基于Adams/car汽車平順性仿真與分析＊

張晨光，王琳，蘇羅，秦昊雯

（蚌埠學院機械與車輛工程學院，安徽 蚌埠 233030）

前言

平順性是汽車重要性能之一，隨著汽車技術的飛速發展，人們對乘坐舒適性的要求也越來越高。汽車行駛時由于路面不平和車速的變化會引起車輛不同程度的振動與沖擊，這種動態特性不能超過一定界限，以保證乘員的舒適性[1]。為了評價及改善汽車的平順性，研究人員做了大量的研究[2-5]。李麗軍等[6]采用Adams建立整車模型，進行整車平順性仿真，求出不同路面駕駛員座椅上方加權加速度均方根值隨車速的變化關系，為后續優化設計提供參考。杜充[7]利用 Matlab/Simulink模塊建立了11自由度的整車平順性模型，研究車速分別為50 km/h、70 km/h和90 km/h時汽車的平順性隨非簧載質量的變化，總結出汽車平順性的影響因素。劉彪等[8]在CarSim中建立汽車平順性仿真模型，對汽車速度在50 km/h，60 km/h，70 km/h，80 km/h進行時域仿真，并對汽車質心垂向加速度功率譜密度函數的頻域計算，最終發現汽車平順性良好。

本文以某乘用車為研究對象，利用Adams/Car模塊建立整車模型，對該汽車不同車速下行駛平順性進行仿真分析，并根據平順性指標對其進行評價，為今后在汽車平順性研究提供一定參考。

1 整車動力學建模

結合整車參數，如表1所示，在Adams/Car模塊中建立整車模型，為了方便建模，整車需要簡化，簡化后的模型主要包括前、后懸架系統 （前懸架為麥弗遜式獨立懸架、后懸架為多連桿懸架）、轉向系統 、制動系統 、動力系統輪胎、車身等，各總成硬點坐標、性能和結構參數主要參考實車獲得，將建好的各個子系統模型通過相應的通訊器進行裝配，可以得到整車模型如圖1所示。

表1 參考車型關鍵參數表

圖1 整車模型圖

2 整車平順性仿真與分析

2.1 整車平順性評價指標

ISO 2631-1：1997（E）標準規定，當振動波形峰值系數＜9時，用基本的評價方法—加權加速度均方根值來評價振動對人體舒適和健康的影響，用該方法評價時要先計算各軸向加權加速度均方根值[1]。

（1）加權加速度均方根計算

式中T為振動分析時間。

（2）頻率加權函數ω(f)

（3）功率譜密度函數

（4）三個軸向的總加權加速度均方根值可以按下式計算

加權加速度均方根值與人主觀感受存在很大的關系，可以用來評價汽車平順性，具體對應關系如表2所示。

表2 加權加速度均方根與人主觀感受之間的關系

2.2 隨機路面輸入

隨機路面可以通過 Adams/Car Ride中路面譜生成器獲得，該生成器基于一種經驗模型，綜合了不同類型的道路測量參數，通過輸入空間功率譜密度幅值、速度功率譜密度幅值、加速度功率譜密度幅值等參數生成不同等級的路面。ISO/TC 108/SC2N67中提出的“路面不平度表示方法草案”和GB 7031《車輛振動輸入—路面平度表示》[9]標準中均建議路面功率譜密度的擬合公式如下：

式中：n為空間頻率（m-1）；n0為參考空間，n0=0.1m-1；Gq（n0）為路面不平度系數，單位為m3；W為頻率指數。

2.3 整車平順性仿真分析

為了驗證模型的準確性與合理性，根據 GB/T4970-1996《汽車平順性 隨機輸入行駛試驗方法》[10]要求地試驗條件和工況 ，在隨機路面輸入下對汽車的平順性進行分析。由于篇幅的限制，研究選取試驗車速分別為 40km/h、50km/h、60km/h，由于車輛多數在B級、C級路面上行駛，故隨機路面輸入分別為B級和C級。時域響應下汽車質心垂向加速度的仿真結果如圖2、圖3所示：

圖2 B級路面不同車速汽車質心加速度時域曲線

圖3 C級路面不同車速汽車質心加速度時域曲線

根據汽車質心三個軸向加速度數值，可以求出總加權加速度均方根值，結果如表3所示。

表3 汽車質心加權加速度均方根值

由圖2、圖3和表3可以看出，無論在B級還是C級隨機路面上，隨著車速的增加汽車質心加權加速度均方根值隨之增加，B級路面汽車的平順性相對C級路面要好；當車速為50km/h時，汽車在C級路面上行駛，質心加權加速度均方根值為 0.495m·s-2，此時人坐在里面已經有些不舒服了，當車速達到 60km/h時，質心加權加速度均方根值為0.613m·s-2，乘客的感受也是有些不舒服。通過仿真結果可以看出，當車速在40-60km/h時，隨著車速增加人主觀感覺稍有些不舒服，但總體上在 0.315-0.63m·s-2的區間內，滿足平順性要求。

3 結論

（1）以某乘用車為參考車型，經過簡化處理后在Adams/car模塊建立整車模型，主要包括前后懸架、轉向系統、制動系統、動力系統輪胎、車身等子系統，然后進行通訊連接。

（2）根據GB/T4970-2009《汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法》，通過參數設置，使車輛分別在B級和C級的隨機路面上以不同車速進行勻速行駛，計算汽車質心三個軸向的時域加速度，并求出質心的總加權加速度均方根值；

（3）汽車在不同等級路面上行駛，汽車平順性表現差異較大，路面越差，車速越高，人的主觀感受越不舒服，后續將對懸架參數進行優化，進一步優化整車模型，改善汽車的平順性。