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基于Adams/car汽车平顺性仿真与分析*

2020-12-23张晨光王琳苏罗秦昊雯

汽车实用技术 2020年23期
关键词:平顺质心车速

张晨光,王琳,苏罗,秦昊雯

(蚌埠学院机械与车辆工程学院,安徽 蚌埠 233030)

前言

平顺性是汽车重要性能之一,随着汽车技术的飞速发展,人们对乘坐舒适性的要求也越来越高。汽车行驶时由于路面不平和车速的变化会引起车辆不同程度的振动与冲击,这种动态特性不能超过一定界限,以保证乘员的舒适性[1]。为了评价及改善汽车的平顺性,研究人员做了大量的研究[2-5]。李丽军等[6]采用Adams建立整车模型,进行整车平顺性仿真,求出不同路面驾驶员座椅上方加权加速度均方根值随车速的变化关系,为后续优化设计提供参考。杜充[7]利用 Matlab/Simulink模块建立了11自由度的整车平顺性模型,研究车速分别为50 km/h、70 km/h和90 km/h时汽车的平顺性随非簧载质量的变化,总结出汽车平顺性的影响因素。刘彪等[8]在CarSim中建立汽车平顺性仿真模型,对汽车速度在50 km/h,60 km/h,70 km/h,80 km/h进行时域仿真,并对汽车质心垂向加速度功率谱密度函数的频域计算,最终发现汽车平顺性良好。

本文以某乘用车为研究对象,利用Adams/Car模块建立整车模型,对该汽车不同车速下行驶平顺性进行仿真分析,并根据平顺性指标对其进行评价,为今后在汽车平顺性研究提供一定参考。

1 整车动力学建模

结合整车参数,如表1所示,在Adams/Car模块中建立整车模型,为了方便建模,整车需要简化,简化后的模型主要包括前、后悬架系统 (前悬架为麦弗逊式独立悬架、后悬架为多连杆悬架)、转向系统 、制动系统 、动力系统轮胎、车身等,各总成硬点坐标、性能和结构参数主要参考实车获得,将建好的各个子系统模型通过相应的通讯器进行装配,可以得到整车模型如图1所示。

表1 参考车型关键参数表

图1 整车模型图

2 整车平顺性仿真与分析

2.1 整车平顺性评价指标

ISO 2631-1:1997(E)标准规定,当振动波形峰值系数<9时,用基本的评价方法—加权加速度均方根值来评价振动对人体舒适和健康的影响,用该方法评价时要先计算各轴向加权加速度均方根值[1]。

(1)加权加速度均方根计算

式中T为振动分析时间。

(2)频率加权函数ω(f)

(3)功率谱密度函数

(4)三个轴向的总加权加速度均方根值可以按下式计算

加权加速度均方根值与人主观感受存在很大的关系,可以用来评价汽车平顺性,具体对应关系如表2所示。

表2 加权加速度均方根与人主观感受之间的关系

2.2 随机路面输入

随机路面可以通过 Adams/Car Ride中路面谱生成器获得,该生成器基于一种经验模型,综合了不同类型的道路测量参数,通过输入空间功率谱密度幅值、速度功率谱密度幅值、加速度功率谱密度幅值等参数生成不同等级的路面。ISO/TC 108/SC2N67中提出的“路面不平度表示方法草案”和GB 7031《车辆振动输入—路面平度表示》[9]标准中均建议路面功率谱密度的拟合公式如下:

式中:n为空间频率(m-1);n0为参考空间,n0=0.1m-1;Gq(n0)为路面不平度系数,单位为m3;W为频率指数。

2.3 整车平顺性仿真分析

为了验证模型的准确性与合理性,根据 GB/T4970-1996《汽车平顺性 随机输入行驶试验方法》[10]要求地试验条件和工况 ,在随机路面输入下对汽车的平顺性进行分析。由于篇幅的限制,研究选取试验车速分别为 40km/h、50km/h、60km/h,由于车辆多数在B级、C级路面上行驶,故随机路面输入分别为B级和C级。时域响应下汽车质心垂向加速度的仿真结果如图2、图3所示:

图2 B级路面不同车速汽车质心加速度时域曲线

图3 C级路面不同车速汽车质心加速度时域曲线

根据汽车质心三个轴向加速度数值,可以求出总加权加速度均方根值,结果如表3所示。

表3 汽车质心加权加速度均方根值

由图2、图3和表3可以看出,无论在B级还是C级随机路面上,随着车速的增加汽车质心加权加速度均方根值随之增加,B级路面汽车的平顺性相对C级路面要好;当车速为50km/h时,汽车在C级路面上行驶,质心加权加速度均方根值为 0.495m·s-2,此时人坐在里面已经有些不舒服了,当车速达到 60km/h时,质心加权加速度均方根值为0.613m·s-2,乘客的感受也是有些不舒服。通过仿真结果可以看出,当车速在40-60km/h时,随着车速增加人主观感觉稍有些不舒服,但总体上在 0.315-0.63m·s-2的区间内,满足平顺性要求。

3 结论

(1)以某乘用车为参考车型,经过简化处理后在Adams/car模块建立整车模型,主要包括前后悬架、转向系统、制动系统、动力系统轮胎、车身等子系统,然后进行通讯连接。

(2)根据GB/T4970-2009《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》,通过参数设置,使车辆分别在B级和C级的随机路面上以不同车速进行匀速行驶,计算汽车质心三个轴向的时域加速度,并求出质心的总加权加速度均方根值;

(3)汽车在不同等级路面上行驶,汽车平顺性表现差异较大,路面越差,车速越高,人的主观感受越不舒服,后续将对悬架参数进行优化,进一步优化整车模型,改善汽车的平顺性。

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