摩托車(chē)平順性仿真分析和懸架優(yōu)化設(shè)計(jì)

2017-03-02  by:CAE仿真在線(xiàn)  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

基于MSC ADAMS軟件,建立摩托車(chē)多體動(dòng)力學(xué)模型,以B級(jí)路面譜為振動(dòng)激勵(lì)對(duì)某款摩托車(chē)進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)分析。綜合研究摩托車(chē)懸架彈簧剛度和阻尼、后懸彈簧與擺臂間連接位置對(duì)舒適性的影響。

1 引言
隨著社會(huì)的日益進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,摩托車(chē)正朝著安全、舒適、環(huán)保的方向發(fā)展,尤其是舒適性是摩托車(chē)技術(shù)發(fā)展的三大課題之一。因此對(duì)舒適性的研究日益受到國(guó)內(nèi)外摩托車(chē)行業(yè)人員的重視。摩托車(chē)乘坐的舒適性,涉及到摩托車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的發(fā)揮,同時(shí)還影響到零部件的使用壽命,目前它成為同類(lèi)摩托車(chē)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中爭(zhēng)奪優(yōu)勢(shì)的重要性能指標(biāo)。同時(shí)摩托車(chē)舒適性無(wú)疑也是反應(yīng)摩托車(chē)整車(chē)品質(zhì)的一個(gè)重要因素。
本文以某款摩托車(chē)為研究對(duì)象,在機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件MSC ADAMS中建立摩托車(chē)整車(chē)的虛擬樣機(jī)參數(shù)化模型,以B級(jí)路面譜為振動(dòng)激勵(lì),從摩托車(chē)前后車(chē)輪與車(chē)架之間的減振懸掛系統(tǒng)入手進(jìn)行仿真分析, 綜合研究摩托車(chē)懸架彈簧剛度和阻尼,后懸彈簧與擺臂連接位置對(duì)平順性的影響。以車(chē)身坐墊處的響應(yīng)加速度均方根值最小為評(píng)價(jià)對(duì)象,對(duì)摩托車(chē)
懸架裝置進(jìn)行參數(shù)匹配和優(yōu)化設(shè)計(jì),達(dá)到舒適性最佳的目的。
2 摩托車(chē)整車(chē)模型模型的建立
摩托車(chē)是一個(gè)包含慣性、彈性、阻尼等動(dòng)力學(xué)特征的復(fù)雜系統(tǒng), 其特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)構(gòu)件多、受力復(fù)雜。由于組成摩托車(chē)各機(jī)械系統(tǒng)之間的相互耦合作用,使摩托車(chē)的動(dòng)態(tài)特征非常復(fù)雜,要建立摩托車(chē)動(dòng)力學(xué)仿真模型,需將復(fù)雜的摩托車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)作簡(jiǎn)化處理,去掉與研究?jī)?nèi)容沒(méi)有太多聯(lián)系的部件,在不影響仿真結(jié)果的前提下,對(duì)模型作適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化有利于提高計(jì)算速度,減少不相關(guān)因素的影響。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的外型結(jié)構(gòu)復(fù)雜,發(fā)動(dòng)機(jī)、摩托車(chē)乘員的質(zhì)量及油箱用三個(gè)點(diǎn)質(zhì)量代替,其質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)心位置等力學(xué)參數(shù)與物理模型一致。
建立摩托車(chē)整車(chē)模型時(shí)還作了以下假設(shè):
(1) 將車(chē)架看作剛體,懸架零部件中,除了彈性零部件外,其余零件全部看作剛體。
(2) 對(duì)于模型中的鉸鏈, 都沒(méi)有考慮其內(nèi)摩擦。
(3) 假設(shè)摩托車(chē)無(wú)側(cè)向振動(dòng)。
(4) 對(duì)前后懸架進(jìn)行了參數(shù)化處理。
建立摩托車(chē)整車(chē)模型如圖1所示。

3 路面譜和輪胎譜的編制
根據(jù)輪胎特性參數(shù)(車(chē)輪自由半徑、胎體半徑、徑向剛度、縱向滑移剛度、側(cè)偏剛度等),可以編制MSC ADAMS/View中的前后輪胎特性文件TPF文件。路面文件根據(jù)GB7031-86《車(chē)輛振動(dòng)輸入―路面平度表示方法》的要求,利用諧波疊加法編制RDF路面文件。流程如圖2。在MSC ADAMS里面建立摩托車(chē)動(dòng)力學(xué)模型。如圖3所示。

圖3 摩托車(chē)動(dòng)力學(xué)模型

4 平順性仿真分析
本文以60km/h的車(chē)速進(jìn)行虛擬機(jī)構(gòu)仿真,在人體質(zhì)心處放置垂向加速度測(cè)試點(diǎn),得到人體質(zhì)心加速度曲線(xiàn)和功率譜密度曲線(xiàn),如圖4。

利用MSC ADAMS/View的后處理功能,從曲線(xiàn)圖可以分析出此款摩托車(chē)的人體質(zhì)心垂直方向振動(dòng)的加速度響應(yīng)均方根值為2.656 m/s2。在1.0-3.5Hz內(nèi)存在多個(gè)共振峰值。整車(chē)的實(shí)際樣車(chē)路試測(cè)試坐墊部位垂直方向振動(dòng)的加速度響應(yīng)均方根值為3.05m/s2。誤差為12.94%。
5 懸架結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析
影響摩托車(chē)乘坐舒適性的因數(shù)很多,其中摩托車(chē)懸架彈簧剛度和阻尼,后懸擺臂長(zhǎng)度,后懸彈簧與擺臂間夾角對(duì)舒適性的影響最大。因此選擇前后減震剛度系數(shù),阻力系數(shù),后減與搖臂的連接點(diǎn)X,Y坐標(biāo)共6個(gè)設(shè)計(jì)變量,進(jìn)行參數(shù)化分析。分別對(duì)6個(gè)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行設(shè)計(jì)研究,結(jié)果如圖5,從中確定出對(duì)模型性能的影響最大的3個(gè)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行了優(yōu)化分析(前后減震的阻尼系數(shù),后減與搖臂的連接點(diǎn)Y坐標(biāo)),得到最優(yōu)化結(jié)果。如圖6。

圖6 人體質(zhì)心加速度曲線(xiàn)

從分析結(jié)果表明,該車(chē)的平順性有所改善,優(yōu)化后的加速度均方根值由2.656降低到2.301mm2/s2。
6 結(jié)論
(1)基于MSC ADAMS的虛擬樣機(jī)技術(shù),可以把摩托車(chē)系統(tǒng)視為多體系統(tǒng),進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真。通過(guò)對(duì)改款摩托車(chē)虛擬樣機(jī)模型的測(cè)試結(jié)果和實(shí)際車(chē)輛的測(cè)試結(jié)果的比較可以判斷,該模型建模及簡(jiǎn)化是正確有效的。
(2)在改模型的基礎(chǔ)上對(duì)摩托車(chē)懸架性能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析,對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行反復(fù)的優(yōu)化對(duì)比分析,使得平順性得到改善,降低了整車(chē)的振動(dòng)?？梢源蟠罂s短試驗(yàn)周期,節(jié)省試驗(yàn)費(fèi)用。

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