ADAMS脉冲平顺性仿真问题总结.doc

ADAMS脉冲平顺性仿真问题小结一、问题的提出现由于需要根据平顺性能来匹配减震器，而不是简单的评价整车平顺性的好坏，所以对平顺性仿真提出了比以往更高的要求：不仅最大加速度要与实验数据相符，而且仿真的振动波形也应正确其振动加速度的时间历程，都可以在物理上得以解释，不一定与实验中的波形相符的很好，但其误差可以得以较为准确的判断。这样好为后续的评价和优化工作做准备。图1为孙胜利师兄在其毕业论文位移相关减震器动力学建模及对车辆性能影响的研究中，对于脉冲平顺性仿真结果（障碍物为国标中三角凸块，我们采用的也是这种工况，详细内容可参见论文72页）。我们认为，此仿真结果很理想，与简单的分析结果没有大的出入，也没有在物理上解释不了的振动。图1 模型未知 车速20km/h 步长未知二、关于此类工况下振动的简单分析 现就图1中所示的振动，进行简单的分析：1、第一阶段：经过一段平路后，前轮接触到凸块，产生向上的加速度，在重力的作用下，产生了向下的加速度，表现为一个波峰和一个波谷。2、第二阶段：前轮着地，在重力、弹簧力和阻尼力的综合作用下，产生欠阻尼的衰减振动。在这里要提到两点：a）一般来说，damper的压缩阻尼都要小于其复原阻尼；b）这一过渡阶段的长短取决于轴距和车速，如果车速较高这个阶段会消失。3、第三阶段：后轮接触到凸块，产生向上的加速度，在重力的作用下，产生了向下的加速度，表现为一个波峰和一个波谷。4、第四阶段：后轮着地，在重力、弹簧力和阻尼力的综合作用下，产生欠阻尼的衰减振动，最后整体趋零。另外，从能量的角度分析，一、三阶段为能量输入阶段，二、四阶段为能量耗散阶段，所以二、四阶段的振动幅值应小于相应的前一阶段。图1所示的仿真结果与以上的分析没有矛盾，即其振动波形在物理上是可以解释的，所以我们认为其仿真效果是理想的。最后，我们在这里主要是考察整车质心处的acc_normal。我们认为，在凸块形状一定且的情况下，其时间历程仅与车速、前/后轮的载荷、等效spring刚度和等效damper阻尼有关，而与悬架类型无关。三、仿真中出现的问题在实际仿真中，我们发现仿真结果与上面所分析的内容有矛盾，主要有三种问题。问题1，如图2所示，蓝圈A所标出的部分：在非平衡位置（这里是向下加速度到达峰值处）出现了振动，在物理上我们无法解释。图2 吉利远景车 车速80km/h 1000步/秒问题2，如图2所示，蓝圈B所标出的部分：在后轮接触凸块后到达第三阶段，而后进入第四阶段。但是我们注意到，第四阶段开始时的波峰很小，但是波谷较大，甚至比第三阶段的波谷都大。从能量的观点看，这是无法解释的。问题3，如图3所示，蓝框A所标出的部分：在第四阶段，振动没有较为快速的收敛，而是出现了比较奇异的振动形态。图3吉利远景车 车速50km/h 500步/秒前面所提到仿真模型是公司数据库中提供的吉利远景车的模型，车辆的各项参数包括轴距、轮距、K&C特性、减震器特性、弹簧特性等，都是由厂家提供的，并使用了ADAMS自带的Ftire轮胎模型。我们又对另一整车模型zqing和ADAMS中Demo车模型进行了类似的仿真实验，也发现了类似的问题，如图4、5所示。图4 中气车模型 车速60km/h 1000步/秒 图5 Demo车模型 车速20km/h 1000步/秒、2000步/秒四、有关问题的分析对于前面所提到的问题，我们进行了一些分析和相关实验。这里需要说明的是，我们没有找到较为详细深入介绍平顺性仿真的文献，来解决所发现的问题。我们分析的主要依据是ADAMS.Help和MSC.ADAMS技术与工程分析实例所提供的一些信息。对于问题3，我们可以较为容易的判断，其异常振动是由数值计算产生的。我们首先想到是，此问题可能与积分器和仿真步长有关。根据MSC.ADAMS技术与工程分析实例所提供的内容，我们没有发现比默认积分器更好的设置方案，所以，我们力图调整仿真步长来改善仿真结果。Excel文档整车脉冲平顺性仿真分析中，详细的介绍了这一过程。我们发现，仿真结果确实与步长有关：1) 会有一些较为合适的步长与不同的车辆行驶速度相对应，即合理的仿真步长与车辆的行驶速度有关；2) 根据MSC.ADAMS技术与工程分析实例中对于Ftire轮胎模型的阐述，我们尽量把步长取小（即把步数取多），但如果把步长取得过小，会出现异常的高频振动；3) 调整步长，并没有解决前面提到的三个问题，随着车速的增加而变得严重，这也从侧面证实了ADAMS整车模型在高频激励下的仿真确实存在问题。ADAMS.Help中提到ADAMS在多柔体仿真时存在问题，所以我们又猜测问题的产生可能与模型中的柔体有关。在吉利远景模型中，我们调整了前后稳定杆和扭转梁的模态，发现仿真结果变化很小；在中气车模型中，我们调整了纵臂的模态，发现对于振动的波峰波谷有较大的影响，如图6所示当将其置为刚体时幅值相差了20%，但基本波形变化不大两个结果的不同，主要与悬架形式有关，在本文的最后，附有两种车型的悬架形式。图6 中气车模型 车速40km/h 1000步/秒 mm40中将纵臂置为刚体至此，以我们现阶段的能力没有能够解决所遇到的问题，并有一些猜想和疑问：1）前面所提到的三种问题，猜想是由于数值计算产生的，而与整车模型模型关系不大：模型参数（包括柔性体的模态）应该只是影响振动的幅值、相位和振动衰减速度，而不会产生无法在物理上解释的“异常”振动；2）如果是由于数值计算产生的，那么应该怎样调整仿真参数使得仿真结果得以改善呢？对于仿真步长的影响，我们做了较为详细的讨论，没有得到满意的结论；至于其他的仿真参数，我们没有找到合理的调整方案，主要也是因为对于ADAMS的内部算法知之甚少；3）脉冲平顺性实验，对于多体系统仿真来说，应该是非常恶劣的工况，是否ADAMS本身并没有很好的解决这个问题，换言之现阶段关注acc_normal的时间历程是没有意义