半挂汽车列车车架的柔性化对平顺性的影响

豳圜TECHNICFORUM半挂汽车列车车架的柔性化对平顺性的影响LNFLUENCEOFFIEXIBLIZATI0NOFFRAMEONSEMITRAILERTRAINSMOOTHNESS梁文英马力杨乐LIANGWENYINGETAL武汉理工大学汽车工程学院湖北武汉430070摘要针对车架柔性对驾驶室平顺性的影响，建立了半挂汽车列车全浮式驾驶室平顺性分析的整车刚柔多体系统仿真模型和整车多刚体系统仿真模型，并对整车多体系统模型进行了仿真分析。通过对刚柔多体系统和多刚体系统之间的分析比较，分析和评价了车架柔性对驾驶室平顺性的影响。关键词驾驶室悬置系统车架柔性平顺性仿真分析ABSTRACTTHEPROBLEMOFTHEINFLUENCETHATTHEFLEXFLAMEHASTOCABSMOOTHNESSISSTUDIEDTHERIGIDFLEXIBLEMULTIBODYSYSTEMMODELANDMULTIBODYSYSTEMMODELOFWHOLEVEHICLEFORTHECABRIDECOMFORTOFSEMITRAILERTRAINAREBUILTTHESMOOTHNESSANALYSISISSTUDIEDFORTHEWHOLEMULTI_B0DVVEHICLEBYTHECOMPARISONANDANALYSISBETWEENRIGIDFLEXIBLEMULTIBODYSYSTEMANDMULTIBODYSYSTEM，THEIMPACTTHATTHEFLEXOFFLAMEHASTOTHECABRIDECOMFORTISANALYZEDANDEVALUATEDKEYWORDSCABSUSPENSIONSYSTEM；FLEXFRAME；SMOOTHNESSSIMULATIONANDANALYSIS中图分类号U46954O3文献标识码A文章编号100402262010100056031引言随着人们对乘坐舒适性要求的提高，半挂汽车列车的平顺性也引起了人们越来越多的关注。由于全浮式驾驶室悬置隔振技术能有效提高驾驶室的平顺性，因而受到广泛关注，目前已有较多研究。例如，文献【1在考虑车架柔性的基础上对单车进行了驾驶室悬置系统优化设计，文献2将半挂车列车整车作为多刚体模型进行了全浮式驾驶室悬置系统平顺性仿真分析。但是，关于半挂汽车列车车架的弹性对驾驶室平顺性影响的研究尚未见报道。然而，在实际的车辆结构中，由于车架、车桥和车轮等主要部件均是具有弹性的，这些部件的弹性是否会对整车的平顺性产生影响都需要进行研究分析。因此本文针对半挂车列车牵引车和半挂车车架的弹性，将车架柔性化，建立了整车刚柔多体系统仿真模型，同时，为了便于分析比较，建立了整车多刚体系统模型，以对整车多体系统进行平顺性仿真分析，并利用仿真结果对驾驶室平顺性进行综合评价，对比多刚体模型仿真的结果，得到分析车架的柔性化处理对驾驶室平顺性的影响。2整车多体系统仿真模型的建立所研究的半挂汽车列车的牵引车采用4X2N动，平头式驾驶室，半挂车为集装箱式半挂车。整车结构参数为整车长15500MM，牵引车轴距为3400MM，半挂车轴距为6700FILM，轮距为1850MM，货箱长为12000MM；牵引车整备质量为6500KG，半挂车整备质量为7000KG，载重量为20000KG。驾驶室悬置采用全浮式悬置隔振系统，通过前后左右四组弹簧阻尼元件与牵引车车架相连。牵引车底盘前悬为纵置板簧式非独立悬架，后悬为钢板弹簧和空气弹簧组成的复合悬架结构。建模时，在分析悬置系统和底盘悬架系统结构特点的基础上，将其用弹性元件、阻尼元件和导向构件进行综合建模，并使其满足系统的力学特征。这样可以减小计算规模，使得在目前常见计算机系统下，满足刚柔多体计算仿真时的计算规模，计算时间和计算精度的协调。第作者梁文英，女，1987年生，硕士研究生。主要研究方向汽车结构设计与分析牵引车架的质量为880KG，柔性半挂车车架的质量为2142KG，利用离散化的方法建立柔性车架。对在整车多刚体仿真模型中的车架刚体模型，利用ADAMSAUTOFLEX模块，进行网格划分，离散后生成柔性车架。柔性化部件的自由度数对整车仿真分析的计算规模和时间有很大影响，经试算研究，将牵引车车架划分为15871个节点和9038个单元，将半挂车车架划分为21467个节点和11021个单A牵I车车架柔性化模型B半挂车车架柔性化模型围1柔性车架模型图元。建立起的柔性车架模型如图2所示。对柔性车架进行模态分析，得到牵引车车架的前三阶固有模态频率为L256HZ、2594HZD3764HZ，半挂车车架的前三阶固有模态频率为475HZ、638HZ131407HZ。可见半挂车车架的低阶频率比牵引车的低阶频率要低得多，对整车低频范围内的振动影响将更大。由于车架的弹性特征，在整车建模过程中将车架按柔性体处理，驾驶室、车桥和货箱等其它部件仍按刚性体处理，在软件ADAMS中建立整车刚柔多体系统仿真模型如图2所示。建立整车多刚体系统模型时，除刚性车架不同于刚柔多体系统模型的车架外，其余均相同。1驾驶室2座椅3驾驶室前悬置系统4牵引车柔性车架5牵引车前悬置系统6牵引车后悬置系统7振动台8半挂车悬置系统9半挂车柔性车架10货厢11驾驶室后悬置系统图2半挂汽车列车整车刚柔多体仿真模型3驾驶室悬置隔振系统平顺性仿真分析31输入输出通道的建立对整车多体系统仿真模型验证正确无误后，在模型上建立输入输出通道。对整车模型共建立了L4个输入通道和16个输出通道，其中，10个输入用于整车振动输人，位置对应与牵引车和半挂车车轮所在的振动台，另外四个对应于辅助振动台处，用于生成加权滤波函数，六个输出通道位于驾驶员坐垫处，三个位于靠背处，三个位于脚踏处，另外的四个对应于四个辅助输入通道。输入输出通道可以被启用或是闲置，仿真时根据实际需要选择。对驾驶室悬置隔振系统进行平顺性评价时，可以只考虑坐垫处垂直和水平方向的轴向加速度均方根值。32多体整车系统仿真分析以40KMH车速下B级路面谱为振动激励，以坐垫处的三个轴向方向的加速度为趟馨擘1F0IL01001000期率图3多刚体整车系统坐垫处加速度PSD曲线N曩翠HZ图4刚柔多体整车系统坐垫处加速度PSD曲线振动输出进行仿真分析，得到10个振动台输人对应的坐垫处三方向加速度PSD曲线。多刚体整车系统坐垫处加速度PSD曲线如图3所示，由图3可知，在03HZ附近，Y、Z方向出现波峰在15HZ附近，X、ZTS向均出现波峰在19HZ附近，X、Y、Z方向均出现波峰在35HZ附近，X、方向均出现波峰在5HZ附近，三个方向均出现峰值。刚柔多体整车系统坐垫处加速度PSD曲线如图4所示，由图4可知，在11HZ附近，Y、Z方向出现峰值；在17HZ附近，X、Z方向均出现峰值I在2HZ附近，X、Z方向均出现峰值；在3HZ附近，X、Y、Z方向均出现峰值；在4HZ附近，X、Z方向均出现峰值。4驾驶室悬置隔振系统仿真综合评价进行系统仿真评价之前须先对各向加速度PSD曲线进行滤波加权处理。利用ADAMS软件中实现输出加速度PSD网络滤波加权的方法，得到的多刚体整车模型和刚柔多体整车模型经滤波加权后的滤波加权加速度PSD曲线如图5和图6所示。对比图3和图4可以看出，经过滤波后坐垫三方向上的加速度PSD曲线在05HZ范围以内的曲线均被滤去，在超过3HZ以外的曲线峰值和曲线整体都被衰弱，整体曲线呈现正常状态。比较图5和图6，在1N2HZ的范围内，多刚体系统与刚柔多体系统加速度PSD曲线较类似，且波峰所对应的模态频率也非常接近，这是因为牵引车柔性车架的第一阶频率在12HZ附TECHNICFORUM露圜基馨期率H图5多刚体整车系统坐垫处加速度加权后PSD曲线馨1煅X方向向、。“率，HZ”图6刚柔多体整车系统坐垫处加速度加权后PSD曲线近，半挂车柔性车架的第一阶频率在5HZ附近，距离LN2HZ较远，所以对整车系统动态特性的影响也较小；在3LOHZ的范围内，刚柔多体系统加速度PSD曲线的波峰所对应的频率值均比多刚体系统加速度PSD曲线波峰对应的频率值低O52HZ，这是由于牵引车车架和半挂车车架的柔性对整车系统动态特性的影响。表2加权前后坐垫处、V、Z方向加速度均方根值MS表2列出了系统仿真加权前后座椅坐垫处X、Y、Z方向的加速度均方根值。可以看出，经过滤波加权后的三方向加速度均方根值比滤波前均有了明显的降低，与人的主观感受更为接近。刚柔多体系统坐垫处三方向的加速度均方根值比多刚体系统坐垫处三方向的加速度均方根值要高许多。在进行网络滤波加权后，柔性多体系统坐垫处X、Y、Z方向的加权加速度均方根值分别比多刚体系统坐垫处三方向的加权加速度均方根值高2815、4059和1788。参考平顺性评价标准ISO263111997E人体承受全身振动评价，同时考虑三个方向的轴向振动时，三个轴向的总加权加速度均方根值可以表示为“、【1L4A14AA_L2式中，A、和A和分别表示坐垫处X、Y、三个方向的加权加速度均方根值，下转第59页图3控制图选用方法确定控制图类型后，首先要定义测量系统并做测量系统分析，在确定测量系统是可接受的前提下方可继续如下步骤A建立数据收集计划。好的数据收集计划能够最大程度探测到过程的变化，故在收集数据时需要考虑样本含量大小、取样频率及合理的子组组数等因素；B收集数据。为了建立控制限，至少应收集25组或更多个子组内包含100或更多个数据；C建立初始控制限。控制限是有控制统计量的本来变差所决定的，故在这阶段需要通过计算相应的控制统计量来确定控制图的中心和上下控制限，并完成相应的控制图；D分析控制图图形。如果过程没有异常波动影响变差，则控制统计量将随机地落在控制限之内；如果发现控制图上有点超出控制限或控制限内的点呈明显非随机分布如明显的趋势、循环等，则需要分析并排除异常波动后重新计算控制限，直到监控过程处于统计受控，故这个阶段的控制图也叫分析用控制图；E把控制限应用于过程持续控制。在确定过程处于统计受控后，可以延长分析用控制限，将其用于控制用控制图；F定期分析和改进。如果一个过程仅仅处于统计受控而其偶然波动大干公差，则这种过程是不可接受的，需要分析过程本身并采取管理措施来减少偶然波动，从而改进质量使之更低的成本。通过对控制用控制图进行周期的、系统的评审来不断地分析过程的长期性能，来发现新的异常波动并采取措施，不断地改进TECHNICFORUM囤圜过程。目前对于连续型数据，均值极差图是一种应用较多的工具，而P图则是离散型数据使用较广泛的控制图。4使用控制图中常见的问题控制图可以用来监察过程的输入或输出，鉴别过程是否处于失控状态，探测过程中是否有异常波动，但不能识别也不能消除造成异常波动的原因。目前，很多企业在使用控制图时，容易出现如下问题A控制图上有产品规格线或直接把产品规格线作为控制限使用产品规格线是过程限制之外的，非自然产生的，是相对固定的；而控制限是过程内部的，自然产生的，是相对变化的，所以在使用控制图时，千万不要将控制限和产品规格线相混淆；B控制图不在现场适时使用，而是办公室人员收集数据后来分析，等待事后处理，失去了控制图本来的作用；C控制图没有记录重大事项控制图反应的是过程的变化。生产的过程输入的要项为5MIE人、机、料、法、环、量，5MIE的任何变化都可能造成过程的异常波动。所以，在使用控制图的时候，5M1E的任何变化，我们都要记录在控制图中相应的时段上以便分析；D现场使用的控制图没有判异准则，出现异常波动时没有任何分析及应对措施，控制图形同摆式。多企业只是把控制图用于探测过程异常波动，很少有用于过程改善的。其实，当控制图的点显示有异常波动出现时，正是过程改善的契机；E控制限不定期更新当生产工艺、测量系统、工装夹具等有变更时，长时间没有失控记录，长时间连续发现失控记录时，需要对控制限进行更新。5结语在使用控制图中，首先要保证各质量特性值的有效性，其次，选择合适的控制图与样本容量是极其关键的。最后，要确定合适的抽样方案。在生产使用中，当过程发生变化时，需重新收集数据，确定新的样本容量控制限与取样方案。参考文献1马林六西格玛管理M第二版北京中国人民大学出版社，2007【2统计过程控JSPC参考手册M】第二版AIAG2005收稿日期20100720上接第57页可以计算出滤波后刚柔多体系统和多刚体系统坐垫处三方向轴向总加权加速度值分别为136MS和101MS，差别较大。由此可