基于adamscar的汽車懸架建模與仿真

基于adamscar的汽車懸架建模與仿真

1汽車動力學性能仿真分析和實車試驗法近年來，隨著中國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，大量汽車開始進入人們的家庭，汽車的控制權越來越受開發(fā)商和消費者的影響。汽車的操控穩(wěn)定性,即表示汽車是否按照駕駛員的意圖行駛,包含兩個方面:一是可操作性,指車輛對駕駛員的指令的響應能力;二是穩(wěn)定性,指車輛抗干擾能力,穩(wěn)定性的好壞直接影響到可操控性。汽車是一個及其復雜的多體系統(tǒng),整車的穩(wěn)定性受到輪胎、懸架、轉(zhuǎn)向、發(fā)動機、以及傳動系統(tǒng)的影響,簡單的模型往往要進行諸多的限制,不能很好的反映汽車真實的動力學特性,所以難以得到精確的結論。對汽車動力學性能進行分析不外乎仿真分析法和實車試驗法,實車試驗開發(fā)周期長,出錯返工率高,耗資巨大;而仿真分析法是在計算機上建立簡化到一定程度的模型,然后對模型進行仿真分析,及時糾正不合理的設計,直至得出完美的汽車模型。因此仿真分析花費的時間短,可在計算機上重復進行,對各種設計方案進行快速優(yōu)化對比,并且可以實現(xiàn)試驗條件下不能進行的嚴酷工況分析。利用這種虛擬模型代替實車模型對汽車進行創(chuàng)新設計、測試和評估,可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,降低產(chǎn)品開發(fā)成本,改進產(chǎn)品設計質(zhì)量,提高面向客戶與市場需求的能力。2模型參數(shù)約束和運動關系建模過程是對模型進行適當抽象和簡化的過程,為保證仿真質(zhì)量,提高仿真精度,使仿真結果更真實的反映實車模型的動態(tài)特性,需要充分研究各部件之間約束和運動關系。調(diào)用整車模型如圖1,由車體、前懸架、后懸架、輪胎、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、發(fā)動機系統(tǒng)組成。2.1銷無相對運動前懸架為雙橫臂獨立懸架,考慮到輪軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷無相對運動可以視為一體,上下擺臂與主銷以球鉸聯(lián)接,與車體以襯套聯(lián)接,轉(zhuǎn)向節(jié)與轉(zhuǎn)向拉桿以萬向節(jié)鉸聯(lián)接,減震器抽象為聯(lián)接車體和下擺臂的阻尼彈簧。2.2后部懸索模型后懸架也為雙橫臂獨立懸架,不考慮轉(zhuǎn)向節(jié)與轉(zhuǎn)向拉桿,除此之外均與前懸架一致。2.3前、后懸架的側傾角剛度橫向穩(wěn)定桿用來提高懸架的側傾角剛度,承載過大的側傾變形,調(diào)節(jié)前、后懸架的側傾角剛度比值,保持車身的穩(wěn)定姿態(tài)。橫向穩(wěn)定桿與車身的聯(lián)接部分可視為剛體,此部分與車身以球鉸聯(lián)接,與橫向穩(wěn)定桿以萬向節(jié)鉸聯(lián)接。2.4轉(zhuǎn)向力學性能輪胎對整車的操控穩(wěn)定性有重要影響,如果其輪胎動載荷過大,將影響車輪的定位,輪胎抓地能力不足;如果輪胎動載荷過小,加大轉(zhuǎn)向力矩,將不利于轉(zhuǎn)向操縱性?？紤]到縱向、橫向和垂向的動態(tài)特性,選用UA輪胎解析模型。除此之外,整車測試系統(tǒng)還包括路面、發(fā)動機、剎車系統(tǒng)等模型,考慮到各部件之間的彈性聯(lián)接,模型中用了很多的襯套,模型共有53個部件,11個轉(zhuǎn)動鉸,10個等速萬向節(jié),14個球鉸,3個圓柱副,4個固定鉸,2個萬向節(jié),5個平移副,2個cuopler。110個自由度。2.5減速仿真過程以直線加速度仿真為例,設汽車初始車速為20千米/時,仿真時間為10秒,步長為0.01,在1秒開始減速,在8秒處停止減速,仿真過程圖2所示。在1~8秒間,由汽車的速度、4個輪胎的半徑、加速度的變化情況(如圖3到圖5)可知,在1秒時汽車開始減速,加速度為負數(shù),在8秒時汽車速度迅速減為6.5km左右,由于慣性作用,此時汽車后兩輪的輪半徑先增大,很快又恢復到原半徑大小;前兩輪的輪半徑則先減小,然后快速恢復到原半徑大小,加速度在8秒處的變化最大,這和人們乘車經(jīng)驗是一致的。3前懸臂模型及其模擬分析3.1彈簧組成建立雙橫臂獨立懸架模型,如圖6所示。雙橫臂獨立懸架由有下橫臂、上橫臂、作動器、彈簧、左側轉(zhuǎn)向拉桿、右側轉(zhuǎn)向拉桿、主銷、拉臂、萬向節(jié)等組成?？紤]到輪軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷無相對運動可以視為一體,上下擺臂與主銷以球鉸聯(lián)接,與車體以襯套聯(lián)接,轉(zhuǎn)向節(jié)與轉(zhuǎn)向拉桿以萬向節(jié)鉸聯(lián)接,減震器抽象為聯(lián)接車體和下擺臂阻尼彈簧。3.2車輪車輪外跳仿真為了保證車輛有良好的操縱穩(wěn)定性,必須設計出合適的定位參數(shù),也就是要求轉(zhuǎn)向車輪有一定的前束角或外傾角。設定未加載載荷前車輪半徑為300mm,輪胎的等效剛度為200N/mm,輪胎質(zhì)量為40kg,簧上質(zhì)量為1200kg,車輪軸線離地高度為300mm?？紤]兩輪同向跳動時。設輪子在垂直方向跳動范圍80mm~-800mm,仿真步數(shù)為100。仿真結果如圖7、圖8所示。針對已經(jīng)建立好的虛擬樣車系統(tǒng),利用已有的實車試驗結果對模型的正確性、精確性進行對比驗證。結果表明:由于存在大量的橡膠襯套元件,一般橡膠元件的彈性特性誤差可以高達15%,因而車輛本身定位參數(shù)就存在很大的隨機性,同時試驗測量中也存在誤差,因而導致仿真模型與實測值有些不同,但總體來講仿真與實測還是比較吻合的,可以滿足工程應用。4優(yōu)化設計的可行性1)由于模型建立過程中,進行了必要的假設和限制,再加上各部件聯(lián)接中使用了大量的橡膠襯套元件,模型的仿真結果與實際結果肯定會存在誤差,但是誤差在允許范圍內(nèi),完全可以滿足工程應用。2)ADAMS軟件適合汽車這類比較復雜的多體系統(tǒng)。利用ADAMS軟件在圖紙設計階段對整車動力學性能作出較為全面的預測和評價,對于改善整車動力學性能和關鍵零部件設計起到重要的指導作3)