基于軟土路面的越野車輛平順性研討

1、基于軟土路面的越野車輛平順性研討    概 述：基于載荷沉陷實(shí)際開收回用于計(jì)算彈性輪胎-軟土路面接觸力的ADAMS 用戶子順序，在某越野車整車虛擬樣機(jī)模型中完成彈性輪胎與軟土路面之間非線性接觸模擬。經(jīng)過改動(dòng)軟土路面相關(guān)參數(shù)，對(duì)該越野車停止隨機(jī)輸入行駛實(shí)驗(yàn)仿真，仿真結(jié)果標(biāo)明，隨著路面變形的增大，輪胎動(dòng)載荷，懸架動(dòng)擾度均有較大變化，車身的振幅有清楚增大。中心詞匯： 駱駝?wù)撐?變形空中；平順性；越野車；輪胎；ADAMS0 引言由于路面變形及土壤力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性，車輛在軟土路工程面下行駛時(shí)，輪胎與路面的接觸機(jī)理比行駛在公路上的車輛要愈加復(fù)雜1?；趧傂月访婕俣ǖ?/p>

2、車輛平順性分析中所樹立的輪胎模型只思考 了輪胎的變形，并沒有思考 到空中變形，這種假定曾經(jīng)不適宜用于軟土路面上車輛平順性，為了更準(zhǔn)確地分析在軟土路面下行駛的越野車輛平順性有必要樹立基于軟土路面的車輛動(dòng)力學(xué)模型。路面變形對(duì)在軟土路面下行駛的車輛的振動(dòng)影響十分清楚而輪胎與軟路面的靜態(tài)相互作用是越野車輛在軟土路面上的行駛平順性的好壞的要害 要素之一2-3。國(guó)際外諸多學(xué)者對(duì)其停止了相關(guān)研討，包括車輪載荷與土壤沉陷關(guān)系4、不同類型路面的變形水平與懸架振動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系5 、空中變形才干對(duì)車輛振動(dòng)衰減快慢的影響1、路面變形對(duì)越野車輛懸架的平順性的影響6 、輪胎軟路面相互作用模型對(duì)越野車靜態(tài)功用的影響1 、

3、軟硬路面行駛車輪輪胎分析7。這些研討為更好的研討越野車輛在軟土路面上的行駛平順性提供了基礎(chǔ)。本文基于彈性車輪與軟土路面接觸實(shí)際，經(jīng)過ADAMS 的TIRSUB 輪胎子順序接口，樹立了彈性車輪與軟土相互作用子模型，并將此模型整合到整車動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中樹立了整車在軟土下行駛的動(dòng)力學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上經(jīng)過改動(dòng)軟土的參數(shù)，對(duì)某型越野車輛在不同類型路面下行駛時(shí)的平順性停止了仿真研討。1 輪胎軟土路面相互作用模型越野車輛在越野路面下行駛時(shí)，由于路面的復(fù)雜性和多樣性以及軸系建模輪胎與路面之間的非線性接觸作用，很難樹立一個(gè)準(zhǔn)確的模型來(lái)猜測(cè)和評(píng)價(jià)，必需樹立輪胎軟土路面計(jì)算模型。國(guó)際外諸多學(xué)者對(duì)此停止了多方面的研討，用

4、于研討輪胎與軟土路面相互作用的方法主要包括解釋法，閱歷法和有限元法8。本文采用以下兩種數(shù)值解釋模型來(lái)描畫輪胎在變形路面下的功用。1.1 剛性車輪模型輪胎在路面上滾動(dòng)時(shí)的特性遭到輪胎剛度和土壤強(qiáng)度的影響，當(dāng)輪胎剛度遠(yuǎn)大于土壤強(qiáng)度時(shí)，可以視輪胎為剛性輪9。如圖1，此時(shí)輪胎變形量為零，可以用M.G.Bekker 提出的承壓特性模型來(lái)描畫輪胎與空中的相互作用。車輪載荷zF與沉陷量的關(guān)系為輪胎軟土路面相互作用模型在ADAMS 中的運(yùn)用ADAMS 軟件思考 到模型的擴(kuò)展性和開放性,提供用戶子順序(User Written Subroutine)接口, 支持用戶自定義的輪胎模型，TIRSUB 是ADAMS

5、公用的輪胎接口順序，用戶可以經(jīng)過編寫它來(lái)定義自己的輪胎模型。經(jīng)過TIRSUB 的計(jì)算，失掉輪胎印跡SAE 坐標(biāo)系下的力和力矩，AMS/Solver 自動(dòng)將這些力和力矩轉(zhuǎn)換到輪心坐標(biāo)系。模型為了彈性車輪與軟土路面之間的非線性接觸，應(yīng)用ADAMS 軟件提供的二次開發(fā)接口，采用FORTRAN 編寫了輪胎子順序，主要用到的ADAMS 用戶子順序包括TIRSUB和REQSUB10-11，其中TIRSUB 子順序用于計(jì)算輪胎力，其格式如下：SUBROUTINE TIRSUB ( ID, TIME, T0, CPROP, TPROP, MPROP, PAR, NPAR, STR,NSTR, DFLAG,IF

6、LAG, FSAE, TSAE, FPROP )其中CPROP 為一個(gè)雙精度數(shù)組，保管輪胎與空中的一些接觸信息及運(yùn)動(dòng)信息，TPROP為一個(gè)雙精度數(shù)組，保管輪胎特性文件中（.tpf）（具體參數(shù)見表2）的一些信息，PAR 為順序輸入?yún)?shù)，PAR 被定義為一個(gè)列向量，為雙精度數(shù)組，用以傳遞和保管TIRSUB 語(yǔ)句中用戶自定義參數(shù)(本文主要是傳遞軟土路面的相關(guān)參數(shù))。REQSUB 用戶子順序用保管和前往TIRSUB 子順序計(jì)算后的相關(guān)信息，輸入的格式如下：SUBROUTINE REQSUB ( ID, TIME, PAR, NPAR, IFLAG, RESULT )其中RESULT 為調(diào)用后結(jié)果前往值

7、在FORTRAN 編程言語(yǔ)環(huán)境下編寫了TIRSUB 子順序，完成了所樹立的輪胎模型在ADAMS 軟件中的運(yùn)用。順序編寫進(jìn)程中，嚴(yán)厲遵守ADAMS 軟件子順序開發(fā)規(guī)范并按此編寫了TIRSUB 輪胎模型的順序代碼，經(jīng)過編寫和調(diào)用自定義REQSUB 子順序?qū)IRSUB 計(jì)算失掉的輪胎變形及土壤沉陷量等相關(guān)信息前往到view 環(huán)境，然后經(jīng)過編譯器將子順序代碼編譯成TIRSUB.dll 最終完成了在ADAMS 里可以調(diào)用的靜態(tài)庫(kù)文件。2 路面不平度模型越野汽車在路面下行駛時(shí)，路面的凹凸不平是惹起汽車振動(dòng)的主要緣由。為了真實(shí)模擬越野車在不平路面下行駛進(jìn)程，需構(gòu)建路面不平度鼓舞文件。少量測(cè)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果標(biāo)明，

8、路面不平度具有隨機(jī)、顛簸和各態(tài)歷經(jīng)的特性，可設(shè)路面高程為顛簸遍歷的均值為零的Gaussian進(jìn)程，用功率譜密度來(lái)描畫不平度。GB7031-86 中依照功率譜密度將路面不平度分為8 個(gè)等級(jí)，路面功率譜密度的表達(dá)式為10：可以應(yīng)用已知的功率譜密度函數(shù)，經(jīng)過正弦波疊加法來(lái)生成隨機(jī)路面13-14，其基本思想為：路面不平度由一系列不同頻率的正弦波疊加而成；這些不同頻率的正弦波之間相差一個(gè)在0，2之間平均散布的隨機(jī)相位角；將對(duì)應(yīng)于各個(gè)小區(qū)間的正弦波函數(shù)疊加起來(lái)，就失掉頻域路面隨機(jī)位移輸入式中： -0，2上平均散布的隨機(jī)數(shù)；x-路面的縱向位置?？梢则?yàn)證，當(dāng)正弦波的疊加頻率數(shù)m 足夠大時(shí)，由以上方法生成的隨機(jī)

9、路面具有與給定路譜相反的頻域特征和較好的分歧性本文依據(jù)GB7031-86 中C 級(jí)路面的要求應(yīng)用Matlab 編寫了MSC.ADAMS 軟件需求的tpf 路面文件。3 仿真結(jié)果與分析3.1 剛性路面下模型驗(yàn)證在 ADAMS/VIEW 環(huán)境下，樹立了某越野車整車虛擬樣機(jī)模型, 如圖4 所示，對(duì)車輛在GB7031-86 C 級(jí)路面下對(duì)車輛停止平順性仿真，仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果如圖5 所示，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)是駕駛室座椅和后座椅處加權(quán)減速度值，本文沒有建座椅，所測(cè)值為車體質(zhì)心處的加權(quán)減速度值，故和實(shí)驗(yàn)值有一定偏向，但是從總體趨向和值的大小來(lái)看本文由所建模型失掉的數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本趨向是分歧的。3.2 剛

10、性路面及軟土路面下仿真結(jié)果對(duì)比在平剛性路面和硬路面上停止仿真，土壤參數(shù)取表1 的對(duì)應(yīng)路面參數(shù)，仿真結(jié)果見圖6(a),圖中實(shí)線為ADAMS Fiala 輪胎模型在剛性路面上計(jì)算結(jié)果，虛線為本文模型在硬路面上所計(jì)算的后輪垂直反力。圖6(b)中實(shí)線為本文模型在硬路面上所計(jì)算的后輪垂直變形，雙點(diǎn)劃線為計(jì)算失掉的土壤沉陷量，虛線為ADAMS Fiala 輪胎模型在剛性路面上計(jì)算失掉的后輪垂直變形。    (a)輪胎載荷 (b)輪胎變形及土壤沉陷量 (a)輪胎載荷 (b)輪胎變形及土壤沉陷量圖6 靜平衡工況下不同路面上仿真結(jié)果對(duì)比 圖7 直線行駛工況下不同路面上仿真

11、結(jié)果對(duì)比直線行駛工況下,車輛沿水平路面直線行駛,在后輪上施加相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，設(shè)定減速時(shí)間為2s，2s后到達(dá)勻速，在剛性路面和硬路面上停止仿真，仿真結(jié)果見圖7。圖中曲線含義與圖6 中分歧，從圖7(a)中可以看出，在兩秒前后輪載荷有所添加這是由于車輛的減速招致了整車軸荷的轉(zhuǎn)移，表現(xiàn)為后軸載荷的添加，兩秒事先基本堅(jiān)持動(dòng)搖，輪胎變形及土壤沉陷量均有相反變化趨向。從ADAMS Fiala 輪胎模型和本文所編輯的輪胎子順序模型所計(jì)算的仿真結(jié)果可以看出在平路面上靜態(tài)和靜態(tài)的仿真中輪胎垂直力最后都趨向于車體自身重量，這從另一個(gè)方面說(shuō)明本文所編譯的子順序得來(lái)的數(shù)據(jù)是牢靠的，可以用于車輛在軟土路面下行駛仿真分析。

12、3.3 軟土路面下平順性隨機(jī)輸入實(shí)驗(yàn)仿真針對(duì)變形路面對(duì)越野汽車平順性影響，在ADAMS/VIEW 環(huán)境下經(jīng)過調(diào)用自定義輪胎子順序TIRSUB.DLL 靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)在C 級(jí)路面上，以車速18km/h 在按表1 所給參數(shù)來(lái)定義的不同路面上停止了仿真分析，由圖8 可看出，隨空中硬度越低，輪胎中心點(diǎn)沉陷越深，同時(shí)曲線愈加潤(rùn)滑，并且相位上有一定的滯后。而圖9則可看出，前輪載荷在末尾時(shí)有一定振幅，然后趨于動(dòng)搖，并在車身重量范圍內(nèi)動(dòng)搖，并有一定振幅，這是由于空中不平整給車體的鼓舞，與文獻(xiàn)資料所給結(jié)論1相符，其靜態(tài)仿真結(jié)果如表3 所示從表3 可以看出在異樣車速下隨著路面硬度的降低，土壤沉陷量有所增大，從硬路面到

13、軟路面增大了近8倍，車身質(zhì)心處位移均方根值也增大，從硬路面到軟路面增大了3 倍，這說(shuō)明在軟土路面下行駛的車輛，既有輪胎變形又有空中變形,軟土的沉陷量的添加招致了車體垂直振幅的添加，而且路面越軟土壤沉陷量越大從而招致車體垂直振幅會(huì)越大。另外輪胎動(dòng)載荷及懸架動(dòng)擾度均有變化，是由于路面不平度鼓舞使車輛和輪胎發(fā)生振動(dòng)，從而影響車輛的平順性。在懸架剛度和阻尼不變的狀況下車身減速以及懸架的動(dòng)擾度隨土壤的變軟都有變化，從上述變化趨向可以看出在硬路面上適宜的懸架剛度和阻尼值并不適宜用于軟土路面，應(yīng)該盡能夠依據(jù)越野車輛的常用行駛路況來(lái)設(shè)計(jì)懸架的剛度值和阻尼值。4 結(jié)論（1）本文是在輪胎與軟土路面相互作用的模型基

14、礎(chǔ)上，經(jīng)過編寫用于計(jì)算輪胎軟土路面相互作用力的子順序，完成了該順序在ADAMS 中的調(diào)用，并將其運(yùn)用到整車模型仿真上，以相反車速在不同變形水平的路面下對(duì)某越野車輛停止了仿真，從而失掉不同路面變形水平下車輛行駛平順性功用參數(shù)。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所建模型的正確性與可行性，并能有效地猜測(cè)行駛在軟土路面上的越野車輛的行駛平順性。依據(jù)仿真失掉的相關(guān)參數(shù)，分析失掉了軟土路面的非線性變形對(duì)車輛行駛平順性有清楚影響，對(duì)越野車輛在軟土路面下行駛平順性研討提供了實(shí)際依據(jù)。（2）該模型只思考 了軟土路面的承壓模型，未思考 軟土剪切變形對(duì)車輛行駛平順性的影響，再者越野行駛時(shí)通常是后輪在前輪的行駛事先留下的車轍中滾動(dòng)，因此

15、不同軸上的車輪在行進(jìn)中所碰到 的軟土條件是不分歧的，而該模型中前后輪是用同一種模型計(jì)算的。只要樹立同時(shí)思考 軟土剪切變形及重復(fù)載荷下的承壓模型才干更片面和準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)車輛在軟土路面行駛時(shí)的平順性，這是本文需求進(jìn)一步停止研討的任務(wù)。本工程碩士論文源自駱駝?wù)撐木W(wǎng)，更多效果請(qǐng)咨詢?cè)诰€客服！文獻(xiàn)資料本文來(lái)自： 駱駝?wù)撐? 孫蓓蓓,張曉陽(yáng),王哉等. 基于輪胎與空中接觸模型的非公路車輛平順性J西北大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，36(6):938-940.2 F.R.Fassbender; C.W.Fervers;C.Harnisch. APPROACHES TO PREDICT THE VEHICLE DYNAMICS ONSOFT SOIL J. Vehicle System Dynamics (0042-3114), 1997, 27(S1),173-188.3S.G.Mao,Ray P.S.HanI.C.Schmid, Nonlinear complementarity equations for modeling tire-soil interaction-Anincremental Bekker approachJ. Journal of Sound and Vibration (0022-460X), 2008,312(3):380-398.4M.G. Bekker, In