基于Adams/Car的工程車輛前懸架隨機(jī)振動(dòng)分析

摘 要：以多體動(dòng)力學(xué)理論和隨機(jī)振動(dòng)理論為基礎(chǔ)，運(yùn)用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件Adams/Car模塊，建立了工程車輛前懸架虛擬樣機(jī)模型。根據(jù)路面不平度垂直位移功率譜密度，采用數(shù)值模擬的方法得到不同等級(jí)路面激勵(lì)的數(shù)學(xué)模型，并輸入到前懸架系統(tǒng)模型中進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)仿真。仿真結(jié)果對(duì)工程車輛前懸架結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：Adams/Car；隨機(jī)振動(dòng)；前懸架；工程車輛

工程車輛在工作過程中會(huì)受到路面不平度的激勵(lì)，該激勵(lì)是一種隨機(jī)激勵(lì)，導(dǎo)致車輛產(chǎn)生隨機(jī)振動(dòng)[1]。車輛前懸架主要功用是承載車身重量、緩沖和傳遞來自路面不平度對(duì)車輛的激勵(lì)，保證車輛平順地行駛。在工程車輛中應(yīng)用廣泛的非獨(dú)立式懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、強(qiáng)度高、行駛中前輪定位變化較小，但其舒適性及操縱穩(wěn)定性都較差。

基于Adams/Car模塊建立車輛前懸架系統(tǒng)模型，在標(biāo)準(zhǔn)路面不平度激勵(lì)下進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)仿真分析，對(duì)車輛前懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)、疲勞壽命分析等具有重要參考價(jià)值。

1 前懸架系統(tǒng)模型

前懸架系統(tǒng)模型如圖1所示，主要包括：1.制動(dòng)器，2.浮動(dòng)拖盤，3.輪胎，4.車軸，5.橫向拉桿，6.板簧，7.減振器，8.彈性襯套，9.轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。制動(dòng)器在垂向施加隨機(jī)激勵(lì)，轉(zhuǎn)向節(jié)與銷軸簡化為三角形機(jī)構(gòu)。

汽車懸架系統(tǒng)主要作用是抑制路面不平度引起的振動(dòng)和沖擊。在Adams/Car模塊中參數(shù)設(shè)置包括輪胎的剛度、自由半徑、質(zhì)量、輪胎屬性文件、簧載質(zhì)量和車輛軸距等，如表1所示。

2 路面模型

路面模型是隨機(jī)振動(dòng)分析的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，主要采用路面功率譜密度描述其統(tǒng)計(jì)特性，GB/T7031-2005《機(jī)械振動(dòng)-道路路面譜測(cè)量數(shù)據(jù)報(bào)告》[2]中將路面分為A～H共8個(gè)等級(jí)。在實(shí)際工程中，該車輛行駛的路面等級(jí)主要為B、D和F級(jí)，其路面不平度系數(shù)分別為64、1024和16384。本文采用傅立葉變換與逆變換法，結(jié)合數(shù)據(jù)采樣定理[3]，分別求得其路面不平度曲線，并將得到的路面曲線轉(zhuǎn)換成.TXT文件后，復(fù)制得到的兩列數(shù)據(jù)并分別拷入所規(guī)定格式的[NODES]和[ELEMENTS]兩欄，保存并放入對(duì)應(yīng)的文件夾中。

3 Adams/Car動(dòng)力學(xué)仿真分析

基于Adams/car的前懸架隨機(jī)振動(dòng)分析主要是建立動(dòng)力學(xué)方程并求解，建立好前懸架系統(tǒng)模型，將路面文件通過試驗(yàn)臺(tái)加載到車輪上。在Simulate菜單下選擇Suspension Analysis-Dynamic，設(shè)置仿真文件名，仿真持續(xù)時(shí)間10s，仿真步數(shù)1000，激勵(lì)模式：Displacement[4]。圖2為懸架在F級(jí)路面激勵(lì)下的垂向位移時(shí)域和頻域曲線圖。

4 結(jié)束語

對(duì)比前懸架結(jié)構(gòu)在B、D和F級(jí)路面激勵(lì)下的仿真結(jié)果：

（1）隨著路面不平度的增大，懸架結(jié)構(gòu)垂直振動(dòng)的位移峰值逐漸增大，峰值所對(duì)應(yīng)的頻率為7.9Hz和9.8Hz附近，固該型車輛車橋結(jié)構(gòu)振共頻率約為8Hz和10Hz。振動(dòng)的位移量相對(duì)較小，但振動(dòng)產(chǎn)生的位移長期作用，對(duì)懸架結(jié)構(gòu)的使用壽命影響很大。

（2）由相關(guān)文獻(xiàn)可知，人體上下振動(dòng)的共振頻率在4～6Hz[5]，基本不包括上述分析的峰值頻率所在范圍，對(duì)人體的影響很小，基本可以滿足車輛行駛的平順性要求。

參考文獻(xiàn)

[1]徐昭鑫.隨機(jī)振動(dòng)[M].北京：高等教育出版社，1990.

[2]GB/T7031-2005.機(jī)械振動(dòng)-道路路面譜測(cè)量數(shù)據(jù)報(bào)告[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

[3]王鵬利，郭瑞峰.基于數(shù)值模擬載荷譜的車輛前橋隨機(jī)振動(dòng)疲勞壽命分析[J].工程機(jī)械，2013（44）.

[4]李軍，邢俊文，覃文潔.ADAMS實(shí)例教程[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2002.

[5]劉永強(qiáng).基于ADAMS的汽車懸架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析與仿真試驗(yàn)[J].河北：石家莊鐵道學(xué)院，2008：60-68.

作者簡介：王鵬利（1987，09-），男，漢，碩士，從事機(jī)械疲勞可靠性設(shè)計(jì)研究等。