宇通客车平顺性及操纵稳定性分析报告

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A3
F6 A6
F7
A11 F14
F21
F22
F19 A12
F15 A10 F13 A9 F12 A8 F11
F16 A17 F17 A16 F18 A15 F20
A5 F9
A18
图 10 后悬架拓扑图
F8 F10 A7
表 3 后悬架部件名称表
A1
轮胎-rl
A2 轮胎-rr
A3
前桥
A4 减震器筒-rl
图 6 后悬架板簧模型
模型中 RSDA 的刚度为 62100N·m/rad,阻尼为 2500m2·kg/s·rad。加载 后板簧竖直方向静挠度为 79.4mm,满足要求。
2.2 前悬架多刚体模型的建立
由于进行整车平顺性的仿真分析,而与车辆行驶平顺性及成员的乘坐舒适性 直接相关的部件主要包括轮胎、悬架(弹性元件,阻尼元件,导向机构)和座椅 [1]。故本文不考虑转向机构的影响。
2 多体动力学模型的建立
2.1 钢板弹簧的建模
钢板弹簧主要用于在车轮与车架或车身之间传递各种力和力矩,同时其垂直变形(刚度)特性直接影响汽车的乘坐舒适性。在汽车行驶中钢板弹簧同时承受 垂直力、纵向力、侧向力,制动时还承受制动力矩。合理地对钢板弹簧进行简化 是建立悬架模型的重要步骤。
依据 LMS 在板簧建模以及整车仿真上丰富的工程经验,板簧建模有四种方 法。
宇通客车平顺性及操纵稳定性分析报告
作者:吴卫东 万晓峰 LMS 国际公司
时间:2007 年 3 月 30 日
1
目录
1 前言...........................................................................................................................................3 2 多体动力学模型的建立...........................................................................................................3
旋转副
F19
旋转副
Hale Waihona Puke Baidu
F20
限制 X、Z 方向平移
F21
固定副
F22
限制 Z 方向 平移和转动
2.4 整车模型的建立
2.4.1 质量特性参数的确定
整车质量:9750kg(最大总质量),其中动力总成质量(加上传动轴):780kg, 前桥质量:325kg,后桥质量:447kg,六条轮胎质量:246kg。估算其它悬架机
A5
减震器活动杆-rl A6 减震器筒-rr
A7
减震器活动杆-rr A8 钢板弹簧-segA-rl
A9
钢板弹簧-seg3-rl A10 钢板弹簧-segB-rl
A11 吊耳-rl
A12 吊耳-rr
A13 转向节-rl
A14 转向节-rr
A15 钢板弹簧-segB-rr A16 钢板弹簧-seg3-rr
2.4.1 质量特性参数的确定.......................................................................................9 2.4.2 系统建模及仿真.............................................................................................10 3 仿真计算.................................................................................................................................12 3.1 整车仿真分析.............................................................................................................12 3.1.1 整车静平衡计算.............................................................................................12 3.1.2 整车平顺性仿真分析.....................................................................................13 3.2 前悬架运动学仿真分析.............................................................................................18 4 结论.........................................................................................................................................20
2
1 前言
2007 年 2 月初,宇通客车对 LMS Vitual.Lab 虚拟实验室在整车建模和仿真 上的能力进行评估。要求 LMS China 进行其某型号客车的平顺性分析,同时对 该车辆的前悬架进行运动学分析。本文的主要内容为:整车多体动力学模型的建 立、仿真分析过程以及结果数据分析等。
LMS 是以工程创新为宗旨的新技术公司,成立于 1980 年。长期以来,LMS 以工程咨询服务为基础,逐步在试验测量设备与处理软件、CAE 分析软件这两 大领域取得技术领先地位。
7
表 2 前悬架铰链明细
H1 固定副 H2 固定副 H3 固定副
H4
H5 旋转副 H6 旋转副 H7
球副
H8
H9 圆柱副 H10 圆柱副 H11
球副
H12
H13 旋转副 H14 旋转副 H15 旋转副
H16
H17
限制 X、Z 方向平移
H18
旋转副
H19
旋转副
H20
H21 旋转副
H22
限制 X、Z 方向平移
A17 钢板弹簧-segA-rr A18 车架
表 4 后悬架铰链明细
F1 固定副 F2 固定副 F3 旋转副 F4 旋转副
F5 球副 F6
球副
F7 圆柱副 F8 圆柱副
F9 球副 F10
球副
F11 旋转副 F12 旋转副
F13 旋转副 F14
旋转副
F15
限制 X、Z 方向平移
F16
旋转副
F17 旋转副 F18
2.2 前悬架多刚体模型的建立...........................................................................................6 2.3 后悬架多刚体模型的建立...........................................................................................8 2.4 整车模型的建立...........................................................................................................9
H23
限制 Z 方向 平移和转动
H24
固定副 球副 球副 旋转副
旋转副
固定副
2.3 后悬架多刚体模型的建立
图 9为后悬架多体动力学模型,其拓扑构型如图 10所示,各构件之间通过铰链 连接。部件名称和铰链连接方式详见表 3、 表 4。
图 9 后悬架多体模型
8
A1
A2
F3
F4
A13
A14
F1
F2
A4 F5
B7
减震器活动杆-fr B8 钢板弹簧-segA-fl
B9
钢板弹簧-seg3-fl B10 钢板弹簧-segB-fl
B11 吊耳-fl
B12 吊耳-fr
B13 转向节-fl
B14 转向节-fr
B15 主销-fl
B16 主销-fr
B17 车架
B18 钢板弹簧-segA-fr
B19 钢板弹簧-seg3-fr B20 钢板弹簧-segB-fr
的颠簸和回弹过程。 本文主要进行整车平顺性的仿真分析,关注板簧垂直方向上的刚度和阻尼特 性,故选择三段法对板簧进行建模。
2.1.1 前悬架板簧建模
前悬架板簧垂直方向刚度要求如图 3:
4
图 3 前悬架弹簧性能参数
用三段法建立前悬架板簧仿真模型,并根据前悬架弹簧性能参数,调整模型 中RSDA的刚度和阻尼,使其静挠度达到P=0,f=0&P=16000,f=79mm的要求。建立 的板簧模型如图 4所示:
图 4 前悬架板簧模型
模型中 RSDA 的刚度为 30500N·m/rad,阻尼为 1330m2·kg/s·rad。加载 后板簧竖直方向静挠度为 79.2mm,满足要求。
2.1.2 后悬架板簧建模
前悬架板簧垂直方向刚度要求如图 5:
5
图 5 后悬架弹簧性能参数
用三段法建立后悬架板簧仿真模型,并根据后悬架弹簧性能参数,调整模型 中RSDA的刚度和阻尼,使其静挠度达到P=0,f=0&P=32500,f=79mm的要求。建立 的板簧模型如图 6所示:
LMS 在 2001 年就推出了多学科集成仿真平台 LMS Virtual.Lab 虚拟实验室, 集成了包括多体分析、疲劳寿命预测、声学仿真、结构分析前后处理、振动噪声 分析以及优化在内的仿真功能,实现了跨学科的系统级仿真,提高了仿真流程的 自动化和分析效率,因此成为 CAE 行业最先进的解决方案。
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构质量:202kg 估算底盘质量为:9750-780-325-447-246-202=7750kg 动力总成质量以集中质量的方式加载到底盘上。在动力总成质心位置通过固
2.1 钢板弹簧的建模...........................................................................................................3 2.1.1 前悬架板簧建模...............................................................................................4 2.1.2 后悬架板簧建模...............................................................................................5
LMS Virtual.Lab 虚拟实验室的两个模块,多体动力学和耐久性分析整合成 为“系统级疲劳”。其思路是把多体分析(刚体和柔体混合分析)得到的部件载 荷信息直接传递给同一仿真平台上的耐久性分析模块,用户只需输入必须的材料 特性参数,即可得到柔体部件的疲劳寿命(或损伤)分布。
虚拟实验室的集成解决方案“系统级疲劳”,已经得到业内重量级客户的认 可,包括 PSA 标致雪铁龙集团,波音公司,丰田赛车开发公司,宝马汽车公司, 梅塞德斯奔驰公司,康明斯公司,通用汽车公司,法雷奥汽车部件公司,Aisin 汽车部件公司,等等。
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图 7为前悬架多体动力学模型,其拓扑构型如图 8 前悬架拓扑图 所示,各构 件之间用铰链连接,部件名称及连接方式见表 1、表 2。
图 7 前悬架多体模型
图 8 前悬架拓扑图
表 1 前悬架部件名称表
B1
轮胎-fl
B2 轮胎-fr
B3
前桥
B4 减震器筒-fl
B5
减震器活动杆-fl B6 减震器筒-fr
a. 精细建模(High Fidelity); b. 用衬套力和Beam力进行建模(Beam or Bush approach),如图 1;
3
图1
c. 将板簧柔性化(Flexible Body); d. 三段法(Coarse model),如图 2;
图 2 三段法 三段法建模方法:将板簧模型分成三段(如图 2所示),每段之间用旋转副 连接。在旋转副上施加RSDA(扭转弹簧阻尼)力模拟板簧的变形,RSDA的刚 度和阻尼值根据板簧刚度的实验或理论值进行调整。中间段通过固定副和车桥相 连。 三段法建模特点: a. 建模便利,计算效率高。 b. 由丰富的工程经验可知,段间用旋转副连接的方式可以真实的模拟车桥
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