摩托车平顺性仿真分析和悬架优化设计

2017-03-02 by:CAE仿真在线来源:互联网

基于MSC ADAMS软件,建立摩托车多体动力学模型,以B级路面谱为振动激励对某款摩托车进行随机振动分析。综合研究摩托车悬架弹簧刚度和阻尼、后悬弹簧与摆臂间连接位置对舒适性的影响。

1 引言
随着社会的日益进步和科学技术的不断发展,摩托车正朝着安全、舒适、环保的方向发展,尤其是舒适性是摩托车技术发展的三大课题之一。因此对舒适性的研究日益受到国内外摩托车行业人员的重视。摩托车乘坐的舒适性,涉及到摩托车动力性和经济性的发挥,同时还影响到零部件的使用寿命,目前它成为同类摩托车在市场竞争中争夺优势的重要性能指标。同时摩托车舒适性无疑也是反应摩托车整车品质的一个重要因素。
本文以某款摩托车为研究对象,在机械系统动力学仿真软件MSC ADAMS中建立摩托车整车的虚拟样机参数化模型,以B级路面谱为振动激励,从摩托车前后车轮与车架之间的减振悬挂系统入手进行仿真分析, 综合研究摩托车悬架弹簧刚度和阻尼,后悬弹簧与摆臂连接位置对平顺性的影响。以车身坐垫处的响应加速度均方根值最小为评价对象,对摩托车
悬架装置进行参数匹配和优化设计,达到舒适性最佳的目的。
2 摩托车整车模型模型的建立
摩托车是一个包含惯性、弹性、阻尼等动力学特征的复杂系统, 其特点是运动构件多、受力复杂。由于组成摩托车各机械系统之间的相互耦合作用,使摩托车的动态特征非常复杂,要建立摩托车动力学仿真模型,需将复杂的摩托车振动系统作简化处理,去掉与研究内容没有太多联系的部件,在不影响仿真结果的前提下,对模型作适当的简化有利于提高计算速度,减少不相关因素的影响。由于发动机的外型结构复杂,发动机、摩托车乘员的质量及油箱用三个点质量代替,其质量和转动惯量、质心位置等力学参数与物理模型一致。
建立摩托车整车模型时还作了以下假设:
(1) 将车架看作刚体,悬架零部件中,除了弹性零部件外,其余零件全部看作刚体。
(2) 对于模型中的铰链, 都没有考虑其内摩擦。
(3) 假设摩托车无侧向振动。
(4) 对前后悬架进行了参数化处理。
建立摩托车整车模型如图1所示。

摩托车平顺性仿真分析和悬架优化设计 - 林子 - 林子清风 CAE/CFD工作室

图1 摩托车整车模型

3 路面谱和轮胎谱的编制
根据轮胎特性参数(车轮自由半径、胎体半径、径向刚度、纵向滑移刚度、侧偏刚度等),可以编制MSC ADAMS/View中的前后轮胎特性文件TPF文件。路面文件根据GB7031-86《车辆振动输入―路面平度表示方法》的要求,利用谐波叠加法编制RDF路面文件。流程如图2。在MSC ADAMS里面建立摩托车动力学模型。如图3所示。

图2 路面谱的产生流程

图3 摩托车动力学模型

4 平顺性仿真分析
本文以60km/h的车速进行虚拟机构仿真,在人体质心处放置垂向加速度测试点,得到人体质心加速度曲线和功率谱密度曲线,如图4。

图4 人体质心加速度曲线和功率谱密度曲线

利用MSC ADAMS/View的后处理功能,从曲线图可以分析出此款摩托车的人体质心垂直方向振动的加速度响应均方根值为2.656 m/s2。在1.0-3.5Hz内存在多个共振峰值。整车的实际样车路试测试坐垫部位垂直方向振动的加速度响应均方根值为3.05m/s2。误差为12.94%。
5 悬架结构优化分析
影响摩托车乘坐舒适性的因数很多,其中摩托车悬架弹簧刚度和阻尼,后悬摆臂长度,后悬弹簧与摆臂间夹角对舒适性的影响最大。因此选择前后减震刚度系数,阻力系数,后减与摇臂的连接点X,Y坐标共6个设计变量,进行参数化分析。分别对6个设计变量进行设计研究,结果如图5,从中确定出对模型性能的影响最大的3个设计变量进行了优化分析(前后减震的阻尼系数,后减与摇臂的连接点Y坐标),得到最优化结果。如图6。

图5 设计变量敏感度

图6 人体质心加速度曲线

从分析结果表明,该车的平顺性有所改善,优化后的加速度均方根值由2.656降低到2.301mm2/s2。
6 结论
(1)基于MSC ADAMS的虚拟样机技术,可以把摩托车系统视为多体系统,进行运动学和动力学仿真。通过对改款摩托车虚拟样机模型的测试结果和实际车辆的测试结果的比较可以判断,该模型建模及简化是正确有效的。
(2)在改模型的基础上对摩托车悬架性能参数进行优化分析,对设计方案进行反复的优化对比分析,使得平顺性得到改善,降低了整车的振动。可以大大缩短试验周期,节省试验费用。

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