商用车技术

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专业：车辆工程

TY-1重型自卸车平顺性优化

摘要：本文根据TY-1型重型自卸车的数据，采用三维建模软件及ADAMS建立了重型自卸车的虚拟样机模型，获取了对标样车的重要参数，对TY-1重型自卸车进行了H级路面30KM/h的平顺性仿真。针对30KM/h的平顺性仿真结果对影响平顺性的多个因素进行正交试验优化，优化后结果表明TY-1重型自卸车平顺性有所改善。

关键词：重型自卸车；平顺性；试验优化；ADAMS

0前言

汽车行驶平顺性是汽车舒适性的一个重要指标，也是重要性能之一。汽车行驶平顺性是指汽车行驶过程中能保证乘员不致因车身振动而引起不舒适和疲乏感觉，以及保持运载货物完整无损的性能[1]。平顺性的好坏不仅直接影响乘员和驾驶员的心情，还关系着汽车零部件的使用寿命及行车速度。汽车行驶过程中，如果平顺性差，强烈的振动会加速零部件的磨损，为了减小振动，驾驶员必须放慢车速，所以运输效率降低，而且低速行驶时发动机燃油经济性下降。因此，对于汽车的行驶平顺性研究也越来越重视。

1 TY-1重型自卸车虚拟样机模型

本文以TY重型自卸车为研究对象，为了减小建模难度，对自卸车做了适当简化，研究模型中包括车架、驾驶室、驾驶室悬置系统、车箱、前后悬挂系统、轮胎、转向系等子系统。车架、驾驶室、车箱、转向系统均简化为刚体部件，车箱与车架刚性连接，前后悬架系统、驾驶室与车架铰链连接处均为衬套连接。

1.1 整车主要参数的确定

在建立整车模型时，模型参数的获取至关重要。根据模型参数的物理性质的不同，可以将模型的参数分为几何参数、质量参数、力学特性参数、外界环境参数。本文通过查阅图纸先在Pro/E三维软件里建立车架、驾驶室、车厢等重要部件的三维模型，然后分别导入ADAMS/Car模板建模环境中，在模版模式下编辑，设置零件的材料自动获取其质量参数。在ADAMS/Car中零件的形状对仿真分析不会产生影响，有关系的是各部件的质量参数、力学特性参数及各零件之间的位置关系参数。力学参数通常由试验获得，而本文的力学参数均是由具有合作关系的企业提供。外界参数主要有风力、路面等，由于自卸车车速低可忽略风

阻影响，路面参数的获取一般有两种方法：试验测量和国家标准对各种路面的规定。本文路面参数通过国家标准规定获取。整车主要参数如表1。

表1 整车主要参数

轴距（mm）3800/1350

前/后轮距（mm）2037/1860

整车整备质量（Kg）12055

前悬架刚度(N/mm) 535

后悬架刚度(N/mm) 4474

前悬架阻尼（N*s/mm）18.7

1.2驾驶室悬置模型

驾驶室悬置系统与整车平顺性有着至关重要的作用，驾驶室与车架的连接方式对乘员的舒适性有很大的影响，直接影响着整车的平顺性能[2]。现在驾驶室与车架二级隔振悬置方式分为全浮式和半浮式，本文采用半浮式悬置系统，驾驶室前部直接与车架通过旋转副相连，后部通过弹簧和减震器悬置在车架。

图1 驾驶室悬置模型

悬置的刚度和阻尼通过初步计算获得，后悬置刚度为79N/mm，后悬置阻尼为12N*s/mm。

1.3前后悬架模型的建立

自卸车悬架普遍采用钢板弹簧，在进行整车平顺性分析时，板簧应采用柔性体以模拟整车的多体动力学系统。本文利用BEAM单元法，对前板簧用少片簧板簧结构模拟进行分析。

BEAM单元法是在ADAMS中用无质量的等截面梁连接两个部件。求解器根据截面梁形状及材质，按照Timosheko理论自动计算其刚度与阻尼。经ADAMS/INSIGHT分析可得材料的弹性模量E、剪切模量G能决定钢板弹簧的刚度，所以弹性模量E等不一定是真实

值，根据经验设置BEAM 梁参数，再在悬架试验台上进行激振仿真，得到满足要求刚度值的悬架。前板簧模型如图2。

图2 前板簧模型

1.4 TY-1重型自卸车整车模型

依图纸建立驾驶室，车厢三维模型导入ADAMS 进行编辑，再得到子系统模型，修改ADAMS 模版参数，得转向系、发动机、制动系、驾驶室悬置模型。各个建好的子系统模型通过信息交换器（commuIlication ）进行装配，得整车模型如图3。

图3 整车模型

2行驶平顺性评价方法

本文不考虑座椅的弹性和座椅与驾驶室的连接，因此可认为TY-1重型自卸车驾驶室座椅面三个轴向的加速度值与座椅处地板一致。ADAMS 软件平台仿真计算座椅处地板x,y,z 三个方向振动加速度()a t ，利用ADAMS 强大的后处理功能对加速度时间历程()a t 进行频谱分析得到功率谱密度函数()a G f ，加权加速度值按式（3-23）计算。

80

21/20.5

[()()]a a f G f df ωω=⎰ （3-23）

其中，()f ω为频率加权函数；z 方向频率加权函数z ω如式（3-24）所示，x 、y 方向频率加权函数,x y ω如式（3-25）所示，频率f 单位Hz ：

0.5(0.52);

/4(24);()1(412.5);

12.5/(12.580).z f f f f f f

f ω<<⎧⎪<<⎪

=⎨

<<⎪⎪<<⎩ （3-24） ,1(0.52);

()2/(280).x y f f f

f ω<<⎧=⎨

<<⎩ （3-25）

本文用MATLAB 语言编制了分别计算x ，y 方向的加权加速度值的函数L f g （，）和z 方向的加权加速度值的函数H f g （，）

。 当同时考虑椅面三个轴向的振动时，平顺性评价三个轴向的总加权加速度均方根值按式（3-26）计算，本文也是用式（3-26）计算总加权加速度均方根值并用MA TLAB 语言编制计算程序。

2221/2

[(1.4)(1.4)]v x yw z a a a a ωω=++ （3-26）

除了采用总加权加速度均方根值对汽车平顺性进行评价外，有些场合“人体振动测量仪”采用加权振级a L ω，它与加权加速度均方根值换算关系如式（3-27）所示：

020lg(/)a L a a ωω= （3-27）

其中，0a 是参考加速度均方根值，取-3

2

10/mm s 。

表2 a L ω、a ω与人的主观感觉之间的关系

3随机H 级路面行驶平顺性仿真