朱愛榮
摘 要:文章針對(duì)全承載公交客車,基于Adams軟件,建立客車模型,對(duì)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)、蛇形分析、轉(zhuǎn)正回正三個(gè)工況進(jìn)行操作穩(wěn)定性仿真分析;建立隨機(jī)不平路面模型,通過計(jì)算駕駛員處三向加速度均方根值,進(jìn)行客車平順性仿真分析。
關(guān)鍵詞:全承載公交客車;操作穩(wěn)定性;平順性;仿真分析
中圖分類號(hào):U467? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? 文章編號(hào):1671-7988(2020)15-158-03
Abstract: In this paper, a bus model is established based on Adams software for the simulation analysis of the handling stability under three conditions, namely steady-state turning, S-shaped turning analysis, and straightening and returnability. Meanwhile, a model of random uneven road surface is established for the simulation analysis of ride comfort by calculating the root mean square value of three-direction acceleration at the driver's position.
Keywords: Monocoque-based City Bus; Handling Stability; Ride comfort; Simulation analysis
CLC NO.: U467? Document Code: A? Article ID: 1671-7988(2020)15-158-03
前言
車輛操作穩(wěn)定性和平順性是評(píng)價(jià)整車性能指標(biāo)中的兩個(gè)重要指標(biāo),其中,操作穩(wěn)定性是影響車輛主動(dòng)安全的重要因素[1],平順性則直接表現(xiàn)為車輛行駛過程中乘客的乘坐舒適性[2]。公交客車作為主要載運(yùn)乘客的汽車,乘員人數(shù)相對(duì)較多,對(duì)整車的操作穩(wěn)定性和平順性要求則更加突出。因此,在新產(chǎn)品的整車設(shè)計(jì)研發(fā)階段,為縮短研發(fā)周期、提高設(shè)計(jì)水平、減少研發(fā)精力和財(cái)力投入,有需要也非常有必要利用CAE仿真分析技術(shù),對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行理論驗(yàn)證。
1 客車多體模型的建立
Adams\car軟件建立模型的基本步驟為:建立硬點(diǎn),建立各部件總成,建立部件總成間的約束,建立通訊器??蛙嚱Y(jié)構(gòu)復(fù)雜,整車建模時(shí)需進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化[3]。各子系統(tǒng)模型建立完成后,根據(jù)實(shí)車的裝配關(guān)系進(jìn)行整合,即為整車的多體模型[4]。
1.1 懸架模型的建立
硬點(diǎn)是建立仿真模型的基礎(chǔ),懸架上所有的部件及其相關(guān)約束等均以硬點(diǎn)為基礎(chǔ)建立。根據(jù)硬點(diǎn)建立各懸架模型,轉(zhuǎn)向軸懸架為非獨(dú)立剛性軸結(jié)構(gòu),模型如圖1所示,驅(qū)動(dòng)軸懸架為整體式剛性軸結(jié)構(gòu),模型如圖2所示。
1.2 橫向穩(wěn)定桿模型的建立
橫向穩(wěn)定桿,是安裝在轉(zhuǎn)向軸懸架中的輔助彈性元件[5],U型金屬鋼管結(jié)構(gòu),通過彈性橡膠軸承分別與車身和懸架進(jìn)行連接,模型如圖3所示。
1.3 客車整車多體模型的建立
轉(zhuǎn)向軸懸架、驅(qū)動(dòng)軸懸架及橫向穩(wěn)定桿等零部件模型建立后,將各零部件模型與全承載車身模型進(jìn)行裝配,建立客車整車多體模型,如圖4所示。
2 客車操縱穩(wěn)定性仿真分析
整車仿真分析基本流程為:打開整車總成,設(shè)定仿真參數(shù),執(zhí)行仿真分析和圖像及數(shù)據(jù)處理。
2.1 客車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真分析
穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真分析是通過 “定轉(zhuǎn)向變車速”的模擬試驗(yàn),對(duì)客車的操作穩(wěn)定性進(jìn)行仿真分析的一種方法。在整個(gè)分析過程中,方向盤轉(zhuǎn)角始終保持不變,車速逐步增加,直至達(dá)到客車的側(cè)向加速度或車速的設(shè)計(jì)目標(biāo)值[6]。評(píng)價(jià)指標(biāo)有中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)的側(cè)向加速度值、不足轉(zhuǎn)向度以及車身側(cè)傾角梯度。
以固定方向盤轉(zhuǎn)角/線性變車速輸入的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真試驗(yàn),采用文件驅(qū)動(dòng)(file-driven analysis)的形式完成。
仿真測(cè)試結(jié)束后,系統(tǒng)讀取客車如下參數(shù):行駛速度、車身側(cè)傾角度、側(cè)向加速度、橫擺角速度以及車輛行駛軌跡,并按照GB/T 6323-2014中規(guī)定的數(shù)據(jù)處理方法,計(jì)算得到客車的轉(zhuǎn)彎半徑、轉(zhuǎn)向/驅(qū)動(dòng)軸偏角差、不足轉(zhuǎn)向度以及車身側(cè)傾角梯度等數(shù)值[7]。
根據(jù)QC/480-1999標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)方法,對(duì)客車中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)的側(cè)向加速度值、不足轉(zhuǎn)向度以及車身側(cè)傾角梯度三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)分[8],穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真測(cè)試評(píng)分結(jié)果如表1所示。
2.2 客車蛇行仿真分析
蛇行仿真分析是通過客車沿著特定的軌跡運(yùn)行,獲取瞬態(tài)響應(yīng)的模擬試驗(yàn),不僅可以測(cè)試車輛急劇轉(zhuǎn)向能力,而且還可以測(cè)試急劇轉(zhuǎn)向時(shí)的安全性和舒適性[9],評(píng)分指標(biāo)有平均橫擺角速度峰值和平均方向盤轉(zhuǎn)角峰值。
蛇行仿真分析采用了文件驅(qū)動(dòng)(file-driven analysis)的形式完成。
仿真測(cè)試結(jié)束后,系統(tǒng)讀取客車如下參數(shù):方向盤轉(zhuǎn)角、車身側(cè)傾角、橫擺角速度以及側(cè)向加速度,并按照GB/T 6323- 2014中規(guī)定的數(shù)據(jù)處理方法,計(jì)算得到平均方向盤轉(zhuǎn)角峰值和平均橫擺角速度峰值。
根據(jù)QC/480-1999標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)方法,對(duì)客車平均方向盤轉(zhuǎn)角峰值和平均橫擺角速度峰值指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)分,蛇形仿真測(cè)試評(píng)分結(jié)果如表2所示。
2.3 轉(zhuǎn)向回正仿真分析
轉(zhuǎn)向回正仿真分析是考察車輛由彎道進(jìn)入直道的響應(yīng),為常見的工況之一,分為兩個(gè)操作步驟:第一步,使車輛保持預(yù)設(shè)的側(cè)向加速度運(yùn)行;第二步,開始時(shí)放開方向盤轉(zhuǎn)角,并記錄車輛的響應(yīng)。評(píng)分指標(biāo)有殘留橫擺角速度和橫擺角速度總方差。
轉(zhuǎn)向回正仿真分析采用文件驅(qū)動(dòng)(file-driven analysis)的形式完成。
仿真測(cè)試結(jié)束后,系統(tǒng)讀取客車如下參數(shù):行駛速度、車身側(cè)傾角度、方向盤轉(zhuǎn)角、側(cè)向加速度以及橫擺角速度等數(shù)值。并按照GB/T 6323-2014中規(guī)定的數(shù)據(jù)處理方法,計(jì)算得到殘留橫擺角速度和橫擺角速度總方差數(shù)值。
根據(jù)QC/480-1999標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)方法,對(duì)客車平殘留橫擺角速度和橫擺角速度總方差指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)分,轉(zhuǎn)向回正仿真測(cè)試評(píng)分結(jié)果如表3所示。
2.4 客車操縱穩(wěn)定性分析仿真小結(jié)
通過以上標(biāo)準(zhǔn)工況仿真分析,客車操作穩(wěn)定性各個(gè)指標(biāo)評(píng)分均滿足要求。
3 整車平順性仿真分析
3.1 隨機(jī)不平路面生成
客車的平順性仿真分析所用隨機(jī)不平路面模型采用諧波疊加法構(gòu)建,該方法理論基礎(chǔ)嚴(yán)密,使用范圍普遍,是路面不平度精度較高的一種頻域模型轉(zhuǎn)換方法[10]。
Adams軟件構(gòu)建的隨機(jī)不平的路面是一個(gè)三維表面,三維表面由一系列呈三角形平面單元組成,三角形平面由各節(jié)點(diǎn)(Node)組成,隨機(jī)不平路面原理如圖5所示,圖中各節(jié)點(diǎn)由數(shù)字1、2、3、4等表示,每個(gè)節(jié)點(diǎn)均x、y、z三向坐標(biāo),其中x和y兩向坐標(biāo)要滿足特定的規(guī)律,z向坐標(biāo)則單純表示路面寬度;每個(gè)節(jié)點(diǎn)按特定規(guī)律組成路面單元(Element);然后對(duì)路面單元進(jìn)行靜、動(dòng)摩擦系數(shù)設(shè)置,即可得到真實(shí)路面模型。
3.2 隨機(jī)路面輸入仿真分析
考慮到公交客車一般行駛為城市道路,因此應(yīng)該進(jìn)行B級(jí)路面的平順性能測(cè)試。
分析采用Adams/Car自帶的分析工況進(jìn)行。
分析結(jié)束后,提取駕駛員處三向加速度,計(jì)算均方根值[11],如表4所示。
3.3 整車平順性分析仿真小結(jié)
經(jīng)過計(jì)算,獲得駕駛員處在不同車速下的三向加速度均方根值,通過與企標(biāo)中基準(zhǔn)車型數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,此款全承載公交客車的平順性指標(biāo)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求,可以達(dá)到預(yù)期的性能水平。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文針對(duì)某款全承載公交客車,利用Adams軟件,建立各部件及整車模型,通過整車操作穩(wěn)定性各工況以及平順性的仿真分析評(píng)價(jià),對(duì)此款公交客車的產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行了理論驗(yàn)證,為整車的材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了有效的理論技術(shù)支持。
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