搜索摩托車平順性仿真分析和懸架優化設計
2017-03-02 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
基于MSC ADAMS軟件,建立摩托車多體動力學模型,以B級路面譜為振動激勵對某款摩托車進行隨機振動分析。綜合研究摩托車懸架彈簧剛度和阻尼、后懸彈簧與擺臂間連接位置對舒適性的影響。
1 引言
隨著社會的日益進步和科學技術的不斷發展,摩托車正朝著安全、舒適、環保的方向發展,尤其是舒適性是摩托車技術發展的三大課題之一。因此對舒適性的研究日益受到國內外摩托車行業人員的重視。摩托車乘坐的舒適性,涉及到摩托車動力性和經濟性的發揮,同時還影響到零部件的使用壽命,目前它成為同類摩托車在市場競爭中爭奪優勢的重要性能指標。同時摩托車舒適性無疑也是反應摩托車整車品質的一個重要因素。
本文以某款摩托車為研究對象,在機械系統動力學仿真軟件MSC ADAMS中建立摩托車整車的虛擬樣機參數化模型,以B級路面譜為振動激勵,從摩托車前后車輪與車架之間的減振懸掛系統入手進行仿真分析, 綜合研究摩托車懸架彈簧剛度和阻尼,后懸彈簧與擺臂連接位置對平順性的影響。以車身坐墊處的響應加速度均方根值最小為評價對象,對摩托車
懸架裝置進行參數匹配和優化設計,達到舒適性最佳的目的。
2 摩托車整車模型模型的建立
摩托車是一個包含慣性、彈性、阻尼等動力學特征的復雜系統, 其特點是運動構件多、受力復雜。由于組成摩托車各機械系統之間的相互耦合作用,使摩托車的動態特征非常復雜,要建立摩托車動力學仿真模型,需將復雜的摩托車振動系統作簡化處理,去掉與研究內容沒有太多聯系的部件,在不影響仿真結果的前提下,對模型作適當的簡化有利于提高計算速度,減少不相關因素的影響。由于發動機的外型結構復雜,發動機、摩托車乘員的質量及油箱用三個點質量代替,其質量和轉動慣量、質心位置等力學參數與物理模型一致。
建立摩托車整車模型時還作了以下假設:
(1) 將車架看作剛體,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) 對于模型中的鉸鏈, 都沒有考慮其內摩擦。
(3) 假設摩托車無側向振動。
(4) 對前后懸架進行了參數化處理。
建立摩托車整車模型如圖1所示。
圖1 摩托車整車模型
3 路面譜和輪胎譜的編制
根據輪胎特性參數(車輪自由半徑、胎體半徑、徑向剛度、縱向滑移剛度、側偏剛度等),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GB7031-86《車輛振動輸入―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里面建立摩托車動力學模型。如圖3所示。
圖2 路面譜的產生流程
圖3 摩托車動力學模型
4 平順性仿真分析
本文以60km/h的車速進行虛擬機構仿真,在人體質心處放置垂向加速度測試點,得到人體質心加速度曲線和功率譜密度曲線,如圖4。
圖4 人體質心加速度曲線和功率譜密度曲線
利用MSC ADAMS/View的后處理功能,從曲線圖可以分析出此款摩托車的人體質心垂直方向振動的加速度響應均方根值為2.656 m/s2。在1.0-3.5Hz內存在多個共振峰值。整車的實際樣車路試測試坐墊部位垂直方向振動的加速度響應均方根值為3.05m/s2。誤差為12.94%。
5 懸架結構優化分析
影響摩托車乘坐舒適性的因數很多,其中摩托車懸架彈簧剛度和阻尼,后懸擺臂長度,后懸彈簧與擺臂間夾角對舒適性的影響最大。因此選擇前后減震剛度系數,阻力系數,后減與搖臂的連接點X,Y坐標共6個設計變量,進行參數化分析。分別對6個設計變量進行設計研究,結果如圖5,從中確定出對模型性能的影響最大的3個設計變量進行了優化分析(前后減震的阻尼系數,后減與搖臂的連接點Y坐標),得到最優化結果。如圖6。
圖5 設計變量敏感度
圖6 人體質心加速度曲線
從分析結果表明,該車的平順性有所改善,優化后的加速度均方根值由2.656降低到2.301mm2/s2。
6 結論
(1)基于MSC ADAMS的虛擬樣機技術,可以把摩托車系統視為多體系統,進行運動學和動力學仿真。通過對改款摩托車虛擬樣機模型的測試結果和實際車輛的測試結果的比較可以判斷,該模型建模及簡化是正確有效的。
(2)在改模型的基礎上對摩托車懸架性能參數進行優化分析,對設計方案進行反復的優化對比分析,使得平順性得到改善,降低了整車的振動。可以大大縮短試驗周期,節省試驗費用。
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