某SUV車型整車平順性仿真分析

袁上海 黎 可

（1.廣汽三菱汽車有限公司，長(zhǎng)沙 410100；2.湖南信息學(xué)院，長(zhǎng)沙 410100）

汽車平順性是指汽車在一般行駛速度范圍內(nèi)行駛時(shí)，避免因汽車在行駛過(guò)程中所產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊，使人感到不舒服、疲勞，甚至損害健康，或者使貨物損壞的性能。由于平順性主要是根據(jù)乘員的舒適程度來(lái)評(píng)價(jià)，所以又稱為乘坐舒適性[1]。汽車平順性是整車性能的重要組成部分，也是決定汽車競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵性能之一。某SUV車型在基礎(chǔ)車型上進(jìn)行改款，需對(duì)其平順性進(jìn)行仿真分析與評(píng)價(jià)。

1 仿真輸入條件

1.1 整車參數(shù)

本次仿真分析的某SUV車型空載質(zhì)量為1 410 kg，其中前軸荷830 kg，后軸荷580 kg，軸距2 670 mm，輪距1 525 mm。

1.2 懸架參數(shù)

懸架系統(tǒng)是影響整車平順性的關(guān)鍵系統(tǒng)。懸架參數(shù)設(shè)計(jì)合理與否直接決定著整車的平順性。某SUV車前懸架采用麥弗遜獨(dú)立懸架，構(gòu)造簡(jiǎn)單，體積較小，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)艙布局。后懸架采用多連桿獨(dú)立懸架，可以使車輪與地面盡最大可能保持垂直，提高輪胎貼地性，保證較好的舒適性和操縱穩(wěn)定性。懸架參數(shù)如表1所示。

表1 懸架參數(shù)

1.3 輪胎參數(shù)

輪胎也是影響汽車平順性的關(guān)鍵。前后輪均采用17寸子午線輪胎，輪胎規(guī)格215/60 R17 96H，自由半徑346 mm，徑向剛度226 N·mm-1，橫向剛度143 N·mm-1，最大摩擦系數(shù)1.23。

2 整車多體動(dòng)力學(xué)模型

整車多體動(dòng)力學(xué)仿真模型采用ADAMS/Car軟件建立[2-4]。模型由前懸架子系統(tǒng)、后懸架子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)、車身子系統(tǒng)、前后車輪子系統(tǒng)、動(dòng)力總成子系統(tǒng)和制動(dòng)子系統(tǒng)等進(jìn)行裝配完成。由于車身子系統(tǒng)、動(dòng)力總成子系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)整車平順性影響較小，因此進(jìn)行了合理簡(jiǎn)化。

3 平順性仿真分析

3.1 隨機(jī)輸入下的平順性仿真

根據(jù)國(guó)標(biāo)要求，按路面不平度將隨機(jī)路面分為A～H共8個(gè)等級(jí)[5]。考慮到該車型的定位為城市SUV，行駛路面大部分為A級(jí)路面和B級(jí)路面。因此，隨機(jī)輸入平順性仿真采用B級(jí)路面進(jìn)行。通過(guò)ADAMS/Car的路面發(fā)生器進(jìn)行隨機(jī)路面的建模，空間功率譜密度值選擇國(guó)標(biāo)規(guī)定的B級(jí)路面對(duì)應(yīng)值。

按照汽車平順性試驗(yàn)國(guó)標(biāo)[6]的方法，分別對(duì)車輛在40 km·h-1、60 km·h-1、80 km·h-1和100 km·h-1速度下，在B級(jí)隨機(jī)路面行駛時(shí)的平順性進(jìn)行仿真分析，得出車身X、Y、Z這3個(gè)方向的加速度響應(yīng)。圖1為40 km·h-1車速下的加速度響應(yīng)時(shí)間歷程曲線。

圖1 車速40 km·h-1隨機(jī)輸入下的加速度響應(yīng)

加速度響應(yīng)時(shí)間歷程曲線通過(guò)頻譜分析得到功率譜密度函數(shù)，按國(guó)標(biāo)方法計(jì)算出X、Y、Z這3個(gè)方向的加權(quán)加速度均方根值a-wx、a-wy、a-wz,以及總加權(quán)加速度均方根值a-v和總加權(quán)振級(jí)，如表2所示。

表2 隨機(jī)輸入平順性仿真結(jié)果

根據(jù)仿真分析結(jié)果，該車在B級(jí)路面隨機(jī)輸入下的最大總加權(quán)加速度均方根值為0.040 5 m·s-2，最大總加權(quán)振級(jí)為92.1 dB。按照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，最大總加權(quán)振級(jí)小于110 dB時(shí)，屬于“沒(méi)有不舒適”的評(píng)價(jià)范圍之內(nèi)。可知，該車在隨機(jī)輸入激勵(lì)下，平順性表現(xiàn)良好。

3.2 脈沖輸入下的平順性仿真

脈沖輸入下的平順性反映了車輛在行駛中越過(guò)障礙物時(shí)的振動(dòng)和沖擊水平。過(guò)大或者不收斂的響應(yīng)會(huì)影響駕乘人員的舒適性，甚至對(duì)駕乘人員身體造成傷害。因此，需要進(jìn)行車輛脈沖輸入下的平順性仿真分析。

根據(jù)汽車平順性國(guó)標(biāo)試驗(yàn)國(guó)標(biāo)中的試驗(yàn)方法，建立三角形單凸塊路面（長(zhǎng)400 mm，高40 mm），分別以10 km·h-1、20 km·h-1、30 km·h-1、40 km·h-1、50 km·h-1和60 km·h-1的車速通過(guò)三角形凸塊進(jìn)行脈沖輸入行駛路面仿真分析。

各車速下的車身垂向加速度響應(yīng)時(shí)間歷程，可得出各車速下的車身垂向加速度最大響應(yīng)（絕對(duì)值），如表3所示。

表3 各車速脈沖輸入下的加速度響應(yīng)

將垂向加速度最大響應(yīng)與車速的關(guān)系進(jìn)行擬合，擬合曲線如圖2所示。根據(jù)擬合曲線結(jié)果，該車與路面出現(xiàn)共振時(shí)的車速為33 km·h-1，此時(shí)垂向加速度最大響應(yīng)值為7.16 m·s-2。車速繼續(xù)增大時(shí)，加速度最大響應(yīng)值有所減小，成收斂趨勢(shì)。可見(jiàn)，整車在脈沖輸入下平順性表現(xiàn)良好。

圖2 垂向加速度最大響應(yīng)與車速關(guān)系擬合曲線

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)建立多體動(dòng)力學(xué)整車仿真模型，根據(jù)國(guó)標(biāo)要求，對(duì)某SUV車型在B級(jí)隨機(jī)輸入路面和三角形凸塊脈沖輸入路面下行駛時(shí)的整車平順性進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明：該車型在B級(jí)隨機(jī)輸入路面下最大總加權(quán)加速度均方根值為0.040 5 m·s-2，最大總加權(quán)振級(jí)為92.1 dB；在三角形凸塊脈沖輸入路面下最大垂向加速度為7.16 m·s-2，且隨車速增加成收斂趨勢(shì)。綜合兩項(xiàng)仿真結(jié)果可知，該車的整車平順性整體表現(xiàn)良好，符合產(chǎn)品定位要求。