基于虛擬樣機(jī)的空氣彈簧懸架轎車行駛平順性研究論文
空氣彈簧懸架系統(tǒng)是一種采用空氣彈簧代替螺旋彈簧的變剛度懸架系統(tǒng)。空氣彈簧的基本剛度特性呈現(xiàn)為中間段較低，兩端隨著行程的增大而逐漸增加的特點(diǎn)。早期空氣彈簧主要應(yīng)用于載重汽車和客車上，20 世紀(jì)以來，隨著人們對汽車行駛性能要求的提高，轎車也開始逐漸應(yīng)用空氣懸架系統(tǒng)，以改善汽車的乘坐舒適性。
本文首先結(jié)合臺架試驗(yàn)得到的空氣彈簧剛度特性曲線，在多體動力學(xué)軟件 ADAMS/Car 中建立空 氣 彈 簧 懸 架 整 車 動 力 學(xué) 模 型 。 然 后 在ADAMS/Car Ride 中搭建汽車行駛平順性仿真實(shí)驗(yàn)臺，并進(jìn)行隨機(jī)路面下平順性仿真試驗(yàn)。最后根據(jù)ISO2631 平順性評價方法，對空氣彈簧懸架系統(tǒng)轎車座椅各軸向響應(yīng)進(jìn)行時域和頻域分析，并與相同激勵下的旋彈簧懸架汽車響應(yīng)量進(jìn)行對比，驗(yàn)證
空氣彈簧對汽車平順性的提高。
1 整車動力學(xué)仿真模型的建立
1.1 空氣彈簧懸架子系統(tǒng)建立
空氣彈簧的主體是橡膠氣囊，還包括底座、上蓋板等部件。空氣彈簧的基本剛度特性可以根據(jù)需要設(shè)計成理想的反“s”形式。在正常行車撓度范圍內(nèi)空氣彈簧剛度特性接近于線性，當(dāng)空氣彈簧變形量超過正常行車撓度范圍時，空氣彈簧表現(xiàn)出非線性。
1.2 其他子系統(tǒng)建立
在 ADAMS/Car Template 模塊中，建立配有通訊器的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、車身、輪胎、發(fā)動機(jī)及人-座椅模型，其中人-座椅模型由剛性球，彈性元件及阻尼元件組成。
1.3 整車動力學(xué)仿真模型的搭建
在 ADAMS/Car Standard 界面中，將各個文件的子系統(tǒng)與 ADAMS/Car Ride 平順性實(shí)驗(yàn)臺_ARIDE_FOUR_POST_TESTRIG 結(jié)合，建立空氣彈簧懸架整車動力學(xué)仿真模型，如圖 5 所示。另外，為了將空氣彈簧懸架汽車與螺旋彈簧懸架汽車平順性進(jìn)行對比分析，采用相同的建模方法搭建螺旋彈簧懸架整車動力學(xué)仿真模型。
2 汽車平順性評價方法
由于人體對不同振動頻率、不同輸入點(diǎn)以及不同軸向振動的敏感程度不同，因此在對汽車行駛平順性進(jìn)行評價時要充分考慮這些因素的影響。根據(jù)ISO2631-1:1997(E)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，汽車平順性的基本評價方法是采用加權(quán)加速度均方根值來評價振動對人體舒適和健康的影響，其頻率加權(quán)函數(shù)為。
3 平順性仿真分析
3.1 隨機(jī)路面的建立
ADAMS/Car 中提供了基于 Sayers 數(shù)字模型的隨機(jī)路面生成器，利用該隨機(jī)路面生成器創(chuàng)建 B 級隨機(jī)不平路面參數(shù)文件，空間功率譜密度取 0.1，速度功率譜密度取 12，路面長度取 1 000 m，得到左右車輪路面輪廓曲線。
3.2 模型仿真與分析
根據(jù) GB/T4970-1996 汽車平順性試驗(yàn)方法，調(diào)整整車動力學(xué)模型質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量與質(zhì)心位置，分別對車輛空載和滿載時，B 級隨機(jī)路面上以 50km/h速度直線行駛下的汽車行駛平順性進(jìn)行模型仿真，得到座椅 X、Y、Z 三個方向的'加速度響應(yīng)時域和頻域曲線，如圖 8~19。其中模型 A 表示螺旋彈簧懸架整車動力學(xué)模型，模型 B 表示空氣彈簧懸架整車動力學(xué)模型。
4 結(jié) 論
依據(jù)動態(tài)彎曲疲勞試驗(yàn)的國家標(biāo)準(zhǔn)，通過 NXNASTRAN 軟件模擬了輪轂旋轉(zhuǎn)過程中的應(yīng)力變化情況，直觀的找出了旋轉(zhuǎn)過程中輪轂受到應(yīng)力最大的位置，并以此位置輪轂受到的載荷和約束為基礎(chǔ)進(jìn)行疲勞分析，發(fā)現(xiàn)輪轂的最低壽命為 5×105次，輪輻輻板拐角處最容易發(fā)生疲勞破壞，所得數(shù)據(jù)為輪轂結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和優(yōu)化提供了依據(jù)。
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