汽车试验学实验指导书.doc

汽车试验学课程试验指导书刘文婷 编聊城大学汽车与交通工程学院2009年8月目 录试验一 基于虚拟样机技术的汽车制动性能试验2一、试验目的和要求2二、试验原理和步骤2三、试验结果和分析5试验二 基于虚拟样机技术的汽车蛇行试验6一、试验目的和要求6二、试验原理和步骤6三、试验数据采集8四、试验数据处理与分析9试验三 基于虚拟样机技术的汽车瞬态转向特性试验12一、试验目的和要求12二、试验原理和步骤12三、试验结果与数据采集13四、试验数据处理与结果表达14试验一 基于虚拟样机技术的汽车制动性能试验一、试验目的和要求1了解并能简单操作ADAMS软件中的ADAMS/Car专业模块。2熟悉中华人民共和国国家标准GB72582004。3掌握基于虚拟样机技术的汽车直线制动试验方法。4 熟练测量本试验中制动时间、制动距离和侧向位移等性能参数。二、试验原理和步骤（一）试验原理 1整车虚拟样机的建立利用ADAMS/Car轿车模块，将前悬架、后悬架、转向系统、动力系统、制动系统、轮胎、刚性底盘等子系统和试验平台组装成具有97自由度的整车虚拟样机，如图1-1所示。2路面模型的建立在ADAMS中，3D路面是由一系列三角形的平面单元组合成的一个三维表面，如图1-2所示。字母A、B等表示路面单元（Element），数字1、2、3等表示路面节点（Node）。路面节点的x、z坐标要满足一定的规律，y坐标仅仅表示路面的宽度，由这些路面节点按一定的规律组成路面单元；再在路面单元里设置摩擦系数来模拟真实的路面。因本文用到的是平滑路面，所以只需把每个路面节点的z坐标全都设置为零，x、y坐标也仅仅用来描述路面的长度与宽度。文中的路面模型正是以ADAMS中的3D平直路面为基础，模拟了高附着系数、低附着系数、对开、对接四种虚拟路面用于汽车直线制动过程的仿真试验，分别是附着系数分别为0.8高附着系数路面、附着系数为0.4的低附着系数路面和左、右侧附着系数分别为0.8、0.4的对开路面，以及前、后附着系数分别为0.8、0.4的对接路面。 例如，本试验中用到的高附着系数路面文件中共有九个路面结点和八个路面单元，其数据段分别如下：$-nodesNODES NUMBER_OF_NODES = 9 node x_value y_value z_value 1 50000.0 150000.0 0.0 2 50000.0 0.0 0.0 3 50000.0 -50000.0 0.0 4 -87553.0 150000.0 0.0 5 -87553.0 0.0 0.0 6 -87553.0 -50000.0 0.0 7 -350000.0 150000.0 0.0 8 -350000.0 0.0 0.0 9 -350000.0 -50000.0 0.0$-elementsELEMENTS NUMBER_OF_ELEMENTS = 8 node_1 node_2 node_3 mu 1 2 5 0.8 1 4 5 0.8 2 3 6 0.8 2 5 6 0.8 4 5 8 0.8 4 7 8 0.8 5 6 9 0.8 5 8 9 0.8（二）试验步骤1整车虚拟样机的建立开始程序MSC SoftwareMSC ADAMS2005ACarADAMS-Car击OK（进入ADAMS-Car专业模块）.File菜单OpenAsembly对话框在Open Asembly对话框的文本框中双击在Select File 对话框中选中MDI_Demo_Vehicle.asy并打开击OK击Message Window对话框中的close按键(调出软件中自带的整车虚拟样机模型).2进行直线制动仿真试验调出整车虚拟样机模型之后：SimulateFull-Vehicle AnalysisStraight-Line BehaviorBraking在Output Prefix文本框中键入仿真后生成的文件名，End Time文本框中输入仿真结束时间（5），Number Of Steps文本框中输入5S内的仿真试验计算次数（500），Road Data File文本框中输入各种仿真路面的路径（通过改变此文本框中的内容在各种仿真路面上进行直线制动试验），Initial Velocity文本框中输入制动初速度50km/h，Start Time文本框中输入制动开始时间（0），选择闭环制动 Closed-Loop Brake，Longitudinal Decel文本框中输入纵向减速度0.5（单位是重力加速度）,Gear Position文本框中输入5，Steering Input文本框中输入free, 其它文本框保持其默认值不变，击OK进行仿真（之后可在Message Window窗口中看到软件进行仿真时的运算过程，结束后击Close关闭该窗口）仿真动画回放：ReviewAnimation Controls击Forward键。三、试验结果和分析查看仿真结果仿真试验结束后，按F8进入后处理模块。制动距离：选中文件名-Requests-user defined-chassis_displace-ments-longitudinal-Add Curves.侧向位移：选中文件名-Requests-user defined-chassis_displace-ments-lateral-Add Curves.数据采集：针对虚拟样机制动速度由50km/h降为5km/h的制动过程，利用工具栏中的plot tracking按钮分别对高附着系数路面、低附着系数路面、对开路面和对接路面四种路况下的制动时间、制动距离和侧向位移进行数据采集并填入表1-1。 表1-1 路面类型制动时间制动距离侧向位移高附着系数路面低附着系数路面对开路面对接路面 结论：试验二 基于虚拟样机技术的汽车蛇行试验一、试验目的和要求1了解并能简单操作ADAMS软件中的ADAMS/Car专业模块。2熟悉中华人民共和国国家标准GBT 6323.194。3掌握基于虚拟样机技术的汽车蛇行试验方法。4 熟练测量本试验中转向盘转角、横摆角速度、车身侧倾角等性能参数。二、试验原理和步骤（一）试验原理 1整车虚拟样机的建立利用ADAMS/Car轿车模块，将前悬架、后悬架、转向系统、动力系统、制动系统、轮胎、刚性底盘等子系统和试验平台组装成具有97自由度的整车虚拟样机，如图1-1所示。2路面模型的建立整车虚拟样机试验平台中的平滑矩形路面模型是通过后缀名为.rdf的路面文件引入到仿真环境中的，路面文件的结构是TeimOrbit格式的ASCII文本文件。路面文件中的标题数据段、单位数据段的定义方式与驾驶员控制文件DCF文件和驾驶员控制数据文件DCD文件一样，MODEL数据段用于定义路面的类型，GRAPHICS数据段定义路面几何图形，PARAMETERS数据段定义路面的如摩擦系数、几何形态等参数。3蛇行路径的实现方法虚拟样机通过驾驶员控制文件DCF执行汽车蛇行试验的仿真。驾驶员控制文件DCF（driver control file）是ADAMS/Car仿真后在工作目录中自动生成的被控制函数调用的驱动文件，描述了车辆模型准备执行的一系列操作，如转向、制动等。在DCF文件中，可以设定车辆行驶的速度、轨迹文件、控制方式以及试验结束的条件等信息。蛇行路径的实现方法就是通过DCF文件调用驾驶员控制数据文件DCD（driver control data file）实现路径闭环控制的。DCD文件包含了DCF文件所需的数据，例如：在DCF文件中需要使用轨迹控制车辆的运动，那么DCD文件的主要内容便是设定车辆行驶轨迹的坐标数据，而且DCD文件必须与DCF文件配合使用。蛇行试验中的车速、档位、仿真时间和步幅分别是通过DCF文件EXPERIMENT数据段中的INITIAL_SPEED、INITIAL_GEAR和MINI_MANEUVERS语句定义的。而蛇行路径是由DCD文件CLOSED_LOOP数据段中的X、Y坐标值定义的。本试验通过设置DCD文件CLOSED_LOOP数据段中的控制参数值，使虚拟样机以不同车速蛇行通过试验路段时侧向位移绝对值不超过3米。虚拟样机中的纵向控制器使车辆行驶速度保持在期望值，侧向控制器则用来控制转向系统使车辆沿期望的DCD文件指定的蛇行路线行驶。（二）试验步骤1整车虚拟样机的建立开始程序MSC SoftwareMSC ADAMS2005ACarADAMS-Car击OK（进入ADAMS-Car专业模块）.File菜单OpenAsembly对话框在Open Asembly对话框的文本框中双击在Select File 对话框中选中MDI_Demo_Vehicle.asy并打开击OK击Message Window对话框中的close按键(调出软件中自带的整车虚拟样机模型).2编写蛇行路径(D:MSC.SoftwareMSC.ADAMS2005achassisexamplesdcfiso_lane_change.dcf)复制到个人数据库中的driver_control.tbl (C:Documents and Settingsliuwentingprivate.cdbdriver_controls.tbl)文件夹中，以便文件的搜索。同样，将驱动控制参数文件iso_lane_change.dcd复制到个人数据库中对应文件夹并改名为myiso_lane_change.dcd，修改其中的闭环路径数据段以进行蛇行试验。3进行蛇行仿真试验调出整车虚拟样机模型之后：SimulateFull-Vehicle AnalysisDriving Machine Control File(DCF) Driven在Output Prefix文本框中键入仿真后生成的文件名,在Driver Control Files文本框中双击后根据DCF文件的路径,搜寻iso_lane_change.dcf文件OK.（之后可在Message Window窗口中看到软件进行仿真时的运算过程，结束后击Close关闭该窗口）蛇行仿真动画回放：ReviewAnimation Controls击Forward键。三、试验数据采集 蛇行试验中能反映车辆操纵稳定性的性能参数主要有：转向盘转角、横摆角速度、车身侧倾角、侧向加速度等。根据国标GBT 6323.194分别采集虚拟样机在40km/h(11.111m/s)、60km/h(16.667m/s)两种不同车速下，在有效标桩区内转向盘转角、横摆角速度、车身侧倾角以及侧向加速度的时间历程曲线峰值，如图2-1所示。查看仿真结果仿真试验结束后，按F8进入后处理模块。转向盘转角：选中文件名-Requests-jms_steering_wheel.angle.data-displacement-Add Curves.横摆角速度：选中文件名-Requests-user defined-chassis_velocities-yaw-Add Curves.车身侧倾角：选中文件名-Requests-user defined-chassis_ displace-ment -roll-Add Curves.侧向加速度：选中文件名-Requests-user defined-chassis_ accelara-tions -lateral-Add Curves.表2-1. 两种不同车速下蛇行仿真试验性能参数测量值蛇行车速(km/h)测量参数试验数据峰值1峰值2峰值3峰值4平均值40km/h(11.111m/s)转向盘转角/deg横摆角速度/(deg/s)车身侧倾角/deg侧向加速度m/s*s60km/h(16.667m/s)转向盘转角/deg横摆角速度 /(deg/s)车身侧倾角/deg侧向加速度m/s*s数据采集：利用工具栏中的plot tracking按钮分别对每种参数的时间历程曲线按照如图2-1所示的要求采集其四个峰值并填入表2-1。四、试验数据处理与分析根据两次不同车速下性能参数的时间历程曲线，参照GB/T6323.1-94，按下式（1）计算出每次仿真试验的平均最大转向盘转角。第次试验平均最大转向盘转角按式（1）确定： （1）式中：第次试验平均最大转向盘转角，（）；在有效标桩区内，转向盘转角时间历程曲线峰值，（）。采用同样的计算方法分别计算出每次仿真试验的平均最大横摆角速度、平均最大车身侧倾角和平均最大侧向加速度的数值，各车速下蛇行仿真试验各性能参数的平均最大测量值如表2-2所示：根据表2-2中十种不同车速各性能参数的测量值，在图2-3中画出拟合之后的平均转向盘转角、平均横摆角速度、平均车身侧倾角、平均侧向加速度与车速的关系曲线图。 表2-2. 不同车速下蛇行仿真试验性能参数平均最大测量值参数名称车速/30354045505560657074转向盘转角124.50129.04136.46142.20148.04171.19209.93393.90横摆角速度15.80618.53822.95525.19227.78134.25836.19144.835车身侧倾角0.82641.13381.80692.20712.59363.44193.71574.0946侧向加速度2.37683.24415.15756.23267.19069.12149.71479.7875试验三 基于虚拟样机技术的汽车瞬态转向特性试验一、试验目的和要求1了解并能简单操作ADAMS软件中的ADAMS/Car专业模块。2熟悉中华人民共和国国家标准GBT 6323.294。3掌握基于虚拟样机技术的汽车瞬态转向特性试验方法。4 熟练测量本试验中横摆角速度响应时间等性能参数。二、试验原理和步骤（一）试验原理 1整车虚拟样机的建立利用ADAMS/Car轿车模块，将前悬架、后悬架、转向系统、动力系统、制动系统、轮胎、刚性底盘等子系统和试验平台组装成具有97自由度的整车虚拟样机，如图1-1所示。2.试验方法试验车速以最高车速的70%并四舍五入为10的整数倍确定；试验时方向盘转角的位置按稳态侧向加速度1m/s*s3 m/s*s确定，从侧向加速度为1 m/s*s做起，每隔0.5m/s*s进行一次。试验时，汽车以试验车速直线行驶，先消除方向盘自由间隙，再以尽快的速度转动方向盘，使其达到预先选好的位置，并固定数秒直至所测变量达到新的稳定状态，试验中测量方向盘转角、横摆角速度、侧向加速度等性能参数。逐次改变方向盘转角，测定不同侧向加速度时的瞬态特性。试验按向左右打方向分别进行。（二）试验步骤1整车虚拟样机的建立开始程序MSC SoftwareMSC ADAMS2005ACarADAMS-Car击OK（进入ADAMS-Car专业模块）.File菜单OpenAsembly对话框在Open Asembly对话框的文本框中双击在Select File 对话框中选中MDI_Demo_Vehicle.asy并打开击OK击Message Window对话框中的close按键(调出软件中自带的整车虚拟样机模型).2进行瞬态转向特性仿真试验调出整车虚拟样机模型之后：SimulateFull-Vehicle AnalysisOpen-Loop Steering EventsStep Steer在Output Prefix文本框中键入仿真后生成的文件名，End Time文本框中输入仿真结束时间（5），Number Of Steps文本框中输入5S内的仿真试验计算次数（500），Initial Velocity文本框中输入初始速度80km/h，Gear Position文本框中输入5，Initial Steer Value 文本框输入初始转向角度（0），Final Steer Value文本框输入最终转向角度在此输入不同的数值观察不同的仿真结果， Step Start Time文本框中输入转向开始时间（1）， Duration of Step文本框中输入转向起跃时间（0.05）， Steering Input选择角度单位Angle，其它文本框保持其默认值不变，击OK进行仿真（之后可在Message Window窗口中看到软件进行仿真时的运算过程，结束后击Close关闭该窗口）蛇行仿真动画回放：ReviewAnimation Controls击Forward键。本试验中，在其它参数不变的情况下侧向加速度为1m/s*s、1.5m/s*s、2m/s*s、2.5m/s*s、3m/s*s时方向盘转角的位置分别为