基于ADAMS/Car的重型牵引车平顺性建模与仿真分析

陈太荣，杨佳睿（南京徐工汽车制造有限公司，江苏 南京 210021）

基于ADAMS/Car的重型牵引车平顺性建模与仿真分析

陈太荣，杨佳睿
（南京徐工汽车制造有限公司，江苏 南京 210021）

文章利用ADAMS/Car模块建立了整车虚拟模型，并进行了平顺性仿真分析，得到振动加速度随车速的变化关系，预测了整车的平顺性，为后续改进提供依据。

ADAMS/car；平顺性；仿真

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.020

CLC NO.: U461.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2015)12-58-03

前言

随着人们对车辆舒适性的要求越来越高，汽车平顺性已作为评价整车舒适性的主要性能之一以及取得市场竞争优势的重要性能指标，越来越受到各汽车企业的重视。虚拟样机技术在产品设计阶段的充分应用，可以有效缩短产品研发周期、降低研发成本，提高产品的设计质量。本文应用ADAMS/Car模块建立整车虚拟样机模型，并进行平顺性仿真分析。

1、整车模型的建立

1.1建模概述

汽车是个复杂的机械系统，在建立整车模型时，需对汽车系统进行合理的简化：（1）除了轮胎、板簧、驾驶室悬置、减振器、稳定杆及连接衬套以外，其余的零件都看做是刚体；（2）忽略动力总成的具体结构以及发动机的振动对整车平顺性的影响；（3）用衬套力实现刚体之间的柔性连接。

建模过程中涉及到的整车几何参数、质量参数可通过三维模型和实际测量获得。整车中的轮胎模型、橡胶衬套等力学参数，由生产厂家提供，通过属性文件输入模型。随机输入路面文件利用ADAMS/Car路面生成插件制作。整车主要参数如表1所示：

表1　牵引车主要参数

1.2子系统模型的建立

1.2.1板簧、稳定杆模型

在ADAMS/Car中，建立钢板弹簧有以下三种方法：（1）离散梁法，把板簧刚性模型分割成多个刚体块，对每个刚体块设置参数，然后用柔性梁单元将刚体块连接起来，完成钢板弹簧柔性体模型的创建；（2）有限元法，利用有限元软件划分钢板弹簧网格并生成模态中性文件，在ADAMS中导入该模态中性文件，生成柔性体模型。（3）三段梁法，用三段梁代替钢板弹簧，两根梁连接处用轴套进行连接，设置轴套扭转刚度值模拟钢板弹簧实际的刚度，模型较为简单。

本文采用三段梁法对钢板弹簧进行建模，通过给连接轴套定义一定的扭转刚度模拟板簧的线刚度。拟合前、后钢板弹簧刚度分别为 334N/mm、2110N/mm。前板簧模型如图1所示。

图1　前板簧模型图

横向稳定杆在保证汽车行驶平顺性的前提下，能提高悬架的侧倾角刚度，减小汽车在不平路况或转弯时车身的侧倾角。本文中共有三个稳定杆，分别为驾驶室稳定杆、底盘前桥稳定杆及后桥稳定杆。稳定杆通常有三种建模方式：（1）采用扭杆弹簧模型，结构简单精度低计算量小；（2）采用ADAMS非线性梁柔性模型，该模型将稳定杆离散成若干个刚性圆柱体，各刚性体之间采用柔性梁连接，精度相对较高；（3）结合有限元软件创建有限元模型后，利用ADAMS/Flex模块建立柔性体模型，精度高，计算量相对较大。本文采用第三种方式建立稳定杆模型。建立的前稳定杆模型如图2所示。

图2　前稳定杆模型

1.2.2轮胎模型

ADAMS/Car中提供了多种不同类型的轮胎仿真模型，如Fiala轮胎、MF轮胎、UA轮胎、Pac2002轮胎。本文选取Pac2002轮胎， ADAMS/Car内嵌的Pac2002轮胎模型大部分参数可直接使用，仅需修改部分涉及到轮胎具体尺寸的参数。主要参数改动如表2所示。

表2　部分轮胎参数

除了上述模型以外，建立整车模型前还需要建立驾驶室及其悬置模型、转向模型、制动模型、车架模型以及挂车等模型，限于篇幅不再一一介绍。这些模型在ADAMS/Car中都存在相应的模板文件，建模时只需对模板文件参数进行修改，便可获得所需要的模型。

1.3整车模型的建立

将各子系统进行装配，便获得整车模型。子系统的装配是通过在子系统间建立相互匹配的通讯器来完成的。通讯器可以传递子系统间的相互位置、力和变量参数等信息。完成后的整车模型如图3所示。

图3　整车模型

2、平顺性仿真

根据国标GB/T 4970-2009《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》的要求，对整车进行满载工况下B级路面平顺性仿真分析，仿真行驶速度分别为 40km/h、50km/h、60km/h、70km/h、80km/h、90km/h，测量驾驶室坐垫上方、座椅靠背、驾驶员脚部地板处各向振动加速度时间历程曲线。对时间历程数据加权处理，得到综合总加权振动加速度均方根值，作为评价指标。满载车速为60km/h时，驾驶员座椅上方Z向振动加速度时间历程曲线及频谱分析如图4、5所示。

分析图形可知，随着车速的增大，驾驶室坐垫上方振动加速度值不断增大，振动频谱显示，驾驶室坐垫上方振动频率主要集中在1-3Hz，其中在1.5Hz、2Hz附近出现峰值，振动能量最大，与前后悬架的设计偏频基本一致，说明模型有一定的准确性。

图4　驾驶员坐垫上方Z向加速度时间历程曲线（满载，v=60km/h）

图5　驾驶员坐垫上方Z向加速度振动频谱（满载，v=60km/h）

在仿真过程中，测量驾驶室坐垫上方、座椅靠背、脚部地板处共 9个轴向的振动加速度数据并依据国标 GB/T 4970-2009进行综合加权处理，得车辆综合总加权加速度均方根值随车速的变化关系如图6所示。可以看出：随着车速的增加，综合总加权加速度均方根值不断增大，基本成线性变化。

图6　满载B级路面综合总加权加速度均方根值与车速的关系

3、结论

本文应用ADAMS/Car软件建立了整车动力学模型，并依据 GB/T 4970-2009对整车模型分别进行了满载工况下 B级随机路面输入的仿真分析，并进行了数据处理，得到了车辆综合总加权加速度均方根值与车速的变化关系。随机输入仿真数据频谱分析表明，振动频率主要集中在1.5-2Hz，与车辆满载时前后板簧悬架偏频范围一致，表明模型有一定的准确性，可以在设计阶段进行平顺性的研究和预测，提高了设计效率，缩短了产品设计周期。

[1] GB/T4970-2009,汽车平顺性试验方法[S].北京:中国标准出版社, 2009.

[2] 廖芳,王乘.横向稳定杆建模方法研究[J].汽车技术,2007(7):5-8.

[3] 吴碧磊,秦民.重型牵引车平顺性建模与仿真分析[J].汽车技术, 2006(3):13-15.

Modeling and Simulation of Ride Comfort of Heavy-Duty Tractors Based On Adams/Car

Chen Tairong, Yang Jiarui
( Nanjing Xugong Automobile Manufacturing Co., Ltd., Jiangsu Nanjing 210021 )

A virtual vehicle model is established by Adams/Car to analysis ride comfort in this paper，the relationship between the vibration acceleration and the speed is got to predict the vehicle ride comfort and providing basis for further improvement.

ADAMS/car; ride comfort; simulation

U461.4

A

1671-7988（2015）12-58-03

陈太荣，工程师，就职于南京徐工汽车制造有限公司。研究方向：重卡整车总布置及底盘系统设计。