基于adams的汽车平顺性仿真模型

基于adams的汽车平顺性仿真模型

影响汽车稳定性的因素有很多，包括道路、车辆和人员的环节。人是最活跃的因素，所以对汽车稳定性的评估极其复杂。振动对人体的直接影响包括干预和身体部位的生物动态反应行为、生理反应、性能下降和敏感障碍。振动加速度是评价振动对人体的基本参数，振动频率是振动运动速度的象征。在汽车的各种性能评定方法中,以平顺性较为困难和复杂,人体对机械振动的反应既取决于机械振动的强度、频率、作用方向、曝露时间,也取决人的心理和生理状况.人体对振动的反映是一个十分复杂的心理和生理过程,因人而异.能客观评价一辆汽车的平顺性好坏是一件不容易的事情.利用虚拟样机技术可以实现在计算机上建立汽车的三维实体模型,并对虚拟模型进行动力学分析,还可以通过修改不同参数并快速观察车辆的运转状态、动态显示仿真数据结果.本文依据多体动力学理论,利用Adams的专业模块Adams/Car建立某型号汽车的整车样机模型,进行了汽车平顺性仿真实验,将仿真结果与试验结果进行对比,并做了相应的分析.1刚体动力学参数建立轿车各子系统的模型,包括前后悬架、转向系统、动力总成、轮胎及车架的模版,然后生成各子系统模型,包括前后悬架系统、转向系统、操纵系统、制动系统、前后轮模型以及底盘系统等部分,最后装配成整车虚拟样机模型.建成后的整车模型如图1.坐标系说明:X轴-汽车纵向,正向向后;Y轴-汽车横向,正向向左;Z轴-汽车垂向,正向向上.汽车的主要技术参数见表1.在Adams/Car中,刚体动力学参数的确定有两种方式:第一,根据用户的自定义数据来确定;第二根据构件的几何形状和密度来确定.文中对车身及动力总成系统等动力学参数采用用户的自定义数据.虽然所建模型与实际汽车有差别,但并不影响其动力学特性.建模时,只要保证各系统之间的连接方式和连接位置正确,车辆模型就是合理的.整车模型建立之后,为得到正确的仿真结果,要保证仿真模型能够反映实际系统的结构,并能在计算机上运行,需要检验模型的有效性.在Adams/Car中,模型的检验主要包括:模型的验证和确认.模型的检验主要用于考察模型能否在计算机上正确实现.利用Adams/View中的ModelVerify功能来验证整车模型没有过约束.模型的确认主要是用于考察整车模型与实际系统之间的关系,即在相同的输入条件和运行环境下,通过比较仿真结果和实际系统输出结果的一致性来评价模型的可信度.本文通过仿真分析和试验研究来确认模型的可信度.2模拟分析2.1总加速度均方根值最新的ISO2631:1997(E)标准及我国的《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》等标准,推荐以总加权加速度均方根值评价汽车平顺性及振动对人体舒适和健康的影响.由ISO2631:1997(E)知,当评价振动对人体健康的影响时,仅需考虑纵向、横向、垂向三个轴向,且水平、横向两个轴向的加权系数比垂直轴向更加敏感,另外规定靠背水平轴向可由椅面水平轴向代替.本仿真模型采用总加权加速度均方根值评价汽车的平顺性,其包括汽车纵向、横向、垂向的加权加速度均方根值.取水平轴向加权系数k=1.4,总加权加速度均方根值的计算公式为:aw={(1.4awx)2+(1.4awy)2+a2wz}12,其中:aw为总加权加速度均方根值,m/s2;awx为x方向加速度,m/s2;awy为y方向加速度,m/s2;awz为z方向加速度,m/s2.将Adams/Car仿真得到的曲线,在Adams/Car的后处理器中转化为二进制文件,经过数学计算,得到总加权加速度均方根值aw.同理,将试验得到的数据进行MATLAB处理,得到总加权加速度均方根值aw的试验值.2.2加速度功率谱曲线按照国家标准GB/T4970—1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》的规定,对整车进行汽车平顺性仿真试验.设定车辆在B级路面上以60km/h的速度匀速行驶,车辆状态为空载,测试点为驾驶员座椅处,测量出X,Y,Z方向的加速度曲线,并对加速度曲线做快速傅立叶变换得到加速度功率谱曲线.得到的X方向的加速度功率谱曲线如图2.其他方向的加速度功率谱曲线同理可以得到.将初始车速设为30km/h,重复上述试验,得到相应的加速度功率谱曲线.根据总加权加速度的计算公式,可求得各个速度下的总加权加速度值.总加权加速度与人的主观感觉的对应关系,见表2.根据仿真曲线数据及总加权加速度的计算公式:车速为30km/h时,aw=0.01774m/s2;车速为60km/h时,aw=0.04437m/s2.两种车速下的aw不同,说明车速对汽车的平顺性有一定的影响,但aw在两种车速下的值均小于0.315m/s2.根据加权加速度均方根值与人体主观感觉的对应关系知,当加权加速度均方根值小于0.315m/s2时,人体主观没有不舒适的感觉.这两个加权加速度值属于人体能接受的范围以内,此时不会产生不舒适的感觉.根据仿真结果可以得到:该车在30km/h和60km/h速度下的平顺性能良好.3u3000试验工况测量车辆座椅处的加速度响应,并对响应做快速傅立叶变换,进行频谱分析,得到测试结果,从而得到车辆座椅处加速度响应的能量分布,了解整车的行驶平顺性,进一步验证利用Adams/Car建立的整车模型的正确性.试验天气:晴朗.试验道路:平整水泥路面(假定为B级路面).试验工况:车速60km/h.试验仪器:XWVG7100陀螺仪、YUASA(日本汤浅)N120-H蓄电池、笔记本电脑、某型号轿车,软件为星网迅达惯性测量演示软件.试验规范:温度12℃;风力3~4级;试验方案按照汽车平顺性随机行驶试验方法制定.对比图2和图4的功率谱曲线知道:同样的速度下,最大的波峰都出现在2Hz左右,仿真结果与试验结果基本吻合.另外,试验得到的时域波形包含了噪声信号、随机干扰信号,本文频谱分析没有进行滤波,造成图形局部失真.在利用Adams/Car对汽车进行平顺性仿真分析时,各种状况都处在理想状态,没有实际试验中的各种干扰因素,因而仿真结果两个图形没有重合,仿真曲线比较光滑,实测信号相对比较杂乱,但它是汽车真实运行情况的反映.因此,进行汽车设计只进行仿真还不够,一定要和试验结合起来,才能更真实地反映汽车的状态.4仿真结果与分析利用Adams/Car建立轿车的虚拟样机模型,并利用Adams/Car虚拟试验台进