基于ADAMS/Car的重型牽引車平順性建模與仿真分析

陳太榮，楊佳睿（南京徐工汽車制造有限公司，江蘇 南京 210021）

基于ADAMS/Car的重型牽引車平順性建模與仿真分析

陳太榮，楊佳睿
（南京徐工汽車制造有限公司，江蘇 南京 210021）

文章利用ADAMS/Car模塊建立了整車虛擬模型，并進行了平順性仿真分析，得到振動加速度隨車速的變化關系，預測了整車的平順性，為后續改進提供依據。

ADAMS/car；平順性；仿真

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.020

CLC NO.: U461.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2015)12-58-03

前言

隨著人們對車輛舒適性的要求越來越高，汽車平順性已作為評價整車舒適性的主要性能之一以及取得市場競爭優勢的重要性能指標，越來越受到各汽車企業的重視。虛擬樣機技術在產品設計階段的充分應用，可以有效縮短產品研發周期、降低研發成本，提高產品的設計質量。本文應用ADAMS/Car模塊建立整車虛擬樣機模型，并進行平順性仿真分析。

1、整車模型的建立

1.1建模概述

汽車是個復雜的機械系統，在建立整車模型時，需對汽車系統進行合理的簡化：（1）除了輪胎、板簧、駕駛室懸置、減振器、穩定桿及連接襯套以外，其余的零件都看做是剛體；（2）忽略動力總成的具體結構以及發動機的振動對整車平順性的影響；（3）用襯套力實現剛體之間的柔性連接。

建模過程中涉及到的整車幾何參數、質量參數可通過三維模型和實際測量獲得。整車中的輪胎模型、橡膠襯套等力學參數，由生產廠家提供，通過屬性文件輸入模型。隨機輸入路面文件利用ADAMS/Car路面生成插件制作。整車主要參數如表1所示：

表1　牽引車主要參數

1.2子系統模型的建立

1.2.1板簧、穩定桿模型

在ADAMS/Car中，建立鋼板彈簧有以下三種方法：（1）離散梁法，把板簧剛性模型分割成多個剛體塊，對每個剛體塊設置參數，然后用柔性梁單元將剛體塊連接起來，完成鋼板彈簧柔性體模型的創建；（2）有限元法，利用有限元軟件劃分鋼板彈簧網格并生成模態中性文件，在ADAMS中導入該模態中性文件，生成柔性體模型。（3）三段梁法，用三段梁代替鋼板彈簧，兩根梁連接處用軸套進行連接，設置軸套扭轉剛度值模擬鋼板彈簧實際的剛度，模型較為簡單。

本文采用三段梁法對鋼板彈簧進行建模，通過給連接軸套定義一定的扭轉剛度模擬板簧的線剛度。擬合前、后鋼板彈簧剛度分別為 334N/mm、2110N/mm。前板簧模型如圖1所示。

圖1　前板簧模型圖

橫向穩定桿在保證汽車行駛平順性的前提下，能提高懸架的側傾角剛度，減小汽車在不平路況或轉彎時車身的側傾角。本文中共有三個穩定桿，分別為駕駛室穩定桿、底盤前橋穩定桿及后橋穩定桿。穩定桿通常有三種建模方式：（1）采用扭桿彈簧模型，結構簡單精度低計算量小；（2）采用ADAMS非線性梁柔性模型，該模型將穩定桿離散成若干個剛性圓柱體，各剛性體之間采用柔性梁連接，精度相對較高；（3）結合有限元軟件創建有限元模型后，利用ADAMS/Flex模塊建立柔性體模型，精度高，計算量相對較大。本文采用第三種方式建立穩定桿模型。建立的前穩定桿模型如圖2所示。

圖2　前穩定桿模型

1.2.2輪胎模型

ADAMS/Car中提供了多種不同類型的輪胎仿真模型，如Fiala輪胎、MF輪胎、UA輪胎、Pac2002輪胎。本文選取Pac2002輪胎， ADAMS/Car內嵌的Pac2002輪胎模型大部分參數可直接使用，僅需修改部分涉及到輪胎具體尺寸的參數。主要參數改動如表2所示。

表2　部分輪胎參數

除了上述模型以外，建立整車模型前還需要建立駕駛室及其懸置模型、轉向模型、制動模型、車架模型以及掛車等模型，限于篇幅不再一一介紹。這些模型在ADAMS/Car中都存在相應的模板文件，建模時只需對模板文件參數進行修改，便可獲得所需要的模型。

1.3整車模型的建立

將各子系統進行裝配，便獲得整車模型。子系統的裝配是通過在子系統間建立相互匹配的通訊器來完成的。通訊器可以傳遞子系統間的相互位置、力和變量參數等信息。完成后的整車模型如圖3所示。

圖3　整車模型

2、平順性仿真

根據國標GB/T 4970-2009《汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法》的要求，對整車進行滿載工況下B級路面平順性仿真分析，仿真行駛速度分別為 40km/h、50km/h、60km/h、70km/h、80km/h、90km/h，測量駕駛室坐墊上方、座椅靠背、駕駛員腳部地板處各向振動加速度時間歷程曲線。對時間歷程數據加權處理，得到綜合總加權振動加速度均方根值，作為評價指標。滿載車速為60km/h時，駕駛員座椅上方Z向振動加速度時間歷程曲線及頻譜分析如圖4、5所示。

分析圖形可知，隨著車速的增大，駕駛室坐墊上方振動加速度值不斷增大，振動頻譜顯示，駕駛室坐墊上方振動頻率主要集中在1-3Hz，其中在1.5Hz、2Hz附近出現峰值，振動能量最大，與前后懸架的設計偏頻基本一致，說明模型有一定的準確性。

圖4　駕駛員坐墊上方Z向加速度時間歷程曲線（滿載，v=60km/h）

圖5　駕駛員坐墊上方Z向加速度振動頻譜（滿載，v=60km/h）

在仿真過程中，測量駕駛室坐墊上方、座椅靠背、腳部地板處共 9個軸向的振動加速度數據并依據國標 GB/T 4970-2009進行綜合加權處理，得車輛綜合總加權加速度均方根值隨車速的變化關系如圖6所示。可以看出：隨著車速的增加，綜合總加權加速度均方根值不斷增大，基本成線性變化。

圖6　滿載B級路面綜合總加權加速度均方根值與車速的關系

3、結論

本文應用ADAMS/Car軟件建立了整車動力學模型，并依據 GB/T 4970-2009對整車模型分別進行了滿載工況下 B級隨機路面輸入的仿真分析，并進行了數據處理，得到了車輛綜合總加權加速度均方根值與車速的變化關系。隨機輸入仿真數據頻譜分析表明，振動頻率主要集中在1.5-2Hz，與車輛滿載時前后板簧懸架偏頻范圍一致，表明模型有一定的準確性，可以在設計階段進行平順性的研究和預測，提高了設計效率，縮短了產品設計周期。

[1] GB/T4970-2009,汽車平順性試驗方法[S].北京:中國標準出版社, 2009.

[2] 廖芳,王乘.橫向穩定桿建模方法研究[J].汽車技術,2007(7):5-8.

[3] 吳碧磊,秦民.重型牽引車平順性建模與仿真分析[J].汽車技術, 2006(3):13-15.

Modeling and Simulation of Ride Comfort of Heavy-Duty Tractors Based On Adams/Car

Chen Tairong, Yang Jiarui
( Nanjing Xugong Automobile Manufacturing Co., Ltd., Jiangsu Nanjing 210021 )

A virtual vehicle model is established by Adams/Car to analysis ride comfort in this paper，the relationship between the vibration acceleration and the speed is got to predict the vehicle ride comfort and providing basis for further improvement.

ADAMS/car; ride comfort; simulation

U461.4

A

1671-7988（2015）12-58-03

陳太榮，工程師，就職于南京徐工汽車制造有限公司。研究方向：重卡整車總布置及底盤系統設計。