某SUV车型整车平顺性仿真分析

袁上海 黎 可

（1.广汽三菱汽车有限公司，长沙 410100；2.湖南信息学院，长沙 410100）

汽车平顺性是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，避免因汽车在行驶过程中所产生的振动和冲击，使人感到不舒服、疲劳，甚至损害健康，或者使货物损坏的性能。由于平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价，所以又称为乘坐舒适性[1]。汽车平顺性是整车性能的重要组成部分，也是决定汽车竞争力的关键性能之一。某SUV车型在基础车型上进行改款，需对其平顺性进行仿真分析与评价。

1 仿真输入条件

1.1 整车参数

本次仿真分析的某SUV车型空载质量为1 410 kg，其中前轴荷830 kg，后轴荷580 kg，轴距2 670 mm，轮距1 525 mm。

1.2 悬架参数

悬架系统是影响整车平顺性的关键系统。悬架参数设计合理与否直接决定着整车的平顺性。某SUV车前悬架采用麦弗逊独立悬架，构造简单，体积较小，有利于发动机舱布局。后悬架采用多连杆独立悬架，可以使车轮与地面尽最大可能保持垂直，提高轮胎贴地性，保证较好的舒适性和操纵稳定性。悬架参数如表1所示。

表1 悬架参数

1.3 轮胎参数

轮胎也是影响汽车平顺性的关键。前后轮均采用17寸子午线轮胎，轮胎规格215/60 R17 96H，自由半径346 mm，径向刚度226 N·mm-1，横向刚度143 N·mm-1，最大摩擦系数1.23。

2 整车多体动力学模型

整车多体动力学仿真模型采用ADAMS/Car软件建立[2-4]。模型由前悬架子系统、后悬架子系统、转向机构子系统、车身子系统、前后车轮子系统、动力总成子系统和制动子系统等进行装配完成。由于车身子系统、动力总成子系统的几何结构对整车平顺性影响较小，因此进行了合理简化。

3 平顺性仿真分析

3.1 随机输入下的平顺性仿真

根据国标要求，按路面不平度将随机路面分为A～H共8个等级[5]。考虑到该车型的定位为城市SUV，行驶路面大部分为A级路面和B级路面。因此，随机输入平顺性仿真采用B级路面进行。通过ADAMS/Car的路面发生器进行随机路面的建模，空间功率谱密度值选择国标规定的B级路面对应值。

按照汽车平顺性试验国标[6]的方法，分别对车辆在40 km·h-1、60 km·h-1、80 km·h-1和100 km·h-1速度下，在B级随机路面行驶时的平顺性进行仿真分析，得出车身X、Y、Z这3个方向的加速度响应。图1为40 km·h-1车速下的加速度响应时间历程曲线。

图1 车速40 km·h-1随机输入下的加速度响应

加速度响应时间历程曲线通过频谱分析得到功率谱密度函数，按国标方法计算出X、Y、Z这3个方向的加权加速度均方根值a-wx、a-wy、a-wz,以及总加权加速度均方根值a-v和总加权振级，如表2所示。

表2 随机输入平顺性仿真结果

根据仿真分析结果，该车在B级路面随机输入下的最大总加权加速度均方根值为0.040 5 m·s-2，最大总加权振级为92.1 dB。按照评价标准，最大总加权振级小于110 dB时，属于“没有不舒适”的评价范围之内。可知，该车在随机输入激励下，平顺性表现良好。

3.2 脉冲输入下的平顺性仿真

脉冲输入下的平顺性反映了车辆在行驶中越过障碍物时的振动和冲击水平。过大或者不收敛的响应会影响驾乘人员的舒适性，甚至对驾乘人员身体造成伤害。因此，需要进行车辆脉冲输入下的平顺性仿真分析。

根据汽车平顺性国标试验国标中的试验方法，建立三角形单凸块路面（长400 mm，高40 mm），分别以10 km·h-1、20 km·h-1、30 km·h-1、40 km·h-1、50 km·h-1和60 km·h-1的车速通过三角形凸块进行脉冲输入行驶路面仿真分析。

各车速下的车身垂向加速度响应时间历程，可得出各车速下的车身垂向加速度最大响应（绝对值），如表3所示。

表3 各车速脉冲输入下的加速度响应

将垂向加速度最大响应与车速的关系进行拟合，拟合曲线如图2所示。根据拟合曲线结果，该车与路面出现共振时的车速为33 km·h-1，此时垂向加速度最大响应值为7.16 m·s-2。车速继续增大时，加速度最大响应值有所减小，成收敛趋势。可见，整车在脉冲输入下平顺性表现良好。

图2 垂向加速度最大响应与车速关系拟合曲线

4 结语

通过建立多体动力学整车仿真模型，根据国标要求，对某SUV车型在B级随机输入路面和三角形凸块脉冲输入路面下行驶时的整车平顺性进行仿真分析。仿真结果表明：该车型在B级随机输入路面下最大总加权加速度均方根值为0.040 5 m·s-2，最大总加权振级为92.1 dB；在三角形凸块脉冲输入路面下最大垂向加速度为7.16 m·s-2，且随车速增加成收敛趋势。综合两项仿真结果可知，该车的整车平顺性整体表现良好，符合产品定位要求。