基于Adams的整車過坎舒適性提升

吳罡， 吳澈

(奇瑞汽車股份有限公司 汽車工程技術研發總院,安徽 蕪湖 241006)

0 引 言

隨著技術的進步和汽車保有量的增加，用戶對車輛性能的需求也不斷提升，尤其是在與舒適性相關的維度上。根據汽車魅力指數研究(APEAL)模型和評價維度，駕乘感受已成為影響汽車魅力指數的關鍵指標。在衡量駕乘感受的要素中，乘坐舒適度是其主要的衡量指標之一。

客戶對車輛舒適性的追求永無止境，各汽車廠家也紛紛建立自己的主、客觀評價體系。相較于主觀評價的專業性和難以量化的問題，客觀評價方法能進行很好地彌補。同時，為減少實車性能的反復調校、更加明確舒適性的提升路徑，各汽車廠家紛紛使用虛擬分析結合實車驗證的方法改善車型。

本文建立整車Adams仿真模型，以常用的過坎工況路面為激勵，模擬整車過坎工況，提取座椅加速度并計算反映整體舒適性的客觀指標，通過對比各參數調整方案所對應的舒適性指標，識別關鍵影響因素，制定零部件調校方案并進行實車驗證。

1 舒適性客觀評價指標

乘客感知到的駕乘舒適性差異，可以通過座椅位置的振動進行衡量，但振動信號通常很復雜，包含許多頻率，并且隨時間變化，很難從時域信號準確識別出振動量的大小。

ISO 2631-1：1997是有關人體感知的振動評價標準，各汽車廠家也都有自己的客觀評價方法。通過對標準的解讀，并結合實踐過程中的實用性與便利性，本文選擇基礎評價指標+VDV(4次方振動劑量值)衡量舒適性。該方法使用時域加速度信號的4次方作為平均基礎，比其他評價指標(如均方根值等)更能凸顯振動峰值的影響[1]。

(1)

式中：aw(t)為時域加速度；XVDV的單位為m/s1.75或rad/s1.75。

2 虛擬分析方法

利用Adams軟件搭建整車分析模型，需要建立至少包含前、后懸架子系統，轉向子系統,懸置子系統,穩定桿子系統,車身子系統和前后輪胎子系統的整車模型[2-3]，見圖1。

圖 1 整車動力學模型

分析過程中使用的輪胎模型文件格式為.fire，輪胎規格為225/60R18。對比分析實車采集的座椅導軌加速度數據，發現體現該輪胎模型的仿真結果與趨勢最為接近，可以作為識別舒適性提升關鍵因素和制定可行性方案使用[4]。

以調整某單個因素為例，說明虛擬分析方法在尋找舒適性關鍵影響因素中的作用。如圖2所示，模型采用不同參數的前緩沖塊，用模型模擬沖擊減速坎，沖擊速度30 km/h，減速坎高度50 mm。

圖 2 不同剛度前緩沖塊的力-位移曲線

得到的座椅導軌處加速度曲線見圖3，其幅值越大，證明對應參數下的振動沖擊越明顯。通過分析可知，影響車輪過坎工況、座椅位置振動大小的關鍵影響因素主要涉及以下6個方面。

圖 3 座椅導軌處過坎沖擊下的時域加速度

(1)減震器阻尼。通過降低高速段的減振器壓縮阻尼，可以減小沖擊加速度。

(2)發動機懸置參數。對于普通橡膠懸置，越早的限位設計越能抑制振動，減少過坎后的多余顫動現象，即“after shake”現象。

(3)前懸架縱向柔度。越大的縱向柔度會帶來越小的沖擊加速度，主要通過控制臂后襯套的剛度和橡膠襯套空腔方向的位置進行調整。

(4)緩沖塊剛度及長度。在緩沖塊剛度不變的情況下，高度越短意味著不易起限位作用，沖擊加速度越小；同樣的高度下，剛度越低沖擊加速度越低。

(5)懸架垂向剛度。彈簧剛度越大，意味著同樣的沖擊下懸架行程越小，緩沖塊不易被大幅壓縮，沖擊加速度越小。當然，如果彈簧剛度過大，緩沖塊的影響權重下降，對結果的影響需進一步評價。

(6)硬點的布置。懸架硬點布置如果有利于垂跳工況下的輪心向后避讓(行駛方向的反方向)，沖擊加速度減小。

以上分析是基于單個因素影響的結果，實際上在上述因素組合后，根據整車設計的差異會有不同的表現。這些單個因素的分析結論，為實車調校提供非常重要的優化方向[5-6]。

3 實車調校方案及其效果確認

理論分析中的一些方案(如硬點的布置)，在結構框架設計完成后很難以較小的代價實現更改，因此本文結合實際情況選取其中一些重要的影響因素，評估優化方案對過坎沖擊舒適性的改善情況[7]。

減振器阻尼參數的影響結果見圖4。圖中原車基準狀態的減振器阻尼為“origin”狀態，優化后為“new”狀態，二者的差異是優化后的減振器阻尼可降低高速段的阻尼[8]。

圖 4 減振器阻尼參數的影響結果

減振器緩沖塊參數的影響結果見圖5。圖中原車基準狀態的減振器緩沖塊為“origin”狀態，優化后為“new”狀態，二者的差異是優化后高剛度位置后移。實車表現中意味著同樣的輪心行程，在緩沖塊壓縮相同的情況下，緩沖塊產生的支反力更小。

圖 5 減振器緩沖塊參數的影響結果

發動機懸置參數的影響結果見圖6。圖中原車基準狀態的發動機懸置參數為“origin”曲線，優化后為“new”曲線，二者的差異是優化后的曲線更早達到大剛度限位。優化目的是讓動力總成更早達到限位位置，以此減小動力總成振動造成的附加載荷[9]。

圖 6 發動機懸置參數的影響結果

控制臂后襯套參數的影響結果見圖7。圖中，原車基準狀態的控制臂后襯套為“量產”曲線，優化方案為增加曲線的線性段長度1.5 mm，實現輪心縱向柔度的提升，減緩沖擊。

圖 7 控制臂后襯套參數的影響結果

根據本文所述的優化方案，在體現減振器阻尼參數、緩沖塊參數、發動機懸置參數及控制臂后襯套參數優化的實車上，進行座椅處z向振動加速度信號的采集，并與優化前參數以及競品車型進行對比，得到如圖8所示的時域振動加速度信號對比曲線。

圖 8 座椅z向振動加速度客觀測量數據

對優化前、后的實車進行主觀評價，得到的打分情況見圖9。

圖 9 整車性能主觀評價

通過對時域振動加速度客觀測量數據進行計算分析，得到優化前、后的XVDV值，可以直觀地看到，XVDV改善幅度為11.93%。綜合客觀測量和主觀評價：客觀上大沖擊加速度峰值明顯降低，主觀上整車舒適性有較大提升，操穩性能可以接受[10-11]。

4 結束語

通過Adams建立虛擬整車模型，在特定路面進行仿真分析，可以快速有效地識別關鍵影響因素；在整車舒適性調校中，結合舒適性客觀評價指標VDV值，可以將復雜的時域信號轉換為較為容易進行客觀比對的單一參數。本文結合虛擬仿真和客觀測量數據的后處理，成功提升某車型的舒適性，并已在量產車型中實施。