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1         概述

汽車在行駛過程中，由于自身及路面不平度激勵(lì)因素的存在，會(huì)使汽車產(chǎn)生振動(dòng)，這種振動(dòng)達(dá)到一定程度將使乘員感到不舒適和疲勞，或使運(yùn)送的貨物損壞，研究平順性的目的就是控制振動(dòng)的傳遞，保證乘坐者不舒適的感覺不超過一定界限和貨物運(yùn)輸?shù)陌踩ｋS著科技的進(jìn)步和人類生活水平的提高，人們對平順性的要求已越來越高，因而有必要采取措施，對此進(jìn)行細(xì)致的研究。

汽車平順的評價(jià)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，由《汽車工程手冊》以及國際標(biāo)準(zhǔn)ISO2631《人承受全身振動(dòng)的評價(jià)指南》可知，在1～80Hz范圍內(nèi)人體對振動(dòng)反應(yīng)的三個(gè)不同界限：

(1)  暴露極限：當(dāng)人體承受的振動(dòng)強(qiáng)度在這個(gè)極限之內(nèi)，將保持健康或安全。通常把此極限作為人體可以承受振動(dòng)量的上限；

(2)  疲勞—工效降低界限：在這個(gè)界限與保持工作效能有關(guān)，當(dāng)駕駛員承受的振動(dòng)強(qiáng)度在此界限之內(nèi)時(shí)，能準(zhǔn)確靈敏地反應(yīng)，正常地進(jìn)行駕駛；

(3)  舒適降低界限：此界限與保持舒適有關(guān)，在這個(gè)界限之內(nèi)，人體對所暴露的振動(dòng)環(huán)境主觀感覺良好，能順利完成吃、讀、寫等動(dòng)作。

本文基于Simcenter3D Motion建立了SimRod的整車多體動(dòng)力學(xué)仿真模型，然后基于比利時(shí)數(shù)字路面進(jìn)行了整車平順性仿真分析。

2        整車多體動(dòng)力學(xué)模型建立

SimRod整車模型通過Motion子機(jī)構(gòu)裝配的功能建立。子系統(tǒng)模型主要包括車身座椅子系統(tǒng)，前懸架子系統(tǒng)，后懸架子系統(tǒng)。

前懸架為雙橫臂結(jié)構(gòu)。在前懸架子系統(tǒng)中還包括了橫向穩(wěn)定桿模型（穩(wěn)定桿采用簡化建模方式），齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型，輪胎動(dòng)力學(xué)模型等（懸架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及與車身的連接省略，就不作詳細(xì)說明了）。前懸架子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型如下圖所示：



由于要進(jìn)行平順性仿真分析，本文采用軟件自帶的輪胎模型庫，西門子TNO MF-SWIFT輪胎動(dòng)力學(xué)模型，如下圖所示：



MF-Swift輪胎動(dòng)力學(xué)模型是基于魔術(shù)公式的參數(shù)化輪胎模型，最大頻率可以分析到100Hz,因此可以用來做平順性仿真分析。

后懸架同樣為雙橫臂結(jié)構(gòu)。在后懸架子系統(tǒng)中還包括了橫向穩(wěn)定桿模型（穩(wěn)定桿采用簡化建模方式），驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳動(dòng)軸系統(tǒng)模型，輪胎動(dòng)力學(xué)模型等（懸架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及與車身的連接省略，就不作詳細(xì)說明了）。后懸架子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型如下圖所示：



在主模型中建立車身和座椅部件，前后懸架通過導(dǎo)入子機(jī)構(gòu)的方法與主模型進(jìn)行連接，導(dǎo)入后通過上一篇微信文章中提到的子機(jī)構(gòu)覆蓋功能，建立完整的整車動(dòng)力學(xué)模型，如下圖所示：



3        整車平順性仿真分析

本文主要研究整車在比利時(shí)路面上的平順性。評價(jià)測量項(xiàng)選取四個(gè)輪心的垂向加速度，車身與前后減振器的四個(gè)安裝位置點(diǎn)的垂向加速度以及座椅導(dǎo)軌處的垂向加速度。

比利時(shí)路面模型采用數(shù)字化掃描路面文件，通過采集掃描的路面3維數(shù)據(jù)經(jīng)過后處理得到OpenCRG格式的輕量化數(shù)字路面文件，導(dǎo)入到模型中，在模型中生成可視化，如下圖所示：



設(shè)置輪速驅(qū)動(dòng)，為了忽略起始的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性，路面設(shè)置了一段平坦路面，車輛從起步開始緩慢達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，然后行駛在比利時(shí)路面上，仿真結(jié)果從3s開始截取。車速保持31km/h左右。結(jié)果如下：


車速


座椅導(dǎo)軌垂向加速度


車身與前后減振器的四個(gè)安裝位置點(diǎn)的垂向加速度


四個(gè)輪心的垂向加速度

從仿真加速度曲線數(shù)據(jù)來看，垂向振動(dòng)加速度在合理范圍內(nèi)，本文只對模型在比利時(shí)路面上的行駛振動(dòng)垂向加速度進(jìn)行了數(shù)據(jù)讀取，并未進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)分析。后續(xù)如果想針對《(國家標(biāo)準(zhǔn))GB╱T 4970-2009 汽車平順性試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行脈沖輸入和隨機(jī)輸入的平順性仿真分析，只需要在此模型里面分別建立脈沖輸入和隨機(jī)輸入路面即可進(jìn)行分析，然后按照標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)指標(biāo)做進(jìn)一步分析。

4        總結(jié)

基于Simcenter 3D Motion可以精確模擬整車動(dòng)力學(xué)仿真分析。主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

?       懸架的K&C分析，運(yùn)動(dòng)包絡(luò)和干涉檢查分析。

?       整車操縱穩(wěn)定性分析，如角階躍，路徑跟蹤分析等。

?       整車平順性分析，如不平路面，沖擊路面分析等。

?       可以方便建立測量傳感器，輸出合適的仿真結(jié)果。