客车平顺性仿真及优化

客车平顺性仿真及优化
康元春
【期刊名称】《《汽车零部件》》
【年(卷),期】2019(000)010
【总页数】4页(P50-53)
【关键词】平顺性; 多体动力学仿真; 客车
【作者】康元春
【作者单位】湖北汽车工业学院汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室(湖北汽车工业学院) 湖北十堰442002
【正文语种】中文
【中图分类】U463.82
0 引言
随着汽车工业的发展，人们对出行时乘坐舒适性也逐渐提高。

客车的平顺性直接影响着乘坐舒适性，因此提高客车平顺性变得越来越重要。

采用Adams/car虚拟样机技术，建立多体动力学模型，能在较短时间内获得最佳的悬架参数匹配，为改善整车平顺性做出指导。

本文作者以某客车为研究对象，在ADAMS/Car 中建立了该整车的多体动力学模型，分析它在4种不同路面道路上行驶平顺性，并利用ADAMS/Insight对该客车前后轮弹簧刚度和前后减振器阻尼参数进行优化，以降低该客车在水泥道路上行驶时的总加权加速度均方根值，提高了其在水泥道路上行
驶时的舒适性。

1 平顺性评价方法
ISO 2631-1:1997规定用加权加速度均方根值来评价车辆的平顺性。

本文作者通过ADAMS/Ride模拟客车在不同等级道路上行驶，得到其在x、y、z 3个方向的加速度时间历程曲线，采用FFT功能得到功率谱密度Ga(f)，总加权加速度均方根值：
αv=[(1.4αxw)2+(1.4αyw)2+αzw2]1/2
(1)
其中：为频率加权函数。

当αw小于0.315 m/s2时，人没有不舒适；αw在0.315～0.63 m/s2之间时，人有一些不舒适；αw在0.5～1.0 m/s2之间时，人会感觉相当不舒适[1]。

2 整车和道路模型的建立
2.1 整车模型的建立
客车前悬架为双横臂悬架，该悬架的上下臂前后端通过衬套与副车架连接，外端通过球铰接与转向节连接后连接到车轮。

客车后悬架使用扭力梁悬架，左右车轮装在一个扭力梁的两端。

在ADAMS/Car中，从Adjust的Hardpoint中更改前后悬架硬点坐标，将前后悬架与制动系统、转向系统、动力系统以及车身等系统进行组合，在四柱试验台上建立了客车整车仿真模型，见图1。

图1 整车在四柱试验台上的模型
2.2 道路模型的建立
利用ADAMS自带的路面生成器建立道路模型，路面生成器见图2。

路面生成器中，Ge、Gs和Ga分别表示白噪声的空间、速度和加速度的功率谱密度幅值。

模拟路面长度1 000 m，采用间隔为5 m，道路表面波长关联长度为5 m。

图2 Sayers路面生成器
采用路面生成器模拟光滑水泥路面、水泥路面、光滑沥青路面和沥青路面，道路的Ge、Gs和Ga参数见表1[2]。

路面生成器模拟的2D路面见图3，将得到的路面曲线施加在四柱试验台上客车的左、右车轮。

表1 道路模型参数路面类型GeGsGa光滑水泥路面010水泥路面0.1200.25光滑沥青路面060沥青路面0120.17
图3 不同等级路面道路谱
3 悬架性能参数优化
3.1 优化前整车平顺性
在ADAMS/Ride四柱试验台上，模拟客车整车以车速60 km/h在4种不同道路上行驶，仿真时长为6 s，得到4种道路上在x、y和z 3个方向的加速度随时间变化曲线。

图4是模拟客车在光滑水泥路面上行驶时，x、y、z 3个方向的加速度时间历程曲线和功率谱密度曲线。

根据公式(1)结合客车在3个方向的加速度时间历程和功率谱密度数据，在MATLAB中进行计算，得到客车在这4种路面的加权加速度均方根结果，见表2。

图4 光滑水泥路面客车仿真曲线表2 各等级路面客车加权加速度均方根值
m/s2x向加权加速度均方根值y向加权加速度均方根值z向加权加速度均方根值总加权加速度均方根值光滑水泥路面0.079 10.098 70.093 80.199 5光滑沥青路面0.108 00.084 90.172 00.258 0水泥路面0.139 70.103 20.207 50.319 7沥青路面0.090 30.086 00.196 10.262 6
从表2可以看出：该客车在光滑水泥路面、光滑沥青路面和沥青路面行驶时，各方向加权加速度均方根值及总加权加速度均方根值均小于0.315 m/s2，舒适性较好。

在水泥路面行驶时，总加速度均方根值αv为0.319 7 m/s2，大于“人没有不舒适”时的0.315 m/s2，表明该车在水泥路面行驶时，人有一定的不舒适，因此需要对总加速度均方根值进行优化。

3.2 平顺性参数优化
在ADAMS/Insight模块中，对该客车在水泥路面行驶时总加速度均方根值进行优化。

优化目标为水泥路面的横向、纵向和垂向加权加速度均方根值最小；设计变量为前后悬架的弹簧刚度比和减振器阻尼比，用Kf和Kr表示前后弹簧刚度比，Cf
和Cr表示前后减振器阻尼比[3]。

将前后悬架弹簧刚度比和减振器阻尼比的变化范围均设置为0.4～0.6。

采用DOE Response Surface(RSM)建立仿真模型，DOE
设计类型选择Latin Hypercube，得到的设计变量矩阵见表3。

表3 设计变量矩阵表CfKfCrKr10.453 330.453 330.493 330.5620.586
6670.560.546 6670.466 66730.480.60.60.506 66740.466 6670.533 3330.426 6670.573 33350.440.440.560.4460.560.493 3330.520.493 33370.533
3330.586 6670.586 6670.4880.426 6670.480.506 6670.426 66790.40.466 670.466 670.4100.506 6670.520.573 3330.546 667110.546 6670.413 3330.453 3330.52120.573 3330.40.440.453 333130.493 3330.573 3330.413 333 30.6140.520.546 6670.533 3330.586 667150.60.426 6670.480.533 333160.413 3330.506 6670.40.413 333
优化前后，水泥路面上x、y和z向加速度曲线对比见图5。

优化后，客车在水泥
路面行驶时x、y和z方向的加速度均比优化前有所降低。

图5 优化前后加速度曲线比较
优化后3个方向的加权加速度均方根值分别为0.129 2、0.100 9和0.203 0 m/s2，均小于0.315 m/s2，且总加速度均方根值由0.319 7 m/s2减小到0.306 4 m/s2，低于“人体有不舒适”时的0.315 m/s2。

此时经过优化分析之后Kf、Kr、Cf和
Cr的取值分别为0.413 333、0.506 667、0.4和0.413 33。

对前后悬架弹簧和减震器参数进行优化，降低了该客车在水泥路面行驶时3个方
向上加权加速度均方根值，同时使总加权加速度均方根值低于0.315 m/s2，该客
车平顺性得到了改善。

4 结论
(1)在ADAMS/Car中对客车建模，并分析了该客车在光滑水泥道路、光滑沥青道路、水泥道路和沥青道路等路面上以60 km/h行驶时的平顺性，该客车在水泥道路行驶时总加权加速度均方根值较大。

(2)利用ADAMS/Insight对该客车前后轮弹簧刚度和前后减振器阻尼参数进行了优化。

优化后，在水泥道路行驶时，客车的横向，纵向及垂向加权加速度均方根值均减小，总加权加速度均方根值明显降低，客车的平顺性得到了改善。

【相关文献】
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