基于虚拟样机技术的ATV悬架仿真分析

1、基于虚拟样机技术的ATV悬架仿真分析第36卷第6期2009年12月拖拉机与农用运输车Tractor&FarmTransporterVo1.36NO.6Dec.,2009基于虚拟样机技术的ATV悬架仿真分析朱华(解放军汽车管理学院装备技术系,安徽蚌埠233011)摘要:运用虚拟样机技术,在ADAMS软件中对ATV模型进行了仿真分析.为满足行驶平顺性指标,通过限定整车质心垂向加速度的大小对整车模型进行仿真.仿真结果与试验结果相吻合,验证了虚拟试验的合理性和可行性,得出了需要的悬架参数,为整车性能的进一步改进提供了依据.关键词:A1,;独立悬架;虚拟样机技术;ADAMS中图分类号:U463.

2、33文献标识码:A文章编号:10060006(2009)06007802SimulationAnalysisofATVSuspensionBasedonVirtualPrototypeTechnologyZHUHua(Dept.ofEquipmentTechnology,AutomobileManagementInstitute,Bengbu233011,China)Abstract:SimulationanalysisforthemodelisperformedinADAMS.whichisonthebasisofvirtualprototypetechnology.Inordertomee

3、tthevehicleridecomfortrequirements,theverticalaccelerationinthecentermassoffullvehicleislimited;Theresultsmatchwiththeoutputsoftest.ThetestsshowthatthevirtualprototypeofATvisreasonableandfeasible.andtheparametersofthesuspensionareobtained,andmeanwhile,whichprovidebasisforthefurtherimprovementoffullv

4、ehiclePerformance.Keywords:ATV;Independentsuspension;Virtualprototypetechnology;ADAMSATV(AllTerrainVehicles)是一种广泛使用的非公路车,又称全地形车或沙滩车.其主要特征是在极其复杂和多种路面状态下具有良好的行驶能力,在农业,林业,娱乐休闲以及军事上得到了越来越广泛的应用.悬架系统是ATV的重要部件之一,其性能好坏直接影响车辆行驶平顺性,舒适性,操纵稳定性.本文试验样车的前悬架采用麦弗逊式独立悬架,后悬架采用等臂长双横臂独立悬架,首先在对悬架进行理论分析的基础上,通过ADAMS虚拟样机软件对

5、悬架进行仿真分析,得出了合理的悬架刚度与阻尼.1理论分析假设ATV在颠簸的路面上行进,且路面激励为正弦波;ATV前后悬架系统相互独立,且有1/4的质量落在后左悬架上.选取整车的I/4悬架模型进行分析,其简化模型如图1所示.D._J图1悬槊1/4简化模型Fig.11/4ModelofSuspension图1中为弹簧的刚度;D为减振器的阻尼;为1/4悬架承载的质量;y(t)为车身的垂向振动位移;(t)为地面激励输入,(t)=Asin(甜t),=(2叮r口)儿.已知条件:M=102.5kg;=14m/s;L=3.15m.根据牛顿第二定律,建立方程,即+D(一)+K(YY)=0(1)收稿13期:200

6、8-0623;收修改稿日期:2008-0702?78?对(1)式进行拉普拉斯变换并变形得传递函数H(s),即)=糟=(2)令:m=盖,=iD,a=吾=专式中,to为无阻尼固有频率;为阻尼比;or为刚度阻尼比.为使悬架系统对地面的激励输入具有较大的衰减,以及较好的瞬态响应性能,应选择幅频特性斜率为2的一段频率,由m对应的幅值可知车身的垂向颠簸幅度只有地面激励颠簸幅度的1/4(3/4衰减),由此可得c:2w:1396(rad/tOn13.ci/s)丁,=-n=1/4则K=MtO=19975.36(kN/m)D:715.45(N.s/m)2建模与仿真分析根据汽车与摩托车的平顺性评价指标,常用车身振动

7、的固有频率和振动加速度来评价行驶平顺性,车身振动加速度的极限值应低于0.60.7g(g为重力加速度).考虑到ATV的各种行驶路况和动力性能,限定其质心垂向加速度也应低于0.6-0.7g.2.1整车模型的建立根据悬架系统中关键定位点(硬点)以及整车质心的空间坐标值,建立整车的Pro/E模型并导)ADAMS中进行分析.由于本文朱华:基于虚拟样机技术的ATV悬架仿真分析是对整车模型的运动学问题进行仿真计算,不考虑其动力学特性,因此应用ADAMS建模与仿真时做如下简化与假设J:1)悬架中各零部件(除轮胎和衬套外)均为刚体;2)减振器阻尼特性为线性;3)零部件之间的所有连接都简化为铰链,内部问隙不计,各

8、运动副内的摩擦力忽略不计;4)选择测试平台作为地面移动副,添加直线驱动来表示车轮受地面的激励作用_4.创建的整车模型如图2所示.图2整车模型Fig.2ModelofFullVehide整车模型由前,后悬架,前,后车轮以及简化的车体构成_5J,共21个构件.其中包括:4个胡克铰链,4个圆柱副,6个转动副,8个球形副和6个固定副.优化目标是考察质心的垂向加速度.整车模型的自由度为_6J:DOF=216一(4X4+44+5X6+8X3+6X6)=44个自由度分别为4个车轮的独立垂向直线运动,由4个试验台提供地面垂向激励h,且h=40sin27.92t.2.2整车1/4悬架模型的仿真分析对整车模型进行

9、仿真分析前必须对模型进行验证.对整车模型中后悬架的左侧车轮添加路面激励h,其它部分与路面固定.测定整车质心垂向加速度n与弹簧刚度,减振器阻尼D之间的关系.仿真结果如图3一图4所示.lO97l98825262728293O31323334K/(kN?m.)图3阻尼D固定时加速度a随刚度,(的变化Fig.3ChangeofAccelerationalongwithStiffnesswhenDisConstantO5O6n7O80910D/(kN?S?m)图4刚度固定时加速度a随阻尼D的变化Fig.4ChangeofAccelerationalongwithDampwhenKisConstant分析

10、图3可知:采用原刚度与阻尼时质心加速度很大,达到9.552m/s;质心加速度随弹簧刚度的增加而增加.图4可知质心加速度随减振器阻尼的增大而减小.根据质心垂向加速度的限定指标(0.60.7g),通过仿真分析得后悬架刚度K=18.523.5kN/m,阻尼D=500880N?s/m,与理论计算值吻合,因此构建的整车模型合理有效.2.3整车1/2悬架模型的仿真分析悬架系统参数的整定需考虑两方面问题:1)单个悬架参数的大小;2)前后悬架参数之间应满足一定的匹配关系,制动和加速时车身应具有抗仰头和抗点头.对ATV的前后俯仰和左右侧倾两种运行工况进行仿真试验,测定后悬架刚度的变化对质心垂向加速度的影响,仿真

11、试验结果如图5图6所示.l8l9202122232425K/(kN-111)图5前后俯仰时加速度a随k变化曲线Fig.5ChangeofAccelerationalongwithKwhenATvPitchesupanddown图6左右侧倾时加速度a随k变化曲线Fig.6ChangeofAccelerationalongwithKwhenATVRollsOver分析结果可知:由于两个车轮同时添加激励,所以质心的垂向加速度值相对前述1/4悬架模型获得的加速度值较大.根据质心垂向加速度的限定指标,通过仿真分析获得后悬架刚度值分别为:(1)K=18.021.5kN/m;(2)K=18.023.6kN/

12、m.阻尼值保持不变.综合以上理论计算和仿真结果,为保证前后悬架参数合理匹配,同时结合ATV行驶动力性能要求,最终确定一组ATV整车悬架系统的参数:前悬架保持参数数值不变;后悬架的阻尼值保持原设计值,刚度K=19.97521.5kN/m.3结论将Pro/engineer中建立的ATV整车模型导入到ADAMS中,对整车模型添加约束和运动,以整车的质心垂向加速度为目标,对模型进行了仿真分析.依据平顺性要求中的垂向加速度限定指标对悬架系统的刚度和阻尼值进行了整定.综合理论计算和仿真分析结果,在保证前后悬架参数合理匹配,同时结合ATV行驶动力性能要求的条件下,得出了可以满足要求的悬架刚度与阻尼.参考文献:1DAIL,WUJ.StabilityandVibrationsofanAllterrainVehicleSubjectedtoNonlinearStrueturalDeformationandResistanceJ.CommunicationsinNonlinearScienceandNumericalSimulation,2007(12):7282.2许洪国.汽车运用工程基础M.北京:清华大学出版社,200