ADAMSCAR不同轮胎模型的整车平顺性实例

1、阅百家科技过程说明ADAMS/CAR不同轮胎模型的整车平顺性分析实例在相同条件下，对使用不同轮胎模型的整车模型进行平顺性仿真。仿真结束后，在后处理模块获得汽车底盘质心处 x 、 y 、z 三个轴向的加速度曲线。为了确定路面引起汽车振动所在的频率范围，还需获取相应的加速度功率谱密度。最后，求加速度加权均方根值，评价振动对人体的影响。目 录第一章、参考资料1第二章、建模说明5一、生成5.2.1前轮胎模型5二、生成5.2.1后轮胎模型9三、生成其他三个轮胎模型10四、生成整车模型12第三章、仿真分析16一、平顺性仿真概述16二、随机路面生成16三、平顺性仿真条件设置16四、仿真过程17第四章、结果分

2、析19一、概述19二、操作说明20三、同等条件下，不同轮胎模型的汽车平顺性比较27四、同等条件下，不同车速的汽车平顺性比较34五、同等条件下，不同路面的汽车平顺性比较37第一章、参考资料在ADAMS虚拟样机仿真软件中按照实际使用情况可将轮胎模型分为操作性分析轮胎模型、耐久性分析即3D接触分析轮胎模型以及摩托车用轮胎模型三大类。由于本文中主要研究的是轮胎与路面间垂直力所引起的冲击振动情况，故应选用操纵性分析轮胎模型，其使用的是point follower的方式来计算轮胎由于路面不平激励所引起的垂直力。在操纵性分析轮胎模型组中提供了MF-tyre、Pacejka 89、Pacejka 94、PAC

3、2002、Fiala、5.2.1以及UA等轮胎模型，用户可以根据实际需要对模型数据进行修改。通过修改软件自带的轮胎模型文件来生成轮胎模型能够保证车辆仿真要求的一致性，从而保证仿真结果的可靠性。第二章、建模说明一、生成5.2.1前轮胎模型为建立轮胎模型，需先将acar共享文件中需要的轮胎数据复制到个人文件夹，本文进行汽车平顺性分析，适用于平顺性分析的轮胎模型有MF-tyre、Pacejka 89、Pacejka 94、PAC2002、Fiala、5.2.1以及UA等轮胎模型，本文选取4种类型：521_equation、mdi_fiala01、mdi_pac94、uat。将这4种轮胎数据从共享文件

4、夹复制到个人文件夹，如图：启动Adams/Car，进入标准界面。依次点击下图新建子系统，在弹出的对话框中输入下图，minor role选择front，表示建立前轮胎子系统，建立后轮胎时选择rear在template name 栏点击右键，选择共享文件夹中的操纵性轮胎模板，handling_tire.tpl点击ok，出现轮胎模型，在左侧模型树中右击whr_wheel或者whl_wheel，选择modify，弹出对话框，对话框右击property file，选search>private/tires.tbl，选择个人文件夹下复制好的521_equation.tir，轮胎模型变成下图 点击下图

5、出现当前子系统的信息如下查看无误后，点击保存，保存到个人文件夹二、生成5.2.1后轮胎模型参照生成5.2.1前轮胎模型方法，在新建对话框中minor role选择rear其余操作参考前面，最后保存，并查看信息三、生成其他三个轮胎模型采用上述方法建立其他三个数据的前后轮胎，最终模型如下1 mdi_pac94轮胎模型2 pac2002轮胎模型3 uat轮胎模型四、生成整车模型首先生成轮胎为fiala的整车模型。在标准截面，点击打开，打开一个共享文件夹中的整车模型，本文中打开MDI_Demo_Vehicle整车模型在TR_Front_Tires处右击，选择Replace项按下图选择TR_Front_

6、Tires，在subsystem(s) to add处右击，选择个人文件夹选择fiala_front_tires.sub点击OK后自动替换为fiala前轮胎，按上述过程将TR_Rear_Tires轮胎替换为fiala_rear_tires.sub替换后的模型树和模型如下另存为fiala_vehicle至此，轮胎模型为fiala的整车模型建立完成。参照上述过程生成其它轮胎模型的整车模型。第三章、仿真分析一、平顺性仿真概述根据GB /T4970 1996汽车平顺性随机输入行驶试验方法，分别在B, C 级随机路面下对不同轮胎模型的汽车进行平顺性仿真, B 级路面车速分别为60, 70, 80, 90

7、, 100 km /h, C 级路面车速分别为30,40, 50, 60, 70 km /h. 利用ADAMS 后处理功能得到车身各轴向加速度时间历程。在整个过程中，汽车需匀速行驶。二、随机路面生成本文根据Adams软件系统自带的二维随机路面，对其进行修改，变成适合本仿真的随机路面。路面基本参数如下：三、平顺性仿真条件设置因为ADAMS/Car中没有专门的平顺性仿真模块，所以需编制驱动控制文件（.dcf）控制汽车行驶，完成随机路面下汽车平顺性仿真试验。这里以汽车行驶速度为60km/h为例，说明dcf文件的设置。（1）仿真试验条件数据块设置因为汽车直线行驶，所以dcf文件中达到平衡方式采用STR

8、AIGHT，初始速度设为60km/h（16.667m/s），初始挡位置于 5 挡。其它速度下的 dcf 文件，仅需修改初始速度和初始挡位，初始挡位设置应与初始速度相适应。微操纵动作时间设为 10s，命名为comfort54.dcf保存到个人文件夹下，具体设置，如图所示。（2）平顺性仿真过程微操纵数据块平顺性微操纵数据块的具体设置，如图 4.2 所示。转向动作器采用转向盘转角方式，转向和油门都由驾驶器控制；制动、挡位和离合均由开环控制，整个过程中不采用制动，其值设为 0，挡位始终置于 5 挡，其余车速下微操纵模块的挡位设置，均与相应速度下采用的初始挡位相同，离合器结合，其值设为 0；在驾驶器控制

9、子数据块中，转向控制采用直线控制，速度由二次多项式（VEL_POLYNOMIAL）控制，多项式速度常量 VELOCITY 与试验条件数据块中的初始速度相同，加速度设为 0，系数设为 0，以此保证整个过程中汽车匀速行驶。四、仿真过程打开整车模型选择个人文件夹选择fiala_vehicle.asy选择整车分析路面文件选择个人文件夹下的2d_stochastic_uneven.rdf，驾驶控制文件选择个人文件夹下的comfort54.dcf，点击ok开始仿真，几秒后完成仿真。然后按键盘功能键F8切换到后处理界面，输出分析结果。第四章、结果分析一、概述在相同条件下，对使用不同轮胎模型的整车模型进行平顺

10、性仿真。仿真结束后，在后处理模块获得汽车底盘质心处 x 、 y 、z 三个轴向的加速度曲线。为了确定路面引起汽车振动所在的频率范围，还需获取相应的加速度功率谱密度。最后，求加速度加权均方根值，评价振动对人体的影响。本文分别将不同轮胎模型的平顺性底盘质心处 x 、 y 、z 三个轴向的加速度、加速度功率谱密度、加权加速度均方根值和总体加速度均方根值进行对比，研究不同轮胎模型对平顺性仿真的影响。加权加速度均方根值与人的主观评价的关系二、操作说明1.生成加速度曲线进入到后处理界面，依次选择下图中汽车底盘质心加速度的竖直方向加速度，点击Add Curves生成底盘质心竖直加速度曲线2.加速度功率谱密度

11、的获取选中要转换的加速度曲线，使其在后处理界面中显示，利用其中的 FFT 功能得到相应的加速度功率谱密度。具体操作为：点击 PlotFFT 进入 FFT 设置界面。FFT 对话框的具体设置，如图其中，X 轴为频率，Y-Axis 选中功率谱密度 PSD；设置要转换曲线的初始时间和结束时间，此处转换汽车行驶全部时间内的加速度；在 Windows Type 中，需选择过滤器以减少由于初始或结束条件不恰当引起的间断，因为 Welch 方法是求功率谱密度较好的方法，所以此处选择 Welch 方法；Points 为 FFT 变换点的数量； Number of Segments 为总体时间划分的段数。加速度

12、功率谱密度曲线如下3.加权加速度均方根值的计算汽车平顺性评价方法根据标准IS026311：1997(E)的规定，当振动波形峰值系数<9(峰值系数是加权加速度时间历程aw(t)的峰值与加权加速度均方根值a的比值)时，用基本评价方法一一加权加速度均方根值来评价机械振动对乘坐舒适性以及身体健康的影响。当峰值系数>9时，用辅助评价方法进行评价。基本评价方法用基本的评价方法来评价时，首先计算各轴向加权加速度的均方根值。具体有两种计算方法。(1)对记录的加速度时间历程a(t)，通过相应频率加权函数W(f)的滤波网络得到加权加速度时间历程aw(t)，按式(51)计算加权加速度均方根值。式中，T为

13、振动分析时间。频率加权函数W(f)(渐近线)垂直方向按照式(5.2)计算，水平方向按照(5.3)计算，式中频率f的单位为Hz。(2)对记录的加速度时间历程曲线a(t)进行频域分析得到加速度功率谱密度函数Ga(f)，按式(5-4)计算。然后根据表5.1中加权加速度均方根值与人的主观评价之间的关系进行评价。对于要求考虑三个轴向振动情况，按照式(5-5)计算三个轴向的总加权加速度均方根值。由于该计算过程比较复杂，所以借助数学计算软件MATLAB进行加权加速度均方根值的计算。在Adams后处理界面，将上述生成的加速度功率谱密度曲线导出为文本文件点击ok，保存到工作目录启动MATLAB，输入从Adams

14、导出的功率谱密度曲线数据fiala_pz在A下面将名称改为f，B下面名称改为p，单击右上角的对号。在主界面输入程序，回车，接着输入acc_Q并回车，得到fiala轮胎模型z轴向的加权加速度均方根值az=0.0016。acc_x=f;acc_y=p;ww=zeros;acc_num=0;for i=1:length(acc_x) % 频率加权函数（垂直方向） if acc_x(i)>=0.5 && acc_x(i)<2 ww(i)=0.5; elseif acc_x(i)>=2 && acc_x(i)<4 ww(i)=acc_x(i)/4;

15、 elseif acc_x(i)>=4 && acc_x(i)<12.5 ww(i)=1; elseif acc_x(i)>=12.5 && acc_x(i)<80 ww(i)=12.5/acc_x(i); else ww(i)=0; end acc_num=acc_num+ww(i)2*acc_y(i)*(acc_x(2)-acc_x(1); % 计算加权均方根值endacc_Q=(acc_num)0.5; % 加权加速度均方根值同理，选择longitudinal和lateral，分别生成汽车底盘质心纵向和横向的加速度曲线，功率谱密度曲

16、线，及加权加速度均方根值。在求解纵向和横向加权加速度均方根值时，更换计算程序acc_x=f;acc_y=p;ww=zeros;acc_num=0;for i=1:length(acc_x) % 频率加权函数（水平方向） if acc_x(i)>=0.5 && acc_x(i)<2 ww(i)=1; elseif acc_x(i)>=2 && acc_x(i)<80 ww(i)=2/acc_x(i); else ww(i)=0; end acc_num=acc_num+ww(i)2*acc_y(i)*(acc_x(2)-acc_x(1);

17、% 计算加权均方根值endacc_Q=(acc_num)0.5; % 加权加速度均方根值三、同等条件下，不同轮胎模型的汽车平顺性比较fiala_B_60_ax fiala_B_60_ay fiala_B_60_azfiala_B_60_pxfiala_B_60_py fiala_B_60_pz pac94_B_60_ax pac94_B_60_ay pac94_B_60_az pac94_B_60_px pac94_B_60_py pac94_B_60_pz U521_B_60_ax U521_B_60_ay U521_B_60_az U521_B_60_px U521_B_60_py U52

18、1_B_60_pz ua_B_60_ax ua_B_60_ay ua_B_60_az ua_B_60_px ua_B_60_py ua_B_60_pz仿真条件加权加速度均方根值仿真条件加权加速度均方根值仿真条件加权加速度均方根值仿真条件加权加速度均方根值fiala_px3.41E-05pac94_px2.85E-05U521_px3.33E-05ua_px5.47E-05fiala_py1.43E-04pac94_py2.77E-04U521_py2.76E-04ua_py2.53E-04fiala_pz0.0016pac94_pz9.53E-04U521_pz0.0016ua_pz1.80E

19、-03a(v)0.00161318a(v)0.00102957a(v)0.0016466a(v)0.0018361由上图和上表，可以得出如下结论1）同样车速和路面下，不同轮胎模型的 x 、y、z轴向加速度响应曲线趋势基本一致，其出现共振峰的频率也大体相同； 2）不同轮胎模型的x 、y、z轴向加权加速度均方根值相差不大，整体来看，pac94 模型较其它模型小。四、同等条件下，不同车速的汽车平顺性比较 fiala_B_70_ax fiala_B_70_ay fiala_B_70_az fiala_B_70_px fiala_B_70_py fiala_B_70_pz fiala_B_90_ax f

20、iala_B_90_ay fiala_B_90_az fiala_B_90_px fiala_B_90_py fiala_B_90_pz仿真条件加权加速度均方根值仿真条件加权加速度均方根值仿真条件加权加速度均方根值fiala_B_60_px3.41E-05fiala_B_70_px4.45E-05fiala_B_90_px5.19E-05fiala_B_60_py1.43E-04fiala_B_70_py1.48E-04fiala_B_90_py9.98E-05fiala_B_60_pz0.0016fiala_B_70_pz1.90E-03fiala_B_90_pz1.70E-03a(v)0.

21、00161318a(v)0.00191233a(v)0.00170727由上图和上表，可以得出如下结论1）同样轮胎模型和路面下，不同车速的x、y、z轴向加速度响应曲线趋势基本一致，其出现共振峰的频率也大体相同；2）不同轮胎模型的x、y轴向加权加速度均方根值相差较大，z轴向加权加速度均方根值相差不大，整体来看，60km/h车速下，总加权加速度均方根值最小。五、同等条件下，不同路面的汽车平顺性比较 fiala_C_60_ax fiala_C_60_ay fiala_C_60_az fiala_C_60_px fiala_C_60_py fiala_C_60_pz pac94_C_60_ax pac

22、94_C_60_ay pac94_C_60_az pac94_C_60_px pac94_C_60_py pac94_C_60_pz U521_C_60_ax U521_C_60_ay U521_C_60_az U521_C_60_px U521_C_60_py U521_C_60_pz ua_C_60_ax ua_C_60_ay ua_C_60_az ua_C_60_px ua_C_60_py ua_C_60_pzfiala_D_60_ax fiala_D_60_ay fiala_D_60_az fiala_D_60_px fiala_D_60_py fiala_D_60_pz pac94_

23、D_60_ax pac94_D_60_ay pac94_D_60_az pac94_D_60_px pac94_D_60_py pac94_D_60_pz U521_D_60_ax U521_D_60_ay U521_D_60_az U521_D_60_px U521_D_60_py U521_D_60_pz ua_D_60_ax ua_D_60_ay ua_D_60_az ua_D_60_px ua_D_60_py ua_D_60_pz仿真条件加权加速度均方根值仿真条件加权加速度均方根值仿真条件加权加速度均方根值仿真条件加权加速度均方根值fiala_px3.41E-05pac94_px2.85E-05U521_px3.33E-05ua_px5.47E-05fiala_py1.43E-04pac94_py2.77E-04U521_py2.76E-04ua_py2.53E-04fiala_pz0.0016pac94_pz9.53E-04U521_pz0.0016ua_pz1.8