基于adamscar的整车样机模型

基于adamscar的整车样机模型

0汽车良好振动的研究在汽车弯曲研究中，发现影响其性能的因素很多，但路面的平整度、汽车和人的因素对其影响最为突出。由于人是最易变的个体,使得对于汽车平顺性的评价变得更为复杂。汽车的整个运动过程中,机械振动对人体的影响,是由振动的频率、强度、作用方向和持续时间所决定的。然而在汽车运动时人体对振动的承受能力有很大差异。振动分析理论研究表明,振动加速度幅频响应可以作为评价振动对人体影响的大小,而振动频率可体现出运动速度的快慢。关于汽车平顺性的问题,早在1948年Janeway就提出了人体舒适性的评价指标,1972年德国米奇克用座椅垂直加速度的均方根值和整车纵向加速度的均方根值评价汽车的平顺性。20世纪60年代,国际标准化组织制定并颁布了ISO2631-1985,经过不断地修订和改进形成ISO2631-1997(E)标准并被普遍采用。在国内,对于汽车平顺性的研究起步晚、时间短。20世纪80年代初,清华大学、长春汽车研究所等单位根据ISO2631国际标准率先进行了汽车道路行驶平顺性的研究。1978年武汉工学院在计算机上模拟9自由度的汽车振动模型的4个车轮在随机输入条件下对车身振动加速度响应的预测。1999年,同济大学张庆才等采用多刚体系统动力学建立7自由度振动模型,并利用该模型对汽车的平顺性进行了研究。2011年北京理工大学梁新城运用三角级数法对三维路面不平度进行仿真和可视化,并经某路面测试表明三角级数法能模拟准确的路面数据。本文中采用ADAMS中的car模块,通过建立B级和C级路面模型,分析整车模型在B、C路面等级下的行驶状态,对该汽车的平顺性状况进行仿真分析。1汽车维修模型的构建1.1减震器悬挂设计所研究的汽车模型为前桥驱动。前悬架采用的是麦弗逊悬架,其结构主要由螺旋弹簧与减震器组合而成。通过调整减震器的行程长短及松紧,来改变悬挂的刚度及性能。减少悬挂部件,可以获得很轻的簧下质量,有利于提升整车平顺性和过弯时的响应性。同时在本文中悬架上端采用减震器与车身相连,下端采用控制器和副车架连接。在ADAMS/CAR建模中,将麦弗逊悬架的转向节、控制臂等构件可以简化为刚体。图1为前悬架结构模型。1.2多连续器增加阶段力该车后悬架采用多连杆结构。多连杆悬挂能够调整主销后倾角的位置,以大幅度减少来自作用路面的前后方向力,有利于改善加速和制动时的平顺性和舒适性。该多连杆式悬架由于连杆比较多,使汽车的车轮和地面之间尽可能地垂直,这样减小了车身的倾斜,实现了车辆行驶的稳定性,得到合适的车轮性能指标。图2为后悬架结构模型。1.3汽车整车模型利用ADAMS/CAR的组件模板,将其修改成所需要的模型组件后建立整车模型。该整车模型主要有前悬架子系统、后悬架子系统、车身子系统、转向子系统、轮胎子系统以及动力传动子系统等6个子系统,汽车的每个子系统与试验台之间通过通讯器进行数据传输。具有各子系统位置关系的整车仿真模型如图3所示。2路面不清晰度的计算通常实测所得的路面不平度是沿道路走向长度的变化函数,可用路面功率谱密度Gq(n)的拟合表达式表示:式中;n为空间频率,是波长λ的倒数,为每米长度中包含波长数,m-1;n0为参考空间频率,一般n0=0.1m-1;Gq(n0)视为路面不平度系数,代表参考空间频率n0下路面谱值,m3;w为频率指数,它决定路面功率谱密度的频率结构,一般情况下取w=2,如果根据路面实测数据拟合时,w≠2。汽车振动系统除了考虑路面不平度影响因素外,还要考虑汽车行驶速度对其的影响。当汽车以速度v通过空间频率为n的路面不平度时,时间频率f应为v与n的乘积,即由此得到Gq(f)与Gq(n)的关系式:将式(2)和式(3)代入式(1),即可得到时间频率谱密度的表达式:由此可以推导出与时间频率的不平度有关的速度功率谱密度与加速度功率谱密度和位移功率谱密度之间的相互关系式:3对整辆车的模拟分析3.1加速度均方根在ISO2631-1997(E)标准中规定,当振动波形峰值系数<9时,用加权加速度均方根值来评价振动对人体的影响。当同时考虑椅面xs、ys、zs这3个轴向振动时,3个轴向的总加权加速度均方根值aw按下式计算:式中,axw、ayw、azw分别为前后方向(x轴向)、左右方向(y轴向)和垂直方向(z轴向)的加权加速度均方根值,m/s2。表1给出了加权加速度均方根值与人的主观感觉之间的关系。3.2不同速度下的加速度仿真分析仿真试验条件:车速分别为40、60、80、100km/h;随机路面激励模型为B级路面。图4、图5、图6和图7分别为40、60、80、100km/h时的仿真试验结果。图8~图11是C级路面条件下车速分别为40km/h、60km/h、80km/h和100km/h时的仿真试验结果。根据图4~图7仿真曲线数据可以看出,在B级路面下,Z方向不同的速度下汽车加速度的功率谱密度所得到的峰值不一样。但是峰值发生时的频率大致相同。在40km/h时,x方向的加速度为0.0214m/s2,y方向的加速度为0.055m/s2,z方向的加速度为0.1105m/s2,根据式(7)可得其加速度均方根约为0.1378m/s2。同样可得60、80、100km/h速度下,底盘处的垂直方向加速度均方根分别为0.1378m/s2、0.1536m/s2、0.1769m/s2和0.2447m/s2。根据图8~图11仿真曲线数据可以得出,在C级路面车速分别在40km/h、60km/h、80km/h和100km/h情况下,底盘处的垂直方向加速度均方根分别为0.1549m/s2、0.1966m/s2、0.2413m/s2、0.2896m/s2。随着汽车速度的增加,汽车在垂直方向上的振动有所增加,且C级路面普遍比B级路面的振动偏大。在C级路面条件下,100km/h时加速度均方根最大为0.2896m/s2,仍小于0.315m/s2,符合ISO2631-1997(E)标准中的规定,人的主观感受没有不舒适感。4垂直方向加速度汽车在C级路面行驶时,与B级路面行驶存在差异,但是加速度功率谱密度到达峰值时候的频率值比较接近。随机路面整车平顺性研究表明汽车分别在B级和C级路面,在40km/h、60km/h、80km/h、100km/h行