基于adams的扭桿梁式半獨(dú)立懸架建模方法研究

基于adams的扭桿梁式半獨(dú)立懸架建模方法研究

等效動(dòng)力學(xué)模型的建立懸浮設(shè)備的特性是影響汽車(chē)翻新穩(wěn)定性和平整度等行駛性能的一個(gè)非常顯著的因素。特別是在高速行駛時(shí),由于懸架動(dòng)態(tài)特性會(huì)引起的車(chē)輪定位參數(shù)的變化,這種變化對(duì)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性和輪胎不均勻磨損都能產(chǎn)生很大的影響。為了深入分析扭桿梁式半獨(dú)立懸架車(chē)輪定位參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化特性,需要建立一種能反映懸架特性的可參數(shù)化的動(dòng)力學(xué)模型。本文基于ADAMS環(huán)境分別建立了某一典型懸架的等效動(dòng)力學(xué)模型,和利用模態(tài)中性文件(MNF)建立的剛?cè)峄旌蠎壹軇?dòng)力學(xué)模型,并對(duì)兩種模型進(jìn)行了以定位參數(shù)變化為目標(biāo)的懸架動(dòng)力學(xué)仿真分析。同時(shí)還通過(guò)試驗(yàn)對(duì)上述建模方法的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證,為進(jìn)一步開(kāi)展整車(chē)動(dòng)力學(xué)分析和輪胎不均勻磨損研究提供了有效的建模途徑。1牛頓式kha本文所研究的懸架是在轎車(chē)上常見(jiàn)的一種后懸架,即扭轉(zhuǎn)梁式半獨(dú)立懸架(以下簡(jiǎn)稱扭轉(zhuǎn)梁懸架)。目前對(duì)懸架特性的研究中基本上是針對(duì)前懸架的(尤其是麥克弗遜式懸架),關(guān)于后懸架的研究基本沒(méi)有,原因是前懸架的多剛體結(jié)構(gòu)在ADAMS中較易實(shí)現(xiàn)建模,而一般的后懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,若只是把它作為剛體對(duì)待,就無(wú)法反映其動(dòng)態(tài)特性。本文是以扭轉(zhuǎn)梁車(chē)橋的等效剛度力學(xué)模型(以下簡(jiǎn)稱車(chē)橋剛度模型)為基礎(chǔ),建立了扭轉(zhuǎn)梁懸架的等效動(dòng)力學(xué)模型(以下簡(jiǎn)稱懸架等效模型)。此模型較好地反映了扭轉(zhuǎn)梁懸架的垂向剛度,更為突出的是,它亦反映了扭轉(zhuǎn)梁懸架的側(cè)偏剛度和側(cè)傾剛度,為扭桿梁懸架的懸架動(dòng)力學(xué)分析提供了必要的基礎(chǔ)。1.1等效剛度參數(shù)的確定和增加了車(chē)輪磨損形式的影響因素建立車(chē)橋剛度模型的方法是:首先建立扭轉(zhuǎn)梁后橋精確的有限元模型,然后借助計(jì)算機(jī)輔助分析技術(shù)對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)的載荷-變形分析和動(dòng)態(tài)的模態(tài)分析;之后,根據(jù)扭轉(zhuǎn)梁車(chē)橋的受力變形特性確定其各個(gè)部分的等效剛度參數(shù),并根據(jù)結(jié)構(gòu)材料特性確定其等效慣性參數(shù)。通過(guò)我們對(duì)汽車(chē)在實(shí)際行駛中的輪胎磨損形式的分析并參考了相關(guān)資料后可以得出:車(chē)輪定位參數(shù)中對(duì)輪胎不均勻磨損影響最大的就是外傾角和前束角。同時(shí)對(duì)扭轉(zhuǎn)梁后橋進(jìn)行受力分析后,對(duì)其動(dòng)態(tài)特性有較明顯影響的剛度參數(shù)主要有4個(gè),它們分別是2個(gè)扭轉(zhuǎn)剛度:縱擺臂的扭轉(zhuǎn)剛度K1.2梁式半獨(dú)立懸臂等效動(dòng)力學(xué)模型的建立根據(jù)建立的車(chē)橋剛度模型,可將扭轉(zhuǎn)梁式半獨(dú)立懸架進(jìn)行等效1.3扭轉(zhuǎn)梁式懸架的建模ADAMS作為著名的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件也提供了柔性體模塊,運(yùn)用該模塊可以實(shí)現(xiàn)柔性體運(yùn)動(dòng)仿真分析,更真實(shí)的模擬機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。本文采用的建立扭轉(zhuǎn)梁懸架柔性體剛體混合模型(以下簡(jiǎn)稱懸架柔剛模型)的方法是:將已建立的扭轉(zhuǎn)梁后橋的有限元模型用ADAMS/Flex生成MNF文件;再將MNF文件導(dǎo)入ADAMS/View中,并與其他的部件之間施加約束和作用力等2懸架固有頻率和振型分析本節(jié)將利用ADAMS對(duì)懸架等效模型動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真分析,主要包括:懸架的各階頻率及其振型,同時(shí)針對(duì)輪胎外傾角、前束角等定位參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了懸架動(dòng)力學(xué)分析。設(shè)定車(chē)身固定不動(dòng),首先分析其各階固有頻率和振型。分析結(jié)果如表2,各階振型見(jiàn)圖6。由此可知,一階模態(tài)是車(chē)輪型振動(dòng),準(zhǔn)確反映懸架的垂向動(dòng)力學(xué)特性;二階和三階模態(tài)反映懸架的側(cè)向動(dòng)力學(xué)特性,可以較好的模擬懸架的側(cè)偏剛度和側(cè)傾剛度的動(dòng)態(tài)特性,為分析車(chē)輛的操穩(wěn)性提高了手段。為了更加深入地獲得扭桿梁懸架的動(dòng)力學(xué)特性,利用上述模型做進(jìn)一步的仿真分析。對(duì)輪胎施加0-100Hz的慢速正弦掃頻位移激勵(lì)信號(hào),同時(shí)測(cè)取前束角和外傾角的變化情況。由于激勵(lì)信號(hào)屬于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)平穩(wěn)信號(hào),故可以對(duì)測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換得到自功率譜密度函數(shù),以分析其頻域特性3最佳載荷的確定為了比較兩種不同建模方法,我們進(jìn)一步分別對(duì)其進(jìn)行仿真分析,得到的結(jié)果如圖7所示(圖中實(shí)線表示懸架柔剛混合模型,點(diǎn)線表示懸架等效模型)。不難看出,利用兩種方法所建立的模型機(jī)既有共同點(diǎn)也存在著差異,以下就對(duì)兩種模型的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,探尋兩種方法各自的特點(diǎn)。(1)懸架等效模型外傾角和前束角的峰值頻率也出現(xiàn)在懸架柔剛混合模型外傾角和前束角的峰值頻率中(外傾角都在27Hz左右,前束角都在55Hz左右)。(2)對(duì)于懸架等效模型,前束角和外傾角都只有唯一的峰值頻率;對(duì)于懸架柔剛混合模型,外傾角、前束角均有4個(gè)共有峰值頻率,分別為f1=14Hz左右、f2=30Hz左右、f3=44Hz左右,以及f4=57Hz左右。(3)懸架等效模型和懸架柔剛模型在相同峰值頻率位置處,其幅值大小存在著較大差異。通過(guò)以上的分析,可以得到以下的結(jié)論:(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證,證明利用兩種方法所建立的模型都能真實(shí)反映扭轉(zhuǎn)梁式半獨(dú)立懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的變化,對(duì)其進(jìn)行仿真所產(chǎn)生的結(jié)果都是準(zhǔn)確且可信的。雖然兩者的結(jié)果存在的一定的差異,但考慮到懸架等效模型在進(jìn)行等效時(shí)對(duì)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化,因此兩者還是有相當(dāng)大的共性的。此外,剛?cè)峄旌夏Ｐ透咏咏趯?shí)際模型,但是等效模型由于更能突出各個(gè)等效剛度對(duì)懸架動(dòng)態(tài)特性的影響,其在特定的研究分析中可以有較好的應(yīng)用。(2)懸架等效模型隔離了扭轉(zhuǎn)梁后橋各部分剛度之間的相互耦合關(guān)系,故用此模型仿真得到的結(jié)果中各參數(shù)的峰值頻率較為單一,因此也更能反映各參數(shù)對(duì)懸架動(dòng)態(tài)特性的影響。其優(yōu)點(diǎn)在于,由于模型都是剛體結(jié)構(gòu),可以進(jìn)行參數(shù)化建模,通過(guò)仿真分析(如參數(shù)的靈敏度分析)能確定較為明確的對(duì)車(chē)輪定位參數(shù)變化影響較大的剛度參數(shù),從而進(jìn)行優(yōu)化并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施,是研究輪胎不均勻磨損的非常有用的工具。缺點(diǎn)是:等效計(jì)算較為復(fù)雜,需通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)測(cè)得相應(yīng)參數(shù)。(3)懸架柔剛混合模型的建立較為方便,且較為全面和真實(shí)的反映了扭轉(zhuǎn)梁后橋作為柔性體造成的扭轉(zhuǎn)梁懸架固有頻率特性,但其最大的不足是無(wú)法進(jìn)行參數(shù)化建模,不具備優(yōu)化分析的條件,無(wú)法進(jìn)行更深入的研究。這種模型建立簡(jiǎn)便,測(cè)量參數(shù)精確,可用于對(duì)改進(jìn)后的扭轉(zhuǎn)梁懸架等效模型的驗(yàn)證。4adams軟件的應(yīng)用本文主要針對(duì)轎車(chē)扭轉(zhuǎn)梁式半獨(dú)立懸架,分別建立了基于扭轉(zhuǎn)梁式后橋等效剛度的懸架等效模型和基于扭轉(zhuǎn)梁式后橋柔性體模型的剛?cè)峄旌蠎壹苣Ｐ?并利用ADAMS軟件對(duì)這兩種模型進(jìn)行了固有頻率和振型的分析,以及定位參數(shù)變化的懸架動(dòng)力學(xué)分析;同時(shí),通過(guò)相對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)