客車平順性仿真及優(yōu)化

康元春

(湖北汽車工業(yè)學(xué)院，汽車動(dòng)力傳動(dòng)與電子控制湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(湖北汽車工業(yè)學(xué)院)，湖北十堰 442002)

0 引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)出行時(shí)乘坐舒適性也逐漸提高。客車的平順性直接影響著乘坐舒適性，因此提高客車平順性變得越來越重要。采用Adams/car虛擬樣機(jī)技術(shù)，建立多體動(dòng)力學(xué)模型，能在較短時(shí)間內(nèi)獲得最佳的懸架參數(shù)匹配，為改善整車平順性做出指導(dǎo)。本文作者以某客車為研究對(duì)象，在ADAMS/Car 中建立了該整車的多體動(dòng)力學(xué)模型，分析它在4種不同路面道路上行駛平順性，并利用ADAMS/Insight對(duì)該客車前后輪彈簧剛度和前后減振器阻尼參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以降低該客車在水泥道路上行駛時(shí)的總加權(quán)加速度均方根值，提高了其在水泥道路上行駛時(shí)的舒適性。

1 平順性評(píng)價(jià)方法

ISO 2631-1:1997規(guī)定用加權(quán)加速度均方根值來評(píng)價(jià)車輛的平順性。本文作者通過ADAMS/Ride模擬客車在不同等級(jí)道路上行駛，得到其在x、y、z3個(gè)方向的加速度時(shí)間歷程曲線，采用FFT功能得到功率譜密度Ga(f)，總加權(quán)加速度均方根值：

αv=[(1.4αxw)2+(1.4αyw)2+αzw2]1/2

(1)

當(dāng)αw小于0.315 m/s2時(shí)，人沒有不舒適；αw在0.315～0.63 m/s2之間時(shí)，人有一些不舒適；αw在0.5～1.0 m/s2之間時(shí)，人會(huì)感覺相當(dāng)不舒適[1]。

2 整車和道路模型的建立

2.1 整車模型的建立

客車前懸架為雙橫臂懸架，該懸架的上下臂前后端通過襯套與副車架連接，外端通過球鉸接與轉(zhuǎn)向節(jié)連接后連接到車輪?？蛙嚭髴壹苁褂门ちα簯壹埽笥臆囕喲b在一個(gè)扭力梁的兩端。在ADAMS/Car中，從Adjust的Hardpoint中更改前后懸架硬點(diǎn)坐標(biāo)，將前后懸架與制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)以及車身等系統(tǒng)進(jìn)行組合，在四柱試驗(yàn)臺(tái)上建立了客車整車仿真模型，見圖1。

圖1 整車在四柱試驗(yàn)臺(tái)上的模型

2.2 道路模型的建立

利用ADAMS自帶的路面生成器建立道路模型，路面生成器見圖2。路面生成器中，Ge、Gs和Ga分別表示白噪聲的空間、速度和加速度的功率譜密度幅值。模擬路面長(zhǎng)度1 000 m，采用間隔為5 m，道路表面波長(zhǎng)關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度為5 m。

圖2 Sayers路面生成器

采用路面生成器模擬光滑水泥路面、水泥路面、光滑瀝青路面和瀝青路面，道路的Ge、Gs和Ga參數(shù)見表1[2]。路面生成器模擬的2D路面見圖3，將得到的路面曲線施加在四柱試驗(yàn)臺(tái)上客車的左、右車輪。

表1 道路模型參數(shù)

圖3 不同等級(jí)路面道路譜

3 懸架性能參數(shù)優(yōu)化

3.1 優(yōu)化前整車平順性

在ADAMS/Ride四柱試驗(yàn)臺(tái)上，模擬客車整車以車速60 km/h在4種不同道路上行駛，仿真時(shí)長(zhǎng)為6 s，得到4種道路上在x、y和z3個(gè)方向的加速度隨時(shí)間變化曲線。圖4是模擬客車在光滑水泥路面上行駛時(shí)，x、y、z3個(gè)方向的加速度時(shí)間歷程曲線和功率譜密度曲線。根據(jù)公式(1)結(jié)合客車在3個(gè)方向的加速度時(shí)間歷程和功率譜密度數(shù)據(jù)，在MATLAB中進(jìn)行計(jì)算，得到客車在這4種路面的加權(quán)加速度均方根結(jié)果，見表2。

圖4 光滑水泥路面客車仿真曲線

m/s2

從表2可以看出：該客車在光滑水泥路面、光滑瀝青路面和瀝青路面行駛時(shí)，各方向加權(quán)加速度均方根值及總加權(quán)加速度均方根值均小于0.315 m/s2，舒適性較好。在水泥路面行駛時(shí)，總加速度均方根值αv為0.319 7 m/s2，大于“人沒有不舒適”時(shí)的0.315 m/s2，表明該車在水泥路面行駛時(shí)，人有一定的不舒適，因此需要對(duì)總加速度均方根值進(jìn)行優(yōu)化。

3.2 平順性參數(shù)優(yōu)化

在ADAMS/Insight模塊中，對(duì)該客車在水泥路面行駛時(shí)總加速度均方根值進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化目標(biāo)為水泥路面的橫向、縱向和垂向加權(quán)加速度均方根值最??；設(shè)計(jì)變量為前后懸架的彈簧剛度比和減振器阻尼比，用Kf和Kr表示前后彈簧剛度比，Cf和Cr表示前后減振器阻尼比[3]。將前后懸架彈簧剛度比和減振器阻尼比的變化范圍均設(shè)置為0.4～0.6。采用DOE Response Surface(RSM)建立仿真模型，DOE設(shè)計(jì)類型選擇Latin Hypercube，得到的設(shè)計(jì)變量矩陣見表3。

表3 設(shè)計(jì)變量矩陣表

優(yōu)化前后，水泥路面上x、y和z向加速度曲線對(duì)比見圖5。優(yōu)化后，客車在水泥路面行駛時(shí)x、y和z方向的加速度均比優(yōu)化前有所降低。

圖5 優(yōu)化前后加速度曲線比較

優(yōu)化后3個(gè)方向的加權(quán)加速度均方根值分別為0.129 2、0.100 9和0.203 0 m/s2，均小于0.315 m/s2，且總加速度均方根值由0.319 7 m/s2減小到0.306 4 m/s2，低于“人體有不舒適”時(shí)的0.315 m/s2。此時(shí)經(jīng)過優(yōu)化分析之后Kf、Kr、Cf和Cr的取值分別為0.413 333、0.506 667、0.4和0.413 33。

對(duì)前后懸架彈簧和減震器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，降低了該客車在水泥路面行駛時(shí)3個(gè)方向上加權(quán)加速度均方根值，同時(shí)使總加權(quán)加速度均方根值低于0.315 m/s2，該客車平順性得到了改善。

4 結(jié)論

(1)在ADAMS/Car中對(duì)客車建模，并分析了該客車在光滑水泥道路、光滑瀝青道路、水泥道路和瀝青道路等路面上以60 km/h行駛時(shí)的平順性，該客車在水泥道路行駛時(shí)總加權(quán)加速度均方根值較大。

(2)利用ADAMS/Insight對(duì)該客車前后輪彈簧剛度和前后減振器阻尼參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后，在水泥道路行駛時(shí)，客車的橫向，縱向及垂向加權(quán)加速度均方根值均減小，總加權(quán)加速度均方根值明顯降低，客車的平順性得到了改善。