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摘 要：基于多体动力学理论，在ADAMS/CAR 中建立某一车型的虚拟样机模型。在随机路面的输入下，对该车型并进行平顺性分析，探讨了ADAMS/CAR 中建立整车模型并进行平顺性分析的流程。研究结论为ADAMS/CAR 进一步的整车参数的优化设计打下基础。
关键词：ADAMS/CAR；平顺性分析；随机路谱；整车模型
1 前言
汽车的平顺性主要指保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内，不至于使人感到不舒适、疲劳甚至损害健康的性能。因此，平顺性主要根据乘员主观感觉的舒适性来评价，对于载货汽车还包括保持货物完好的性能，它是现代高速汽车的主要性能之一。路面不平是汽车振动的基本输入，汽车的平顺性主要指路面不平引起的汽车振动，频率范围约为0.5~25Hz。路面不平度和车速形成对汽车振动系统的输入，此输入经过由轮胎、悬架、座垫等弹性、阻尼元件和悬架、非悬架质量构成或进一步经座椅传至人体的加速度，此加速度通过人体对振动的反应，即舒适性来评价汽车的平顺性。
2 路面输入与整车建模
2.1 路面构造
ADAMS/CAR Ride 提供一个基于Sayers 数字模型的路面生产工具—路面轮廓发生器，该模型为一种经验模型，综合许多不同类型道路测量参数并给出了左右轮辙路面轮廓参数。路面轮廓发生器模型认为路面轮廓的空间功率谱密度与空间频率n，存在如下函数关系： （图片） 等式右边由三部分组成，分别为三个独立的白噪声所获得，式中： Ge 为白噪声空间功率谱密度幅值， Gs 与时间有关的白噪声速度密度幅值，Ga 为与时间平方相关的白噪声加速度功率谱密度幅值。在路面谱生成器中，通过设置路面空间功率谱密度幅值、速度功率谱密度幅值和加速度功率谱密度幅值等参数来设置路面谱文件。本文采用的水泥随机路面，采用水泥路面参数在路面谱生成器中生成所需的随机路面。
2.2 整车建模
该车型采用麦弗逊悬架为前悬架，双叉臂悬架为后悬架。则依次在ADAMS/CAR 的模版模式下，建立前悬、后悬、底盘、轮胎、转向系统以及车身试验台的模版，然后将模板生成各个子系统，将建好的各子系统按照相应的约束连接在一起，即可构成完整的汽车整车模型，如图1 所示。（图片）
图1 整车模型 3 仿真结果与平顺性评价
3.1 仿真结果
利用ADAMS/CAR 模块的Ride 功能，根据汽车平顺性随机输入行驶试验方法，汽车速度选取为70km/h 进行仿真试验，路面输入通过路面谱生成器生成的水泥随机路面，对整车进行平顺性仿真。仿真计算结束后，利用ADAMS 后处理功能，得出整车行驶时汽车车身质心处在纵向、横向、垂向的加速度时域曲线，如图2、图3、图4 所示。（图片）
图2 速度为70km/h 时纵向加速度曲线图 （图片）
图3 速度为70km/h 时横向加速度曲线图 （图片）
图4 速度为70km/h 时垂向加速度曲线图 （图片）
图5 速度为70km/h 时纵向加速度功率谱密度函数曲线图 （图片）
图6 速度为70km/h 时横向加速度功率谱密度函数曲线图 （图片）
图7 速度为70km/h 时垂向加速度功率谱密度函数曲线图 利用ADAMS 后处理的FFT 功能，可以得到各轴向加速度功率谱密度函数，如图5、图6、图7 分别为整车以70km/h 速度在水泥路面行驶时，各轴向的加速度功率谱密度函数曲线图。由图7 可知，车身质心处垂向加速度功率谱密度在2.1Hz 附近，对应峰值为0.037g。
3.2 平顺性分析
机械振动对人体的影响，取决于振动的频率、强度、作用方向和持续时间，而且每个人的心理与身体素质不同，对振动的敏感程度有很大的差异。我国修订相应的《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》GB/T4970-1996 时，评价汽车平顺性就考虑椅面Xs、Ys、Zs 这三个轴向。评价振动对人体舒适和健康的影响是采用加权加速度均方根值：
对记录的加速度时间历程a(t)进行频谱分析得到功率密度函数Ga(f)，按下式计算：（图片） 式中，aw 是加权加速度均方根值；w(f)是频率加权函数，Ga(f)是功率谱密度函数。为了使仿真试验分析的结果更加逼近实际情况，需要同时考虑x、y、z 三个轴向的振动，三个轴向的总加权加速度均方根值按下式计算：（图片） 考虑按照标准的评价方法，还需要采用加权振级Law，它与加权加权加速度均方根值aw 换算，按下式进行：（图片） a0 为参考加速度均方根值，a0=10-6m/s2。Law 和aw 与人的主观感觉之间的联系对照如表1 所示。（图片） 通过对仿真结果的分析，得到总加权加速度均方根值为0. 915，加权振级为119db。说明该车的配置参数的平顺性不满足设计要求，需要对参数进行改进。改变悬架刚度、阻尼、簧载质量、非簧载质量等都能改变平顺性，对于实车来说，一般可以进行修改的参数只有悬架的刚度和阻尼。悬架刚度越小，对平顺性越有利，因此为改进平顺性，可适当的减小悬架刚度，主要是降低弹簧的刚度。因此下一步的优化中，应该结合操控稳定性，综合考虑各个因素的影响，适当的减小弹簧刚度，增强平顺性，从而满足设计要求。
4 结论
基于多体动力学理论，在ADAMS/CAR 中建立某一车型的虚拟样机模型。在随机路面的输入下，对该车型并进行平顺性分析。探讨了ADAMS/CAR 中建立整车模型的流程，并对平顺性的研究做了尝试。对汽车采用面向整车系统的数字化虚拟样机技术，通过在计算机上建立详细的数字化三维实体模型进行仿真分析是可行的，为仿真模型的完善和车身结构的设计提供改进基础和评判依据。
参考文献
[1]余生志，汽车理论[M]，北京：机械工业出版社，2006
[2]陈军，MSC.ADAMS 技术与工程分析实例[M]，北京：中国水利水电出版社，2008
[3]喻凡，车辆动力学极其控制，北京：人民交通出版社，2003
9/3/2011
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