谱特性文件的生成流程如图7所示，B级随机路面的空间频域谱如图8所示。

图7 路面文件的生成

图8 B级随机路面的空间频域谱图

2.2 平顺性仿真分析

根据国家关于平顺性随机输入行驶的实验方法[7]，进行整车满载工况平顺性仿真试验。在ADAMS软件里设置仿真时间和步长，以30 km/h、50 km/h和80 km/h的车速在B级路面上匀速行驶。模型在随机路面上仿真一段时间后即可结束，仿真测量出前桥座椅人体和后桥座椅人体的垂向振动加速度曲线。将仿真测量的加速度曲线导入后处理模块（Post-Processor），对加速度曲线进行频谱分析得到相应的功率谱密度曲线，并通过傅氏变换导出加权加速度均方根值。

在处理仿真数据时，根据ADAMS系统要求，对车身截断频率取500 Hz、人-椅系统截断频率取100 Hz，采样时间间隔0.005 s，分辨带宽0.195 3 Hz，独立样本36个，使用窗函数。

1）30 km/h平顺性仿真。前桥座椅人体振动加速功率谱密度在1.62 Hz处有个极大值1.25×106mm2/s3，通过傅氏变换导出加权加速度均方根值为0.338 m/s2；后桥座椅人体垂向振动加速功率谱密度在1.68 Hz处有个极大值1.29×106mm2/s3，通过傅氏变换导出加权加速度均方根值为0.311 m/s2。

2）50 km/h平顺性仿真。前桥座椅人体垂向振动加速功率谱密度在1.63Hz处有个极大值2.85×106mm2/s3，通过傅氏变换导出加权加速度均方根值为0.482 m/s2；后桥座椅人体垂向振动加速功率谱密度在1.69 Hz处有个极大值3.9×106mm2/s3，通过傅氏变换导出加权加速度均方根值为0.373 m/s2。

3）80 km/h平顺性仿真。前桥座椅人体垂向振动加速功率谱密度在1.65 Hz处有个极大值2.4×106mm2/s3，通过傅氏变换导出加权加速度均方根值为0.751 m/s2；后桥座椅人体垂向振动加速功率谱密度在1.71 Hz处有个极大值3.2×106mm2/s3，通过傅氏变换导出加权加速度均方根值为0.550 m/s2。

从以上仿真结果来看，悬架固有频率在4～8 Hz之间，而空气悬架的加速功率谱密度均在小于2 Hz处出现极大值，故可直接说明使用空气悬架的EQ6850客车的振动频率较低，所以EQ6850客车人体振动平顺性良好。

2.3 样车平顺性试验

根据文献[7]，对EQ6850实物样车进行了平顺性试验评价。

1）客观测量评价。试验在国家汽车检测中心（襄樊）试车场完成，试验结果如表3所示。

2）主观评价。EQ6850样车制作完成后，专门成立了一个由10名有经验人员组成的平顺性主观评价小组，通过对空气悬架的客车样车与钢板弹簧悬架的EQ6850-403样车进行对比试验获得合理的主观评价。两车的试验条件都一样：整车质量（满载）11 700 kg；轮胎气压820～850 kPa；试验车速分别为30 km/h、50 km/h、80 km/h匀速行驶；试验场地为干燥、平坦而清洁的、用沥青铺装的路面，任意方向的坡度不大于2%，风速不大于5 m/s，直线道路平直，纵坡不大于1%，不平度均匀无突变，长度不小于3 km，两端有30～50 km/h的稳速段[8]。通过对比试验，平顺性主观评价小组成员（共10人）一致认为，EQ6850（空气悬架）的行驶平顺性较好。

2.4 仿真分析与试验结果对比

仿真分析与试验结果的对比见表3。从表3看出，平顺性仿真与样车试验结果比较接近，基本验证了EQ6850动力学模型平顺性仿真分析的有效性。

表3 平顺性仿真分析与样车试验结果对比

3 结束语

本文利用ADAMS软件对EQ6850整车进行平顺性仿真分析，并对样车进行对比试验，验证了该仿真模型具有一定的正确性，为新车型的开发设计构造了一个仿真平台。今后还可以考虑建立包括发动机、变速器、传动轴、差减器和制动系在内的整车多体动力学模型，扩大仿真应用范围，力争实现对整车行驶平顺性、操纵稳定性、制动性等多方面性能的仿真分析。

[1]王国强.虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践[M].西安：西北工业大学出版社.2002.

[2]F.Mancos.Non-Linear Modal Rolling Tyre Model for Dynamic Simulation With ADAMS[C].European Adams users'conference -November 18th-19th 1998 Paris.1998.

[3]Orlandea，MA Chace.Simulation of a Vehicle Suspension with the Adams Computer Program[J].SAE770053：10-20.

[4]魏道高，洪添胜，蒋国平，等.汽车轮胎侧偏特性研究综述[J].江苏大学学报：自然科学版，2002，23（3）：54-59.

[5]管迪华，范成建.用于不平路面车辆动力学仿真的轮胎模型综述[J].汽车工程，2004，26（2）：162-167.

[6]丁玉庆.汽车悬架及司机座椅动态参数优化[J].振动与冲击，2003，22（2）：57-59.

[7]全国汽车标准化技术委员会.汽车平顺性试验方法：GB/T 4970-2009[S].北京：中国标准出版社，2009：10.

[8]杨兴龙.基于多体系统动力学的空气悬架大客车平顺性试验仿真研究[D].长春：吉林大学硕士学位论文，2003，13-14.

修改稿日期：2016-11-09

Simulation and Experiment Analysis of EQ6850 Coach Riding Performance

Li Desheng1，ZhangPing2，Yuan Hui1
（1.DongfengSpecial Vehicle Chassis Company，Shiyan 442000,China；2.DongfengCoach Company，Shiyan 442012,China）

Aimingat EQ6850 coach with air spring suspension,the authors use the PRO/E model to get related parameters and import themintoADAMS multi-bodydynamics analysis software toestablish the multi-bodydynamics simulation model of vehicle system.Then they simulate the coach's riding performance under B-class roads and take experiment comparison toverifythe validityofthe ridingperformance simulation.

EQ6850 coach；ridingperformance；simulation analysis；experiment comparison

U467.4+92

A

1006-3331（2017）01-0054-04

李德生（1973-）男，工程硕士；高级工程师；主要从事天然汽车、专用汽车底盘的开发、认证、制造和管理工作。