汽車懸架剛度對平順性的影響分析

紀(jì) 偉，于文華

(北京林業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，北京 100083)

汽車懸架剛度對平順性的影響分析

紀(jì) 偉，于文華

(北京林業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，北京 100083)

運(yùn)用多體動力學(xué)軟件ADAMS/Car模塊建立了包括前后懸架系統(tǒng)、輪胎系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的整車模型，設(shè)計(jì)了虛擬仿真試驗(yàn)臺用于隨機(jī)路面的輸入測試。運(yùn)用該試驗(yàn)臺對所建立的整車模型進(jìn)行平順性仿真，得到相應(yīng)數(shù)據(jù)之后，保持路面情況、輪胎激勵(lì)、車輛載重、懸架阻尼不變，只改變懸架剛度，仿真車輛在不同懸架剛度下的平順性，得到懸架剛度對平順性的影響。仿真結(jié)果表明，對于特定車輛要選用合適的懸架剛度才能給車輛平順性提供保障。

懸架剛度；平順性；分析

0 引言

目前，國內(nèi)外在車輛平順性方面的研究已經(jīng)比較普遍[1-2]，虛擬試驗(yàn)臺和隨機(jī)路面的采用使得研究變得更加可操作，隨著CATIA、ADAMS等軟件的進(jìn)步和軟件自帶模塊的開發(fā)，使得研究變得更加簡便直接。本文以某轎車為研究對象，利用ADAMS/Car模塊建立多體動力學(xué)整車仿真模型，在保證其他影響因素不變的前提下，改變懸架剛度(采用20 N/mm、30 N/mm、40 N/mm 3個(gè)剛度參數(shù))，仿真獲得不同剛度下平順性仿真曲線，通過對仿真曲線的比較以及相應(yīng)計(jì)算，找出基于該車型平順性最好的懸架剛度參數(shù)[3]。

1 平順性的影響因素和評價(jià)指標(biāo)

1.1 平順性的影響因素

影響汽車平順性的因素有很多，主要有：路面的不平度、車輛行駛速度、懸架剛度和阻尼、車身質(zhì)量、輪胎及其他振動系統(tǒng)。

1.2 平順性評價(jià)指標(biāo)

平順性的評價(jià)方法有很多，本文采用研究中運(yùn)用較多的加權(quán)加速度均方根值來評價(jià)，主要是對縱向(x向)、橫向(y向)、垂向(z向)3個(gè)方向的加速度進(jìn)行加權(quán)計(jì)算。總加權(quán)加速度均方根值計(jì)算公式為：

αw=[(1.4αxw)2+(1.4αyw)2+(1.4αzw)2]1/2.

其中：αxw、αyw和αzw分別為x向、y向和z向的軸向加速度值。αw數(shù)值與人的主觀感受之間的關(guān)系如表1所示。

經(jīng)過上述分析得到的平順性影響因素及評價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 多體動力學(xué)模型的建立

2.1 前懸架模型

本文的研究車輛采用的是麥弗遜式獨(dú)立前懸架，利用ADAMS/Car模塊建立的麥弗遜式獨(dú)立前懸架及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真模型如圖2所示。

2.2 后懸架模型

車輛后懸架采用的是多連桿獨(dú)立后懸架，利用ADAMS/Car模塊建立的多連桿獨(dú)立后懸架仿真模型如圖3所示。

表1 αw與人的主觀感受之間的關(guān)系

圖1 平順性影響因素及評價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)框圖

圖2 麥弗遜式獨(dú)立前懸架 圖3 多連桿獨(dú)立后

及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真模型 懸架仿真模型

2.3 輪胎模型

輪胎的選取及輪胎與地面的相互作用對車輛的平順性影響很大，所以在整車平順性仿真分析時(shí)我們采用ADAMS/Car模塊中自帶的耐久型輪胎模型而非操縱型輪胎，原因是仿真所需頻率較高，仿真時(shí)間可能會比較長，而我們選取的隨機(jī)路面和車輛行駛速度對輪胎的操縱性要求比較低。

2.4 隨機(jī)路面模型

根據(jù)GB/T 4970-2009的要求[4]，對整車進(jìn)行隨機(jī)輸入仿真試驗(yàn)時(shí)，仿真時(shí)間應(yīng)為5 s，隨機(jī)路面選取B級瀝青路面，其輸出頻率為200 Hz。車輛行駛速度根據(jù)常用測試速度為40 km/h～100 km/h取其中間值70 km/h的勻速行駛狀態(tài)。

2.5 整車模型

將建立好的汽車前后懸架模型、轉(zhuǎn)向模型、輪胎模型等進(jìn)行裝配，就得到了需要的整車平順性試驗(yàn)?zāi)Ｐ停鐖D4所示。試驗(yàn)車輛主要幾何參數(shù)及物理參數(shù)如表2所示，建模所需的減震器阻尼比、橡膠片等力學(xué)參數(shù)均由試驗(yàn)獲得，質(zhì)心位置、載重質(zhì)量、零部件質(zhì)量等試驗(yàn)參數(shù)可查閱資料、測量或試驗(yàn)獲取。

圖4 整車仿真模型及四柱試驗(yàn)臺

表2 試驗(yàn)車輛主要幾何參數(shù)及物理參數(shù)

3 虛擬仿真測試

運(yùn)行仿真后，用ADAMS進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到了剛度參數(shù)為20 N/mm時(shí)整車質(zhì)心在縱向、橫向、垂向3個(gè)方向的加速度曲線，如圖5、圖6、圖7所示。

同時(shí)，利用ADAMS/PostProcessor模塊中的FFT功能，可形成汽車質(zhì)心在3個(gè)軸向上的加速度功率譜密度曲線，圖8、圖9、圖10所示。

4 數(shù)據(jù)處理及分析

對30 N/mm、40 N/mm兩組參數(shù)進(jìn)行了同樣的仿真測試后，將3組曲線進(jìn)行比較，獲得的數(shù)據(jù)根據(jù)《汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法》及本文闡述的平順性評價(jià)辦法進(jìn)行計(jì)算，得到的3組分析結(jié)果見表3。

圖5 整車質(zhì)心縱向加速度曲線 圖6 整車質(zhì)心橫向加速度曲線 圖7 整車質(zhì)心垂向加速度曲線

圖8 整車質(zhì)心縱向加速度功率譜密度曲線 圖9 整車質(zhì)心橫向加速度功率譜密度曲線 圖10 整車質(zhì)心垂向加速度功率譜密度曲線

表3 數(shù)據(jù)分析計(jì)算結(jié)果 m/s2

5 結(jié)論

懸架剛度對平順性的影響十分明顯，建議在汽車制造過程中考慮用最合適的懸架剛度來保障汽車的平順性。在本試驗(yàn)環(huán)境和條件下，剛度為30 N/mm的懸架可以為本車提供最好的平順性保證。實(shí)際運(yùn)用中，汽車的前、后懸架載重分配不同，后懸架載重更大，故前、后懸架彈簧的剛度應(yīng)該也有差別，如需繼續(xù)研究剛度對平順性的影響，應(yīng)將前、后懸架分開來計(jì)算。

[1] 李陽，唐應(yīng)時(shí)，方瓊，等.某越野車平順性試驗(yàn)的仿真[J].汽車技術(shù)，2006(2)：35-37.

[2] 李成.基于Adams的汽車平順性建模與仿真分析[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)，2010,31(9):99-102.

[3] 孫學(xué)軍，王霄鋒，李克強(qiáng).驅(qū)動力對麥弗遜懸架力學(xué)性能影響的可靠性靈敏度分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2008(4):10-12.

[4] 長春汽車研究所,國家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 4970-2009 汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法[S].北京：中國質(zhì)檢出版社,2009:1-25.

(英文摘要Influence of Suspension Stiffness on Automobile Ride Comfort

JI Wei, YU Wen-hua

(School of Technology, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

By using multi-body dynamics software ADAMS/Car module, the model of a vehicle system including the front and rear suspension system, tire system, steering system was set up, the virtual simulation test rig for random road input test was designed. Using the test rig, the ride comfort of the established vehicle model was analyzed, to get the corresponding simulation data. Keeping the pavement, tire motivation, vehicle load, suspension damping constant, only changing the suspension stiffness, the simulation of vehicle ride comfort under different suspension stiffness was carried, so as to achieve the influence of suspension stiffness on the vehicle ride comfort. The conclusion is that we should choose suitable suspension stiffness for a particular vehicle to guarantee the vehicle ride comfort.

suspension stiffness; ride comfort; analysis

1672- 6413(2015)06- 0118- 02

2015- 09- 08；

2015- 10- 28

紀(jì)偉(1989-)，男，山東煙臺人，在讀碩士研究生，研究方向：汽車運(yùn)用與檢測。

TP391.7∶U463.3

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