基于MSC.Adams的轮式车动力学仿真分析

2017-03-02 by:CAE仿真在线来源:互联网

为了在方案论证阶段更好的验证轮式车辆的动力学性能,对车辆进行早期的初步评估,对设计进行指导和优化。本文建立了多轴驱动车辆动力学仿真模型,进行了整车动力学性能的仿真分析。应用机械系统动力学仿真分析软件MSC.Adams 建立了悬架、轮胎、转向系统及整车的多体系统模型。重点对车辆的操纵稳定性进行了大量的仿真分析,包括稳态回转试验(含定方向盘转角连续加速法、定半径试验)、转向回正性能试验、转弯制动性能试验、移线试验等。

1 概述
为了在方案论证阶段更好的验证轮式车辆的动力学性能,对车辆进行早期的初步评估并进一步对设计进行指导和优化,我们对该车辆的动力学特性进行了系统的仿真。
本次仿真计算中的数据主要来自设计和试验数据,在建模过程中能够提供数据的全部按实际建模。但是需要说明的是建模中也存在一定的必要假设:
一、没有建立发动机和传动系统的实际模型,因此也没有考虑它们对车辆性能的影响;
二、一些部件的质量、惯量特性在不能提供的情况采用了估算的方法,会给计算带来一定误差;
三、对于理想铰链,除转动铰、滑动铰外,皆未考虑内部摩擦及阻尼。
四、整车零部件中,除弹簧、橡胶件、扭杆弹簧等弹性元件外,其余均按刚体考虑。
2 模型的建立
根据车辆结构,在MSC.ADAMS软件中建立了整车动力学仿真模型,模型中包括了车体模型、悬架模型、转向模型、横向稳定杆、轮胎模型等。在整个建模过程中,忽略动力装置和动力传动装置的结构及其振动对整车性能的影响。
前悬架系统为双横臂式独立悬架,包含上、下横臂、转向节、转向拉杆、油气弹簧、横向稳定杆等部件。中、后悬架为单纵臂独立悬架,包含单纵臂、油气弹簧、稳定杆等部件,模型中考虑了所有约束以及相应的弹簧、阻尼器等力元连接。悬挂的刚度、阻尼、预载,按计算数据和试验数据输入。车体动力学模型包括整车簧载质量、转动惯量、质心位置等模型质量参数,及各子系统与车身的连接信息。簧载质量、转动惯量、质心位置按计算数据和试验数据输入。需要说明的是现在橡胶衬套和轮胎的模型数据还不是很完备,它们对计算精度、甚至对极限工况的可算性有很大影响。将上述各系统按照车辆的定位和约束关系组装成整车,整车图这里没有给出。
3 仿真计算与结果分析
车辆的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下,车辆能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶,且当遭遇外界干扰时,车辆能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。车辆的操纵稳定性不仅影响到车辆的驾驶方便程度,而且也是决定车辆高速行驶安全的一个主要性能。汽车操纵稳定性涉及到的问题较为广泛,需要采用较多的物理量从多方面来评价。一般常把汽车作为一控制系统,做出汽车特定行驶工况下的稳态响应和瞬态响应(时域响应、频域响应)来表征汽车的操纵稳定性能。由于篇幅限制,这里只选择几种典型工况加以说明。
3.1 稳态回转试验
稳态回转试验是反映稳态特性的最基本、最重要的试验稳态回转试验,是车辆系统是否稳定的充分条件。常用的主要有两种试验方法:定方向盘转角连续加速法和定转弯半径连续加速法两种方法,两种方法都是通过改变车速来改变侧向加速度。我们采用了两种方法。需要说明一般虚拟样机模型的刚度值略大于实际值,在同样的侧向加速度下,仿真车身侧倾角稍小于试验值。
3.1.1 定方向盘转角连续加速法
车辆先以最低稳定车速,在初始半径为给定的圆周上行驶,待稳定后再加速。得到侧倾角与侧向加速度变化曲线、前后侧偏角差与侧向加速度关系曲线。
从前、后轴侧偏角差值与侧向加速度关系曲线看,(α1-α2)-ay 曲线斜率大于零,(α1-α2)随侧向加速度的提高而加大,车辆具有不足转向特性。从行驶轨迹也可以看出,在稳态回转试验中,转弯半径比R/R0>1,并且半径比值随着侧向加速度的增大而逐渐增加,说明该车有明显的不足转向特性。

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图1定方向盘转角连续加速法车辆行驶轨迹图

图2 侧倾角与侧向加速度图3前后侧偏角差与侧向加速度关系曲线

3.1.2 定半径试验
半径固定,控制车速从初始速度到给定值结束。或半径固定,初速从初始值,控制仿真时间。得到侧倾角与侧向加速度变化曲线、前后侧偏角差与侧向加速度关系曲线。
从前、后轴侧偏角差值与侧向加速度关系曲线看,前、后轴侧偏角差值均为正值,(α1-α2)-ay曲线斜率大于零,(α1-α2)随侧向加速度的提高而加大,车辆具有不足转向特性。