基于MSC.Adams的輪式車動(dòng)力學(xué)仿真分析

2017-03-02  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

為了在方案論證階段更好的驗(yàn)證輪式車輛的動(dòng)力學(xué)性能,對(duì)車輛進(jìn)行早期的初步評(píng)估,對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)和優(yōu)化。本文建立了多軸驅(qū)動(dòng)車輛動(dòng)力學(xué)仿真模型,進(jìn)行了整車動(dòng)力學(xué)性能的仿真分析。應(yīng)用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件MSC.Adams 建立了懸架、輪胎、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及整車的多體系統(tǒng)模型。重點(diǎn)對(duì)車輛的操縱穩(wěn)定性進(jìn)行了大量的仿真分析,包括穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)(含定方向盤轉(zhuǎn)角連續(xù)加速法、定半徑試驗(yàn))、轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)、轉(zhuǎn)彎制動(dòng)性能試驗(yàn)、移線試驗(yàn)等。

1 概述
為了在方案論證階段更好的驗(yàn)證輪式車輛的動(dòng)力學(xué)性能,對(duì)車輛進(jìn)行早期的初步評(píng)估并進(jìn)一步對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)和優(yōu)化,我們對(duì)該車輛的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的仿真。
本次仿真計(jì)算中的數(shù)據(jù)主要來自設(shè)計(jì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù),在建模過程中能夠提供數(shù)據(jù)的全部按實(shí)際建模。但是需要說明的是建模中也存在一定的必要假設(shè):
一、沒有建立發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際模型,因此也沒有考慮它們對(duì)車輛性能的影響;
二、一些部件的質(zhì)量、慣量特性在不能提供的情況采用了估算的方法,會(huì)給計(jì)算帶來一定誤差;
三、對(duì)于理想鉸鏈,除轉(zhuǎn)動(dòng)鉸、滑動(dòng)鉸外,皆未考慮內(nèi)部摩擦及阻尼。
四、整車零部件中,除彈簧、橡膠件、扭桿彈簧等彈性元件外,其余均按剛體考慮。
2 模型的建立
根據(jù)車輛結(jié)構(gòu),在MSC.ADAMS軟件中建立了整車動(dòng)力學(xué)仿真模型,模型中包括了車體模型、懸架模型、轉(zhuǎn)向模型、橫向穩(wěn)定桿、輪胎模型等。在整個(gè)建模過程中,忽略動(dòng)力裝置和動(dòng)力傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)及其振動(dòng)對(duì)整車性能的影響。
前懸架系統(tǒng)為雙橫臂式獨(dú)立懸架,包含上、下橫臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向拉桿、油氣彈簧、橫向穩(wěn)定桿等部件。中、后懸架為單縱臂獨(dú)立懸架,包含單縱臂、油氣彈簧、穩(wěn)定桿等部件,模型中考慮了所有約束以及相應(yīng)的彈簧、阻尼器等力元連接。懸掛的剛度、阻尼、預(yù)載,按計(jì)算數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入。車體動(dòng)力學(xué)模型包括整車簧載質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)心位置等模型質(zhì)量參數(shù),及各子系統(tǒng)與車身的連接信息。簧載質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)心位置按計(jì)算數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入。需要說明的是現(xiàn)在橡膠襯套和輪胎的模型數(shù)據(jù)還不是很完備,它們對(duì)計(jì)算精度、甚至對(duì)極限工況的可算性有很大影響。將上述各系統(tǒng)按照車輛的定位和約束關(guān)系組裝成整車,整車圖這里沒有給出。
3 仿真計(jì)算與結(jié)果分析
車輛的操縱穩(wěn)定性是指在駕駛者不感到過分緊張、疲勞的條件下,車輛能遵循駕駛者通過轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向車輪給定的方向行駛,且當(dāng)遭遇外界干擾時(shí),車輛能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力。車輛的操縱穩(wěn)定性不僅影響到車輛的駕駛方便程度,而且也是決定車輛高速行駛安全的一個(gè)主要性能。汽車操縱穩(wěn)定性涉及到的問題較為廣泛,需要采用較多的物理量從多方面來評(píng)價(jià)。一般常把汽車作為一控制系統(tǒng),做出汽車特定行駛工況下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)(時(shí)域響應(yīng)、頻域響應(yīng))來表征汽車的操縱穩(wěn)定性能。由于篇幅限制,這里只選擇幾種典型工況加以說明。
3.1 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)
穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)是反映穩(wěn)態(tài)特性的最基本、最重要的試驗(yàn)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn),是車輛系統(tǒng)是否穩(wěn)定的充分條件。常用的主要有兩種試驗(yàn)方法:定方向盤轉(zhuǎn)角連續(xù)加速法和定轉(zhuǎn)彎半徑連續(xù)加速法兩種方法,兩種方法都是通過改變車速來改變側(cè)向加速度。我們采用了兩種方法。需要說明一般虛擬樣機(jī)模型的剛度值略大于實(shí)際值,在同樣的側(cè)向加速度下,仿真車身側(cè)傾角稍小于試驗(yàn)值。
3.1.1 定方向盤轉(zhuǎn)角連續(xù)加速法
車輛先以最低穩(wěn)定車速,在初始半徑為給定的圓周上行駛,待穩(wěn)定后再加速。得到側(cè)傾角與側(cè)向加速度變化曲線、前后側(cè)偏角差與側(cè)向加速度關(guān)系曲線。
從前、后軸側(cè)偏角差值與側(cè)向加速度關(guān)系曲線看,(α1-α2)-ay 曲線斜率大于零,(α1-α2)隨側(cè)向加速度的提高而加大,車輛具有不足轉(zhuǎn)向特性。從行駛軌跡也可以看出,在穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)中,轉(zhuǎn)彎半徑比R/R0>1,并且半徑比值隨著側(cè)向加速度的增大而逐漸增加,說明該車有明顯的不足轉(zhuǎn)向特性。

3.1.2 定半徑試驗(yàn)
半徑固定,控制車速從初始速度到給定值結(jié)束?；虬霃焦潭?初速從初始值,控制仿真時(shí)間。得到側(cè)傾角與側(cè)向加速度變化曲線、前后側(cè)偏角差與側(cè)向加速度關(guān)系曲線。
從前、后軸側(cè)偏角差值與側(cè)向加速度關(guān)系曲線看,前、后軸側(cè)偏角差值均為正值,(α1-α2)-ay曲線斜率大于零,(α1-α2)隨側(cè)向加速度的提高而加大,車輛具有不足轉(zhuǎn)向特性。

圖5 車身側(cè)傾角與側(cè)向加速度關(guān)系 圖6 前后側(cè)偏角差與側(cè)向加速度關(guān)系

3.2 移線試驗(yàn)
車輛以車速90公里/小時(shí)直線行駛,到一定距離后移到另一直線,行駛一段后又回到原來路線。從計(jì)算結(jié)果可知,車輛很好的完成移線行駛,側(cè)向加速度和側(cè)傾角變化不大。

4 仿真總結(jié)
利用Adams建立整車動(dòng)力學(xué)仿真模型,完成了動(dòng)力學(xué)性能的仿真和分析。由于系統(tǒng)比較復(fù)雜,很多建模參數(shù)不能完全獲得或不準(zhǔn)確,如橡膠襯套的剛度、車身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等,在一定程度上校核了整車操穩(wěn)模型的準(zhǔn)確性。在下一步的工程應(yīng)用中,預(yù)測(cè)對(duì)整車操穩(wěn)性能的提供一定的依據(jù)。

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