基于MSC.Adams的輪式車動力學仿真分析

2017-03-02 by:CAE仿真在線來源:互聯網

為了在方案論證階段更好的驗證輪式車輛的動力學性能,對車輛進行早期的初步評估,對設計進行指導和優化。本文建立了多軸驅動車輛動力學仿真模型,進行了整車動力學性能的仿真分析。應用機械系統動力學仿真分析軟件MSC.Adams 建立了懸架、輪胎、轉向系統及整車的多體系統模型。重點對車輛的操縱穩定性進行了大量的仿真分析,包括穩態回轉試驗(含定方向盤轉角連續加速法、定半徑試驗)、轉向回正性能試驗、轉彎制動性能試驗、移線試驗等。

1 概述
為了在方案論證階段更好的驗證輪式車輛的動力學性能,對車輛進行早期的初步評估并進一步對設計進行指導和優化,我們對該車輛的動力學特性進行了系統的仿真。
本次仿真計算中的數據主要來自設計和試驗數據,在建模過程中能夠提供數據的全部按實際建模。但是需要說明的是建模中也存在一定的必要假設:
一、沒有建立發動機和傳動系統的實際模型,因此也沒有考慮它們對車輛性能的影響;
二、一些部件的質量、慣量特性在不能提供的情況采用了估算的方法,會給計算帶來一定誤差;
三、對于理想鉸鏈,除轉動鉸、滑動鉸外,皆未考慮內部摩擦及阻尼。
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
根據車輛結構,在MSC.ADAMS軟件中建立了整車動力學仿真模型,模型中包括了車體模型、懸架模型、轉向模型、橫向穩定桿、輪胎模型等。在整個建模過程中,忽略動力裝置和動力傳動裝置的結構及其振動對整車性能的影響。
前懸架系統為雙橫臂式獨立懸架,包含上、下橫臂、轉向節、轉向拉桿、油氣彈簧、橫向穩定桿等部件。中、后懸架為單縱臂獨立懸架,包含單縱臂、油氣彈簧、穩定桿等部件,模型中考慮了所有約束以及相應的彈簧、阻尼器等力元連接。懸掛的剛度、阻尼、預載,按計算數據和試驗數據輸入。車體動力學模型包括整車簧載質量、轉動慣量、質心位置等模型質量參數,及各子系統與車身的連接信息。簧載質量、轉動慣量、質心位置按計算數據和試驗數據輸入。需要說明的是現在橡膠襯套和輪胎的模型數據還不是很完備,它們對計算精度、甚至對極限工況的可算性有很大影響。將上述各系統按照車輛的定位和約束關系組裝成整車,整車圖這里沒有給出。
3 仿真計算與結果分析
車輛的操縱穩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向系及轉向車輪給定的方向行駛,且當遭遇外界干擾時,車輛能抵抗干擾而保持穩定行駛的能力。車輛的操縱穩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主要性能。汽車操縱穩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價。一般常把汽車作為一控制系統,做出汽車特定行駛工況下的穩態響應和瞬態響應(時域響應、頻域響應)來表征汽車的操縱穩定性能。由于篇幅限制,這里只選擇幾種典型工況加以說明。
3.1 穩態回轉試驗
穩態回轉試驗是反映穩態特性的最基本、最重要的試驗穩態回轉試驗,是車輛系統是否穩定的充分條件。常用的主要有兩種試驗方法:定方向盤轉角連續加速法和定轉彎半徑連續加速法兩種方法,兩種方法都是通過改變車速來改變側向加速度。我們采用了兩種方法。需要說明一般虛擬樣機模型的剛度值略大于實際值,在同樣的側向加速度下,仿真車身側傾角稍小于試驗值。
3.1.1 定方向盤轉角連續加速法
車輛先以最低穩定車速,在初始半徑為給定的圓周上行駛,待穩定后再加速。得到側傾角與側向加速度變化曲線、前后側偏角差與側向加速度關系曲線。
從前、后軸側偏角差值與側向加速度關系曲線看,(α1-α2)-ay 曲線斜率大于零,(α1-α2)隨側向加速度的提高而加大,車輛具有不足轉向特性。從行駛軌跡也可以看出,在穩態回轉試驗中,轉彎半徑比R/R0>1,并且半徑比值隨著側向加速度的增大而逐漸增加,說明該車有明顯的不足轉向特性。

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圖1定方向盤轉角連續加速法車輛行駛軌跡圖

圖2 側傾角與側向加速度圖3前后側偏角差與側向加速度關系曲線

3.1.2 定半徑試驗
半徑固定,控制車速從初始速度到給定值結束。或半徑固定,初速從初始值,控制仿真時間。得到側傾角與側向加速度變化曲線、前后側偏角差與側向加速度關系曲線。
從前、后軸側偏角差值與側向加速度關系曲線看,前、后軸側偏角差值均為正值,(α1-α2)-ay曲線斜率大于零,(α1-α2)隨側向加速度的提高而加大,車輛具有不足轉向特性。