基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的ATV懸架仿真分析

1、基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的ATV懸架仿真分析第36卷第6期2009年12月拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)Tractor&FarmTransporterVo1.36NO.6Dec.,2009基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的ATV懸架仿真分析朱華(解放軍汽車(chē)管理學(xué)院裝備技術(shù)系,安徽蚌埠233011)摘要:運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù),在ADAMS軟件中對(duì)ATV模型進(jìn)行了仿真分析.為滿(mǎn)足行駛平順性指標(biāo),通過(guò)限定整車(chē)質(zhì)心垂向加速度的大小對(duì)整車(chē)模型進(jìn)行仿真.仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相吻合,驗(yàn)證了虛擬試驗(yàn)的合理性和可行性,得出了需要的懸架參數(shù),為整車(chē)性能的進(jìn)一步改進(jìn)提供了依據(jù).關(guān)鍵詞:A1,;獨(dú)立懸架;虛擬樣機(jī)技術(shù);ADAMS中圖分類(lèi)號(hào):U463.

2、33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10060006(2009)06007802SimulationAnalysisofATVSuspensionBasedonVirtualPrototypeTechnologyZHUHua(Dept.ofEquipmentTechnology,AutomobileManagementInstitute,Bengbu233011,China)Abstract:SimulationanalysisforthemodelisperformedinADAMS.whichisonthebasisofvirtualprototypetechnology.Inordertomee

3、tthevehicleridecomfortrequirements,theverticalaccelerationinthecentermassoffullvehicleislimited;Theresultsmatchwiththeoutputsoftest.ThetestsshowthatthevirtualprototypeofATvisreasonableandfeasible.andtheparametersofthesuspensionareobtained,andmeanwhile,whichprovidebasisforthefurtherimprovementoffullv

4、ehiclePerformance.Keywords:ATV;Independentsuspension;Virtualprototypetechnology;ADAMSATV(AllTerrainVehicles)是一種廣泛使用的非公路車(chē),又稱(chēng)全地形車(chē)或沙灘車(chē).其主要特征是在極其復(fù)雜和多種路面狀態(tài)下具有良好的行駛能力,在農(nóng)業(yè),林業(yè),娛樂(lè)休閑以及軍事上得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用.懸架系統(tǒng)是ATV的重要部件之一,其性能好壞直接影響車(chē)輛行駛平順性,舒適性,操縱穩(wěn)定性.本文試驗(yàn)樣車(chē)的前懸架采用麥弗遜式獨(dú)立懸架,后懸架采用等臂長(zhǎng)雙橫臂獨(dú)立懸架,首先在對(duì)懸架進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上,通過(guò)ADAMS虛擬樣機(jī)軟件對(duì)

5、懸架進(jìn)行仿真分析,得出了合理的懸架剛度與阻尼.1理論分析假設(shè)ATV在顛簸的路面上行進(jìn),且路面激勵(lì)為正弦波;ATV前后懸架系統(tǒng)相互獨(dú)立,且有1/4的質(zhì)量落在后左懸架上.選取整車(chē)的I/4懸架模型進(jìn)行分析,其簡(jiǎn)化模型如圖1所示.D._J圖1懸槊1/4簡(jiǎn)化模型Fig.11/4ModelofSuspension圖1中為彈簧的剛度;D為減振器的阻尼;為1/4懸架承載的質(zhì)量;y(t)為車(chē)身的垂向振動(dòng)位移;(t)為地面激勵(lì)輸入,(t)=Asin(甜t),=(2叮r口)兒.已知條件:M=102.5kg;=14m/s;L=3.15m.根據(jù)牛頓第二定律,建立方程,即+D(一)+K(YY)=0(1)收稿13期:200

6、8-0623;收修改稿日期:2008-0702?78?對(duì)(1)式進(jìn)行拉普拉斯變換并變形得傳遞函數(shù)H(s),即)=糟=(2)令:m=蓋,=iD,a=吾=專(zhuān)式中,to為無(wú)阻尼固有頻率;為阻尼比;or為剛度阻尼比.為使懸架系統(tǒng)對(duì)地面的激勵(lì)輸入具有較大的衰減,以及較好的瞬態(tài)響應(yīng)性能,應(yīng)選擇幅頻特性斜率為2的一段頻率,由m對(duì)應(yīng)的幅值可知車(chē)身的垂向顛簸幅度只有地面激勵(lì)顛簸幅度的1/4(3/4衰減),由此可得c:2w:1396(rad/tOn13.ci/s)丁,=-n=1/4則K=MtO=19975.36(kN/m)D:715.45(N.s/m)2建模與仿真分析根據(jù)汽車(chē)與摩托車(chē)的平順性評(píng)價(jià)指標(biāo),常用車(chē)身振動(dòng)

7、的固有頻率和振動(dòng)加速度來(lái)評(píng)價(jià)行駛平順性,車(chē)身振動(dòng)加速度的極限值應(yīng)低于0.60.7g(g為重力加速度).考慮到ATV的各種行駛路況和動(dòng)力性能,限定其質(zhì)心垂向加速度也應(yīng)低于0.6-0.7g.2.1整車(chē)模型的建立根據(jù)懸架系統(tǒng)中關(guān)鍵定位點(diǎn)(硬點(diǎn))以及整車(chē)質(zhì)心的空間坐標(biāo)值,建立整車(chē)的Pro/E模型并導(dǎo))ADAMS中進(jìn)行分析.由于本文朱華:基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的ATV懸架仿真分析是對(duì)整車(chē)模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題進(jìn)行仿真計(jì)算,不考慮其動(dòng)力學(xué)特性,因此應(yīng)用ADAMS建模與仿真時(shí)做如下簡(jiǎn)化與假設(shè)J:1)懸架中各零部件(除輪胎和襯套外)均為剛體;2)減振器阻尼特性為線(xiàn)性;3)零部件之間的所有連接都簡(jiǎn)化為鉸鏈,內(nèi)部問(wèn)隙不計(jì),各

8、運(yùn)動(dòng)副內(nèi)的摩擦力忽略不計(jì);4)選擇測(cè)試平臺(tái)作為地面移動(dòng)副,添加直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)來(lái)表示車(chē)輪受地面的激勵(lì)作用_4.創(chuàng)建的整車(chē)模型如圖2所示.圖2整車(chē)模型Fig.2ModelofFullVehide整車(chē)模型由前,后懸架,前,后車(chē)輪以及簡(jiǎn)化的車(chē)體構(gòu)成_5J,共21個(gè)構(gòu)件.其中包括:4個(gè)胡克鉸鏈,4個(gè)圓柱副,6個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副,8個(gè)球形副和6個(gè)固定副.優(yōu)化目標(biāo)是考察質(zhì)心的垂向加速度.整車(chē)模型的自由度為_(kāi)6J:DOF=216一(4X4+44+5X6+8X3+6X6)=44個(gè)自由度分別為4個(gè)車(chē)輪的獨(dú)立垂向直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),由4個(gè)試驗(yàn)臺(tái)提供地面垂向激勵(lì)h,且h=40sin27.92t.2.2整車(chē)1/4懸架模型的仿真分析對(duì)整車(chē)模型進(jìn)行

9、仿真分析前必須對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證.對(duì)整車(chē)模型中后懸架的左側(cè)車(chē)輪添加路面激勵(lì)h,其它部分與路面固定.測(cè)定整車(chē)質(zhì)心垂向加速度n與彈簧剛度,減振器阻尼D之間的關(guān)系.仿真結(jié)果如圖3一圖4所示.lO97l98825262728293O31323334K/(kN?m.)圖3阻尼D固定時(shí)加速度a隨剛度,(的變化Fig.3ChangeofAccelerationalongwithStiffnesswhenDisConstantO5O6n7O80910D/(kN?S?m)圖4剛度固定時(shí)加速度a隨阻尼D的變化Fig.4ChangeofAccelerationalongwithDampwhenKisConstant分析

10、圖3可知:采用原剛度與阻尼時(shí)質(zhì)心加速度很大,達(dá)到9.552m/s;質(zhì)心加速度隨彈簧剛度的增加而增加.圖4可知質(zhì)心加速度隨減振器阻尼的增大而減小.根據(jù)質(zhì)心垂向加速度的限定指標(biāo)(0.60.7g),通過(guò)仿真分析得后懸架剛度K=18.523.5kN/m,阻尼D=500880N?s/m,與理論計(jì)算值吻合,因此構(gòu)建的整車(chē)模型合理有效.2.3整車(chē)1/2懸架模型的仿真分析懸架系統(tǒng)參數(shù)的整定需考慮兩方面問(wèn)題:1)單個(gè)懸架參數(shù)的大小;2)前后懸架參數(shù)之間應(yīng)滿(mǎn)足一定的匹配關(guān)系,制動(dòng)和加速時(shí)車(chē)身應(yīng)具有抗仰頭和抗點(diǎn)頭.對(duì)ATV的前后俯仰和左右側(cè)傾兩種運(yùn)行工況進(jìn)行仿真試驗(yàn),測(cè)定后懸架剛度的變化對(duì)質(zhì)心垂向加速度的影響,仿真

11、試驗(yàn)結(jié)果如圖5圖6所示.l8l9202122232425K/(kN-111)圖5前后俯仰時(shí)加速度a隨k變化曲線(xiàn)Fig.5ChangeofAccelerationalongwithKwhenATvPitchesupanddown圖6左右側(cè)傾時(shí)加速度a隨k變化曲線(xiàn)Fig.6ChangeofAccelerationalongwithKwhenATVRollsOver分析結(jié)果可知:由于兩個(gè)車(chē)輪同時(shí)添加激勵(lì),所以質(zhì)心的垂向加速度值相對(duì)前述1/4懸架模型獲得的加速度值較大.根據(jù)質(zhì)心垂向加速度的限定指標(biāo),通過(guò)仿真分析獲得后懸架剛度值分別為:(1)K=18.021.5kN/m;(2)K=18.023.6kN/

12、m.阻尼值保持不變.綜合以上理論計(jì)算和仿真結(jié)果,為保證前后懸架參數(shù)合理匹配,同時(shí)結(jié)合ATV行駛動(dòng)力性能要求,最終確定一組ATV整車(chē)懸架系統(tǒng)的參數(shù):前懸架保持參數(shù)數(shù)值不變;后懸架的阻尼值保持原設(shè)計(jì)值,剛度K=19.97521.5kN/m.3結(jié)論將Pro/engineer中建立的ATV整車(chē)模型導(dǎo)入到ADAMS中,對(duì)整車(chē)模型添加約束和運(yùn)動(dòng),以整車(chē)的質(zhì)心垂向加速度為目標(biāo),對(duì)模型進(jìn)行了仿真分析.依據(jù)平順性要求中的垂向加速度限定指標(biāo)對(duì)懸架系統(tǒng)的剛度和阻尼值進(jìn)行了整定.綜合理論計(jì)算和仿真分析結(jié)果,在保證前后懸架參數(shù)合理匹配,同時(shí)結(jié)合ATV行駛動(dòng)力性能要求的條件下,得出了可以滿(mǎn)足要求的懸架剛度與阻尼.參考文獻(xiàn):1DAIL,WUJ.StabilityandVibrationsofanAllterrainVehicleSubjectedtoNonlinearStrueturalDeformationandResistanceJ.CommunicationsinNonlinearScienceandNumericalSimulation,2007(12):7282.2許洪國(guó).汽車(chē)運(yùn)用工程基礎(chǔ)M.北京:清華大學(xué)出版社,200