基于MSC.Adams的轮式车动力学仿真分析

2010年03月01日14:38:38 e-works 我要评论(2)字号：T | T | T

1 概述

为了在方案论证阶段更好的验证轮式车辆的动力学性能，对车辆进行早期的初步评估并进一步对设计进行指导和优化，我们对该车辆的动力学特性进行了系统的仿真。

本次仿真计算中的数据主要来自设计和试验数据，在建模过程中能够提供数据的全部按实际建模。但是需要说明的是建模中也存在一定的必要假设：

没有建立发动机和传动系统的实际模型，因此也没有考虑它们对车辆性能的影响；
一些部件的质量、惯量特性在不能提供的情况采用了估算的方法，会给计算带来一定误差；
对于理想铰链，除转动铰、滑动铰外，皆未考虑内部摩擦及阻尼；
整车零部件中，除弹簧、橡胶件、扭杆弹簧等弹性元件外，其余均按刚体考虑。

2 模型的建立

    根据车辆结构，在MSC.ADAMS软件中建立了整车动力学仿真模型，模型中包括了车体模型、悬架模型、转向模型、横向稳定杆、轮胎模型等。在整个建模过程中，忽略动力装置和动力传动装置的结构及其振动对整车性能的影响。

    前悬架系统为双横臂式独立悬架，包含上、下横臂、转向节、转向拉杆、油气弹簧、横向稳定杆等部件。中、后悬架为单纵臂独立悬架，包含单纵臂、油气弹簧、稳定杆等部件，模型中考虑了所有约束以及相应的弹簧、阻尼器等力元连接。悬挂的刚度、阻尼、预载，按计算数据和试验数据输入。车体动力学模型包括整车簧载质量、转动惯量、质心位置等模型质量参数，及各子系统与车身的连接信息。簧载质量、转动惯量、质心位置按计算数据和试验数据输入。需要说明的是现在橡胶衬套和轮胎的模型数据还不是很完备，它们对计算精度、甚至对极限工况的可算性有很大影响。将上述各系统按照车辆的定位和约束关系组装成整车，整车图这里没有给出。

3 仿真计算与结果分析

    车辆的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，车辆能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，车辆能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。车辆的操纵稳定性不仅影响到车辆的驾驶方便程度，而且也是决定车辆高速行驶安全的一个主要性能。汽车操纵稳定性涉及到的问题较为广泛，需要采用较多的物理量从多方面来评价。一般常把汽车作为一控制系统，做出汽车特定行驶工况下的稳态响应和瞬态响应（时域响应、频域响应）来表征汽车的操纵稳定性能。由于篇幅限制，这里只选择几种典型工况加以说明。

3.1 稳态回转试验

    稳态回转试验是反映稳态特性的较基本、较重要的试验稳态回转试验，是车辆系统是否稳定的充分条件。常用的主要有两种试验方法：定方向盘转角连续加速法和定转弯半径连续加速法两种方法，两种方法都是通过改变车速来改变侧向加速度。我们采用了两种方法。需要说明一般虚拟样机模型的刚度值略大于实际值，在同样的侧向加速度下，仿真车身侧倾角稍小于试验值。

3.1.1 定方向盘转角连续加速法

    车辆先以较低稳定车速，在初始半径为给定的圆周上行驶，待稳定后再加速。得到侧倾角与侧向加速度变化曲线、前后侧偏角差与侧向加速度关系曲线。

从前、后轴侧偏角差值与侧向加速度关系曲线看，（α1-α2）-ay 曲线斜率大于零，（α1-α2）随侧向加速度的提高而加大，车辆具有不足转向特性。从行驶轨迹也可以看出，在稳态回转试验中，转弯半径比R/R0>1，并且半径比值随着侧向加速度的增大而逐渐增加，说明该车有明显的不足转向特性。

图1定方向盘转角连续加速法车辆行驶轨迹图

图2 侧倾角与侧向加速度

图3前后侧偏角差与侧向加速度关系曲线

3.1.2 定半径试验

半径固定，控制车速从初始速度到给定值结束。或半径固定，初速从初始值,控制仿真时间。得到侧倾角与侧向加速度变化曲线、前后侧偏角差与侧向加速度关系曲线。

从前、后轴侧偏角差值与侧向加速度关系曲线看，前、后轴侧偏角差值均为正值，（α1-α2）-ay曲线斜率大于零，（α1-α2）随侧向加速度的提高而加大，车辆具有不足转向特性。

图4定半径试验车辆轨迹

图5 车身侧倾角与侧向加速度关系

图6 前后侧偏角差与侧向加速度关系

3.2 移线试验

车辆以车速90公里/小时直线行驶，到一定距离后移到另一直线，行驶一段后又回到原来路线。从计算结果可知，车辆很好的完成移线行驶，侧向加速度和侧倾角变化不大。

图7移线试验车辆轨迹

图8 侧倾角与时间

图9 侧倾角与侧向加速度

4 仿真总结

利用Adams建立整车动力学仿真模型，完成了动力学性能的仿真和分析。由于系统比较复杂，很多建模参数不能完全获得或不准确，如橡胶衬套的刚度、车身转动惯量等，在一定程度上校核了整车操稳模型的准确性。在下一步的工程应用中，预测对整车操稳性能的提供一定的依据。

基于MSC.Adams的轮式车动力学仿真分析

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