ADAMS CAR不同轮胎模型的整车平顺性分析实例.pdf

阅百家科技过程说明ADAMS/CARADAMS/CAR 不同轮胎模型的整车平顺性分析实例不同轮胎模型的整车平顺性分析实例在相同条件下，对使用不同轮胎模型的整车模型进行平顺性仿真。仿真结束后，在后处理模块获得汽车底盘质心处 x、y、z 三个轴向的加速度曲线。为了确定路面引起汽车振动所在的频率范围，还需获取相应的加速度功率谱密度。最后，求加速度加权均方根值，评价振动对人体的影响。目录第一章、参考资料.1第二章、建模说明.5一、生成 5.2.1 前轮胎模型.5二、生成 5.2.1 后轮胎模型.9三、生成其他三个轮胎模型.10四、生成整车模型.12第三章、仿真分析.16一、平顺性仿真概述.16二、随机路面生成.16三、平顺性仿真条件设置.16四、仿真过程.17第四章、结果分析.19一、概述.19二、操作说明.20三、同等条件下，不同轮胎模型的汽车平顺性比较.27四、同等条件下，不同车速的汽车平顺性比较.34五、同等条件下，不同路面的汽车平顺性比较.37阅百家科技过程说明第一章、参考资料第一章、参考资料在 ADAMS 虚拟样机仿真软件中按照实际使用情况可将轮胎模型分为操作性分析轮胎模型、耐久性分析即 3D 接触分析轮胎模型以及摩托车用轮胎模型三大类。由于本文中主要研究的是轮胎与路面间垂直力所引起的冲击振动情况，故应选用操纵性分析轮胎模型，其使用的是 pointfollower 的方式来计算轮胎由于路面不平激励所引起的垂直力。在操纵性分析轮胎模型组中提供了 MF-tyre、Pacejka 89、Pacejka 94、PAC2002、Fiala、5.2.1 以及 UA 等轮胎模型，用户可以根据实际需要对模型数据进行修改。通过修改软件自带的轮胎模型文件来生成轮胎模型能够保证车辆仿真要求的一致性，从而保证仿真结果的可靠性。1阅百家科技过程说明2阅百家科技过程说明3阅百家科技过程说明4阅百家科技过程说明第二章、建模说明第二章、建模说明一、生成一、生成 5.2.15.2.1 前轮胎模型前轮胎模型为建立轮胎模型，需先将 acar 共享文件中需要的轮胎数据复制到个人文件夹，本文进行汽车平顺性分析，适用于平顺性分析的轮胎模型有MF-tyre、Pacejka 89、Pacejka 94、PAC2002、Fiala、5.2.1 以及 UA 等轮胎模型，本文选取 4 种类型：521_equation、mdi_fiala01、mdi_pac94、uat。将这 4 种轮胎数据从共享文件夹复制到个人文件夹，如图：启动 Adams/Car，进入标准界面。依次点击下图新建子系统，5阅百家科技过程说明在弹出的对话框中输入下图，minor role选择 front，表示建立前轮胎子系统，建立后轮胎时选择 rear在 template name 栏点击右键，选择共享文件夹中的操纵性轮胎模板，handling_tire.tpl6阅百家科技过程说明点击 ok，出现轮胎模型，在左侧模型树中右击 whr_wheel 或者 whl_wheel，选择 modify，弹出对话框，对话框右击property file，选searchprivate/tires.tbl，选择个人文件夹下复制好的521_equation.tir，轮胎模型变成下图7阅百家科技过程说明点击下图出现当前子系统的信息如下8阅百家科技过程说明查看无误后，点击保存，保存到个人文件夹二、生成二、生成 5.2.15.2.1 后轮胎模型后轮胎模型9阅百家科技过程说明参照生成 5.2.1 前轮胎模型方法，在新建对话框中 minor role 选择 rear其余操作参考前面，最后保存，并查看信息三、生成其他三个轮胎模型三、生成其他三个轮胎模型采用上述方法建立其他三个数据的前后轮胎，最终模型如下10阅百家科技过程说明1 mdi_pac94 轮胎模型2 pac2002 轮胎模型11阅百家科技过程说明3 uat 轮胎模型四、生成整车模型四、生成整车模型首先生成轮胎为 fiala 的整车模型。在标准截面，点击打开，打开一个共享文件夹中的整车模型，12阅百家科技过程说明本文中打开 MDI_Demo_Vehicle 整车模型在 TR_Front_Tires 处右击，选择 Replace 项按下图选择 TR_Front_Tires，在 subsystem(s)to add处右击，选择个人文件夹13阅百家科技过程说明选择 fiala_front_tires.sub点击 OK 后自动替换为 fiala 前轮胎，按上述过程将 TR_Rear_Tires 轮胎替换为fiala_rear_tires.sub替换后的模型树和模型如下14阅百家科技过程说明另存为 fiala_vehicle至此，轮胎模型为 fiala 的整车模型建立完成。参照上述过程生成其它轮胎模型的整车模型。15阅百家科技过程说明第三章、仿真分析第三章、仿真分析一、平顺性仿真概述一、平顺性仿真概述根据 GB/T4970 1996汽车平顺性随机输入行驶试验方法，分别在 B,C 级随机路面下对不同轮胎模型的汽车进行平顺性仿真,B 级路面车速分别为 60,70,80,90,100 km/h,C 级路面车速分别为 30,40,50,60,70 km/h.利用 ADAMS 后处理功能得到车身各轴向加速度时间历程。在整个过程中，汽车需匀速行驶。二、随机路面生成二、随机路面生成本文根据 Adams 软件系统自带的二维随机路面，对其进行修改，变成适合本仿真的随机路面。路面基本参数如下：三、平顺性仿真条件设置三、平顺性仿真条件设置因为 ADAMS/Car 中没有专门的平顺性仿真模块，所以需编制驱动控制文件（.dcf）控制汽车行驶，完成随机路面下汽车平顺性仿真试验。这里以汽车行驶速度为 60km/h 为例，说明 dcf 文件的设置。（1）仿真试验条件数据块设置因为汽车直线行驶，所以 dcf 文件中达到平衡方式采用 STRAIGHT，初始速度设为 60km/h（16.667m/s），初始挡位置于 5 挡。其它速度下的 dcf 文件，仅需修改初始速度和初始挡位，16阅百家科技过程说明初始挡位设置应与初始速度相适应。微操纵动作时间设为 10s，命名为 comfort54.dcf 保存到个人文件夹下，具体设置，如图所示。（2）平顺性仿真过程微操纵数据块平顺性微操纵数据块的具体设置，如图 4.2 所示。转向动作器采用转向盘转角方式，转向和油门都由驾驶器控制；制动、挡位和离合均由开环控制，整个过程中不采用制动，其值设为0，挡位始终置于 5 挡，其余车速下微操纵模块的挡位设置，均与相应速度下采用的初始挡位相同，离合器结合，其值设为 0；在驾驶器控制子数据块中，转向控制采用直线控制，速度由二次多项式（VEL_POLYNOMIAL）控制，多项式速度常量 VELOCITY 与试验条件数据块中的初始速度相同，加速度设为 0，系数设为 0，以此保证整个过程中汽车匀速行驶。四、仿真过程四、仿真过程打开整车模型17阅百家科技过程说明选择个人文件夹选择 fiala_vehicle.asy18阅百家科技过程说明选择整车分析路面文件选择个人文件夹下的 2d_stochastic_uneven.rdf，驾驶控制文件选择个人文件夹下的 comfort54.dcf，点击 ok 开始仿真，几秒后完成仿真。然后按键盘功能键 F8 切换到后处理界面，输出分析结果。第四章、结果分析第四章、结果分析一、概述一、概述19阅百家科技过程说明在相同条件下，对使用不同轮胎模型的整车模型进行平顺性仿真。仿真结束后，在后处理模块获得汽车底盘质心处 x、y、z 三个轴向的加速度曲线。为了确定路面引起汽车振动所在的频率范围，还需获取相应的加速度功率谱密度。最后，求加速度加权均方根值，评价振动对人体的影响。本文分别将不同轮胎模型的平顺性底盘质心处 x、y、z 三个轴向的加速度、加速度功率谱密度、加权加速度均方根值和总体加速度均方根值进行对比，研究不同轮胎模型对平顺性仿真的影响。加权加速度均方根值与人的主观评价的关系二、操作说明二、操作说明1.生成加速度曲线进入到后处理界面，依次选择下图中汽车底盘质心加速度的竖直方向加速度，点击Add Curves生成底盘质心竖直加速度曲线20阅百家科技过程说明2.加速度功率谱密度的获取选中要转换的加速度曲线，使其在后处理界面中显示，利用其中的 FFT 功能得到相应的加速度功率谱密度。具体操作为：点击 PlotFFT 进入 FFT 设置界面。FFT 对话框的具体设置，如图其中，X 轴为频率，Y-Axis 选中功率谱密度 PSD；设置要转换曲线的初始时间和结束时间，此处转换汽车行驶全部时间内的加速度；在 Windows Type 中，需选择过滤器以减少由于初始或结束条件不恰当引起的间断，因为 Welch 方法是求功率谱密度较好的方法，所以此处选择 Welch 方法；Points 为 FFT 变换点的数量；Number of Segments 为总体时间划分的段数。加速度功率谱密度曲线如下21阅百家科技过程说明3.加权加速度均方根值的计算汽车平顺性评价方法根据标准 IS026311：1997(E)的规定，当振动波形峰值系数9 时，用辅助评价方法进行评价。基本评价方法用基本的评价方法来评价时，首先计算各轴向加权加速度的均方根值。具体有两种计算方法。(1)对记录的加速度时间历程 a(t)，通过相应频率加权函数 W(f)的滤波网络得到加权加速度时间历程 aw(t)，按式(51)计算加权加速度均方根值。式中，T 为振动分析时间。频率加权函数 W(f)(渐近线)垂直方向按照式(5.2)计算，水平方向按照(5.3)计算，式中频率 f的单位为 Hz。(2)对记录的加速度时间历程曲线 a(t)进行频域分析得到加速度功率谱密度函数 Ga(f)，按22阅百家科技过程说明式(5-4)计算。然后根据表 5.1 中加权加速度均方根值与人的主观评价之间的关系进行评价。对于要求考虑三个轴向振动情况，按照式(5-5)计算三个轴向的总加权加速度均方根值。由于该计算过程比较复杂，所以借助数学计算软件 MATLAB进行加权加速度均方根值的计算。在 Adams 后处理界面，将上述生成的加速度功率谱密度曲线导出为文本文件23阅百家科技过程说明点击 ok，保存到工作目录启动 MATLAB，输入从 Adams 导出的功率谱密度曲线数据 fiala_pz24阅百家科技过程说明在 A 下面将名称改为 f，B 下面名称改为 p，单击右上角的对号。在主界面输入程序，回车，接着输入 acc_Q 并回车，得到 fiala 轮胎模型 z 轴向的加权加速度均方根值 az=0.0016。acc_x=f;acc_y=p;ww=zeros;acc_num=0;for i=1:length(acc_x)%频率加权函数（垂直方向）if acc_x(i)=0.5&acc_x(i)=2&acc_x(i)=4&acc_x(i)=12.5&acc_x(i)=0.5&acc_x(i)=2&acc_x(i)80ww(i)=2/acc_x(i);elseww(i)=0;endacc_num=acc_num+ww(i)2*acc_y(i)*(acc_x(2)-acc_x(1);%计算加权均方根值endacc_Q=(acc_num)0.5;%加权加速度均方根值三、同等条件下，不同轮胎模型的汽车平顺性比较三、同等条件下，不同轮胎模型的汽车平顺性比较27阅百家科技过程说明fiala_B_60_axfiala_B_60_ayfiala_B_60_az28阅百家科技过程说明fiala_B_60_pxfiala_B_60_pyfiala_B_60_pzpac94_B_60_ax29阅百家科技过程说明pac94_B_60_aypac94_B_60_azpac94_B_60_pxpac94_B_60_py30阅百家科技过程说明pac94_B_60_pzU521_B_60_axU521_B_60_ay31阅百家科技U521_B_60_az过程说明U521_B_60_pxU521_B_60_pyU521_B_60_pzua_B_60_ax32阅百家科技过程说明ua_B_60_ayua_B_60_azua_B_60_pxua_B_60_py33阅百家科技过程说明ua_B_60_pz仿真条件fiala_pxfiala_pyfiala_pza(v)加权加速度均方根值3.41E-051.43E-040.00160.00161318仿真条件pac94_pxpac94_pypac94_pza(v)加权加速度均方根值2.85E-052.77E-049.53E-040.00102957仿真条件U521_pxU521_pyU521_pza(v)加权加速度均方根值3.33E-052.76E-040.00160.0016466仿真条件ua_pxua_pyua_pza(v)加权加速度均方根值5.47E-052.53E-041.80E-030.0018361由上图和上表，可以得出如下结论1）同样车速和路面下，不同轮胎模型的 x、y、z 轴向加速度响应曲线趋势基本一致，其出现共振峰的频率也大体相同；2）不同轮胎模型的 x、y、z 轴向加权加速度均方根值相差不大，整体来看，pac94 模型较其它模型小。四、同等条件下，不同车速的汽车平顺性比较四、同等条件下，不同车速的汽车平顺性比较fiala_B_70_ax34阅百家科技过程说明fiala_B_70_ayfiala_B_70_azfiala_B_70_pxfiala_B_70_py35阅百家科技过程说明fiala_B_70_pzfiala_B_90_axfiala_B_90_ay36阅百家科技fiala_B_90_az过程说明fiala_B_90_pxfiala_B_90_pyfiala_B_90_pz加权加速度均方根值fiala_B_60_px3.41E-05fiala_B_60_py1.43E-04fiala_B_60_pz0.0016a(v)0.00161318仿真条件加权加速度均方根值fiala_B_70_px4.45E-05fiala_B_70_py1.48E-04fiala_B_70_pz1.90E-03a(v)0.00191233仿真条件加权加速度均方根值fiala_B_90_px5.19E-05fiala_B_90_py9.98E-05fiala_B_90_pz1.70E-03a(v)0.00170727仿真条件由上图和上表，可以得出如下结论1）同样轮胎模型和路面下，不同车速的 x、y、z 轴向加速度响应曲线趋势基本一致，其出现共振峰的频率也大体相同；2）不同轮胎模型的 x、y 轴向加权加速度均方根值相差较大，z 轴向加权加速度均方根值相差不大，整体来看，60km/h 车速下，总加权加速度均方根值最小。五、同等条件下，不同路面的汽车平顺性比较五、同等条件下，不同路面的汽车平顺性比较37阅百家科技过程说明fiala_C_60_axfiala_C_60_ayfiala_C_60_az38阅百家科技fiala_C_60_px过程说明fiala_C_60_pyfiala_C_60_pzpac94_C_60_axpac94_C_60_ay39阅百家科技过程说明pac94_C_60_azpac94_C_60_pxpac94_C_60_pypac94_C_60_pz40阅百家科技过程说明U521_C_60_axU521_C_60_ayU521_C_60_az41阅百家科技U521_C_60_px过程说明U521_C_60_pyU521_C_60_pzua_C_60_axua_C_60_ay42阅百家科技过程说明ua_C_60_azua_C_60_pxua_C_60_pyua_C_60_pz43阅百家科技过程说明fiala_D_60_axfiala_D_60_ayfiala_D_60_az44阅百家科技fiala_D_60_px过程说明fiala_D_60_pyfiala_D_60_pzpac94_D_60_axpac94_D_60_ay45阅百家科技过程说明pac94_D_60_azpac94_D_60_pxpac94_D_60_pypac94_D_60_pz46阅百家科技过程说明U521_D_60_axU521_D_60_ayU521_D_60_az47阅百家科技U521_D_60_px过程说明U521_D_60_pyU521_D_60_pzua_D_60_axua_D_60_ay48阅百家科技过程说明ua_D_60_azua_D_60_pxua_D_60_pyua_D_60_pz加权加速度均方根值fiala_px3.41E-05fiala_py1.43E-04fiala_pz0.0016a(v)0.00161318fiala_C_60_px9.15E-05fiala_C_60_py3.52E-04fiala_C_60_pz3.80E-03仿真条件加权加速度均方根值pac94_px2.85E-05pac94_py2.77E-04pac94_pz9.53E-04a(v)0.00102957pac94_C_60_px5.65E-05pac94_C_60_py5.05E-04pac94_C_60_pz1.90E-03仿真条件加权加速度均方根值U521_px3.33E-05U521_py2.76E-04U521_pz0.0016a(v)0.0016466U521_C_60_px7.05E-05U521_C_60_py5.69E-04U521_C_60_pz0.0034仿真条件加权加速度均方根值ua_px5.47E-05ua_py2.53E-04ua_pz1.80E-03a(v)0.0018361ua_C_60_px1.37E-04ua_C_60_py5.64E-04ua_C_60_pz0.0045仿真条件49阅百家科技过程说明a(v)0.00383392a(v)0.00202859a(v)0.00349332a(v)0.00457279fiala_D_60_px1.98E-04pac94_D_60_px1.12E-04U521_D_60_px1.77E-04ua_D_60_px2.86E-04fiala_D_60_py7.25E-04pac94_D_60_py9.95E-04U521_D_60_py1.20E-03ua_D_60_py0.0012fiala_D_60_pz8.30E-03pac94_D_60_pz4.00E-03U521_D_60_pz8.20E-03ua_D_60_pz0.0094a(v)0.00836646a(v)0.00423865a(v)0.00837399a(v)0.00955734由上图和上表，可以得出如下结论1）同样车速下，不同轮胎模型在不同路面的 x、y、z 轴向加速度响应曲线趋势基本一致，其出现共振峰的频率也大体相同；2）不同轮胎模型的 x、y、z 轴向加权加速度均方根值随着路面状况变差而变大，总加权加速度均方根值也随之增大，但均未使人感到不舒适。50