本文摘要：摘要:采集廣德試車場操縱性與平順性試驗(yàn)環(huán)路的道路載荷譜，利用nCode軟件對道路載荷譜進(jìn)行編輯與處理，得到隨機(jī)短波路、瀝青振動(dòng)帶等多種不同路面的道路載荷，導(dǎo)入ADAMS中進(jìn)行懸架動(dòng)態(tài)仿真。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的基于靜態(tài)KC特性分析的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)不足以滿足復(fù)雜工況下
摘要:采集廣德試車場操縱性與平順性試驗(yàn)環(huán)路的道路載荷譜，利用nCode軟件對道路載荷譜進(jìn)行編輯與處理，得到隨機(jī)短波路、瀝青振動(dòng)帶等多種不同路面的道路載荷，導(dǎo)入ADAMS中進(jìn)行懸架動(dòng)態(tài)仿真。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的基于靜態(tài)K&C特性分析的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)不足以滿足復(fù)雜工況下整車對懸架的性能要求，而動(dòng)態(tài)K&C試驗(yàn)具有更精確的響應(yīng)結(jié)果，更能反應(yīng)懸架的實(shí)際使用狀態(tài)。最終在動(dòng)態(tài)K&C試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)，對比動(dòng)態(tài)、靜態(tài)與臺(tái)架試驗(yàn)的結(jié)果，驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)K&C仿真與試驗(yàn)結(jié)果更加接近，具有更精確的仿真結(jié)果。所以，對汽車懸架的動(dòng)態(tài)特性研究對工程應(yīng)用具有一定的幫助作用。
關(guān)鍵詞:道路載荷譜,動(dòng)態(tài)K&C,靜態(tài)K&C,平順性,操縱穩(wěn)定性
0引言
隨著科技的發(fā)展，虛擬樣機(jī)技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。它提供了全新的研發(fā)模式，確保了更低的研發(fā)成本、更短的研發(fā)周期和更高的產(chǎn)品質(zhì)量。虛擬樣機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得車輛多體動(dòng)力學(xué)仿真對于汽車開發(fā)設(shè)計(jì)具有重要意義。懸架系統(tǒng)是汽車底盤系統(tǒng)的靈魂，對汽車的平順性、操縱穩(wěn)定性與行駛安全性等多種使用性能都有很大的影響[1-4]。
懸架系統(tǒng)能夠有效地吸收由于路面不平度引起的沖擊載荷，減小路面沖擊及振動(dòng)的影響，從而有效地提高行駛的平順性。懸架系統(tǒng)應(yīng)該快速準(zhǔn)確地響應(yīng)駕駛員的指令，使汽車能夠抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛，保證汽車的操縱穩(wěn)定性[5-6]。
一般來說，懸架開發(fā)的研究主要包括2個(gè)領(lǐng)域:平順性以及操縱穩(wěn)定性。前者主要研究汽車行駛振動(dòng)時(shí)，由于彈性元件和阻尼元件的力學(xué)特性造成的平順性影響，可稱之為懸架動(dòng)力學(xué)研究;后者主要研究懸架的幾何導(dǎo)向結(jié)構(gòu)以及力和力矩的傳遞特性，即懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)和彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)(Kinematics&Compliance，K&C)特性研究[7-18]。
徐中明等人[19]重點(diǎn)研究了不同算法在平順性分析中的差別，結(jié)果表明，各種算法計(jì)算結(jié)果差別不大但各有特點(diǎn)，時(shí)域法對峰值系數(shù)更加敏感，可用于從人體舒適性角度評(píng)價(jià)平順性。吉林大學(xué)的隋震宇等人[20-23]采用虛擬樣機(jī)技術(shù)對懸架K&C特性展開了深入研究，與此相關(guān)的文獻(xiàn)涉及懸架K&C特性評(píng)價(jià)、懸架彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)及其對整車性能影響的分析，對深入研究懸架K&C特性提供了重要的參考。
本文采集廣德試車場的道路載荷譜，通過動(dòng)力學(xué)仿真與某企業(yè)動(dòng)態(tài)K&C試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)，對比動(dòng)態(tài)、靜態(tài)與臺(tái)架試驗(yàn)的結(jié)果，驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)K&C仿真與試驗(yàn)結(jié)果更加接近，具有更精確的仿真結(jié)果。所以，對汽車懸架的動(dòng)態(tài)特性研究更具有工程應(yīng)用價(jià)值。
1剛?cè)狁詈隙囿w動(dòng)力學(xué)模型
在Adams/Car軟件中建立懸架多體動(dòng)力學(xué)模型所需的參數(shù)主要包括:各零部件的硬點(diǎn)坐標(biāo)、各零部件的質(zhì)量特性參數(shù)、彈簧及減振器的力學(xué)特性曲線以及各襯套的剛度特性曲線。建模中所用到的硬點(diǎn)坐標(biāo)以及質(zhì)量特性參數(shù)可以由CATIA軟件對三維數(shù)模進(jìn)行測量得到，彈簧、減振器以及襯套等彈性元件的力學(xué)特性曲線可以由試驗(yàn)測量得到。其中前懸架為麥弗遜懸架，后懸架為四連桿懸架。
2路譜采集與處理
廣德試車場是目前國內(nèi)規(guī)模最大、設(shè)施最完善、試驗(yàn)道路最齊全、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最先進(jìn)的綜合性汽車試驗(yàn)場。本次試驗(yàn)主要采集廣德試車場操縱性與平順性試驗(yàn)環(huán)路的道路載荷譜，該試驗(yàn)環(huán)路是目前國內(nèi)最完整的操穩(wěn)性平順性試驗(yàn)環(huán)路，為提高汽車底盤性能以及整車的操縱穩(wěn)定性與行駛平順性奠定了設(shè)施基礎(chǔ)。
在載荷譜道路采集時(shí)，所用到的傳感器的類型主要包括:六分力傳感器、三向加速度傳感器、陀螺儀、車輪矢量傳感器、轉(zhuǎn)向機(jī)器人以及GPS傳感器。為研究不同路面載荷對懸架動(dòng)態(tài)K&C特性的影響，需要對采集的道路載荷譜進(jìn)行分段處理。根據(jù)試車場操縱穩(wěn)定性與平順性試驗(yàn)環(huán)路載荷譜采集規(guī)范，同時(shí)根據(jù)汽車行駛車速，對道路載荷譜進(jìn)行編輯，刪除過渡路面載荷時(shí)域信號(hào)，得到各個(gè)不同路面的道路載荷譜，為后續(xù)研究懸架動(dòng)態(tài)K&C特性奠定基礎(chǔ)。運(yùn)用同樣的方法編輯其他路道路載荷譜，在這里不進(jìn)行一一列舉。
3懸架動(dòng)態(tài)K&C特性仿真分析
將試車場采集到的道路載荷譜利用nCode軟件進(jìn)行編輯與處理，保存為RPC3格式的文件作為激勵(lì)輸入到Adams軟件中，進(jìn)行懸架的動(dòng)態(tài)K&C特性仿真試驗(yàn)，從而研究不同路面載荷對懸架K&C特性的影響。
4懸架靜態(tài)K&C特性仿真分析
通過車輪六分力傳感器采集實(shí)車在試車場操穩(wěn)性與平順性試驗(yàn)環(huán)路道路載荷譜，載荷時(shí)間歷程反映了實(shí)車在試車場路面所受到的實(shí)際載荷，可以為試驗(yàn)車輛室內(nèi)道路模擬試驗(yàn)提供全部的載荷信息。通過對輪心六分力信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以得到試驗(yàn)車輛在不同路面行駛時(shí)所受到的最大載荷。對多種不同路面輪心垂向力道路載荷譜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到道路載荷譜的最大值與最小值，用該值作為激勵(lì)信號(hào)對懸架進(jìn)行靜態(tài)仿真分析。
5結(jié)束語
傳統(tǒng)的懸架K&C試驗(yàn)只能對懸架進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)的力和力矩的加載，未考慮減振器和各連接點(diǎn)處襯套的作用，然而，在車輛實(shí)際行駛過程中，懸架以較快的速度產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，靜態(tài)K&C試驗(yàn)不能用于測量懸架系統(tǒng)中與速度相關(guān)的各特性參數(shù)(例如阻尼特性)。因此，基于懸架動(dòng)態(tài)K&C特性研究懸架性能，掌握懸架性能的測試與評(píng)價(jià)方法，并建立合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對于自主開發(fā)高性能懸架以及提高汽車性能品質(zhì)尤為重要。
本文采集廣德試車場操穩(wěn)性與平順性試驗(yàn)道路載荷譜，在nCode軟件中對所采集的道路載荷譜進(jìn)行編輯處理，得到彎道起伏路、正弦波路等路面的輪心垂向力道路載荷譜，對懸架進(jìn)行動(dòng)態(tài)K&C特性仿真試驗(yàn)，分析了試驗(yàn)車的平順性能與操縱性能。本文實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了多體動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性，其動(dòng)態(tài)仿真更加接近汽車實(shí)際的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對于懸架的性能研究具有較大的幫助作用。
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