整车多体动力学模型的建立、验证及仿真分析
作者：张宇
来源：《中国机械》2014年第22期
摘;要：随着车速的不断提升，整车的稳定性能备受瞩目。作为复杂的机械系统，人、车、外界载荷环境等相互作用下，一直是汽车动力学模型建立、分析的难题。本文以某轿车的整车非线性动力学模型建立为理论主体，考虑转向系统及前后悬架的几何参数，以及阻尼器与橡胶衬套等非线性特征，对所建模型进行多元化实验，分析样车的稳定性能及可操控性等相关特点，结果表明所建模型就较高的精度，在动力学研究中起到了关键作用。 关键词：多体动力学;车辆动力学;模型建立;仿真实验 前言
随着车速的提高，汽车的平顺性、稳定性以及制动性能逐渐变得重要起来。本文以ADAMS软件建立轿车非线性多体动力模型并进行有效实验验证。建模过程以实际汽车运行情况为主，考虑转向系统、悬架的运动学约束，来用非曲线衬套模拟实际力学特征。同时考虑转向系统及前后悬架的几何参数，以及阻尼器与橡胶衬套等非线性特征，对所建模型进行多元化实验，分析样车的稳定性能及可操控性等相关特点，对仿真模型进行瞬态脉冲实验以及转向性实验等进行一系列的仿真分析。 1.整车多体模型建立 1.1;多体系统动力学定义 1.2;非线性力元模型
多体模型中存在多种非线性力元，如非线性弹簧、非线性阻尼器以及非线性衬套等。这些力元自身结构复杂制约模型建立。因此，建立力学模型的基础是ADAMS实验结果。同时，在实验模型的基础上加大仿真精度。
阻尼器阻力对非线性关系，在ADAMS中定义模型为：Fd=fd（v）。 1.3;轮胎模型制动力及动力总成模型 1.4;整车多体模型
表1：类型约束个数 类型 圆柱铰 等速铰 转动铰 移动铰 齿轮条铰 胡克铰 个数 3 10 8 5 1 2
2.模型验证
2.1;转角脉冲瞬态实验验证
在实车实验过程中，转向盘转角为仿真输入对象，测量转角间隙并在实验转向盘数据减去间隙数据，将处理后的数据作为仿真数据。测试结果显示，仿真曲线较为平滑且试验曲有高频信号反应，实验与仿真结果有一定的重合度。这说明仿真模型表达了该车动特性及精度，满足实际需求。 3.仿真分析
3.1;平顺性随机路面输入仿真
B级路面上对整车模型进行随机输入仿真，并以六种车速进行平顺性仿真实验。 仿真后得到不同车速下三个轴向加速时间，由于篇幅有限，只列出座椅各向及总的加权加速度均方根。根据测得的数据显示，当垂向加速低于31m/s2时，不会危害健康，在高于31m/s2并达到44m/s2时会有一定的危害性，大于44m/s2对健康不利。本次试验中，最大车身垂向加速为7.8m/s2，低于危害值且在脉冲输入下平顺性较好。 3.2;平顺性脉冲输入仿真
平顺脉冲仿真是平顺实验一种。本次研究在ADAMS软件中，建立三维立体三角形路面，高60mm长40mm，仿真过程中车速从20Km/h逐步升至60Km/h，得到不同速度下车身垂向数据。下表1为平顺路面仿真数据。 表1：不同车速下最大车身垂向 车速/Km·h-1 20 30 40 50 60
a;max/m·s-2 5.09 6.19 7.30 7.69 7.67
3.3;汽车操纵稳定性仿真分析 3.3.1;稳态回转仿真
整车多体动力学模型的建立、验证及仿真分析
