1         概述

汽車在行駛過程中，由于自身及路面不平度激勵因素的存在，會使汽車產生振動，這種振動達到一定程度將使乘員感到不舒適和疲勞，或使運送的貨物損壞，研究平順性的目的就是控制振動的傳遞，保證乘坐者不舒適的感覺不超過一定界限和貨物運輸的安全。隨著科技的進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，對此進行細致的研究。

汽車平順的評價是一個相當復雜的過程，由《汽車工程手冊》以及國際標準ISO2631《人承受全身振動的評價指南》可知，在1～80Hz范圍內人體對振動反應的三個不同界限：

(1)  暴露極限：當人體承受的振動強度在這個極限之內，將保持健康或安全。通常把此極限作為人體可以承受振動量的上限；

(2)  疲勞—工效降低界限：在這個界限與保持工作效能有關，當駕駛員承受的振動強度在此界限之內時，能準確靈敏地反應，正常地進行駕駛；

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

本文基于Simcenter3D Motion建立了SimRod的整車多體動力學仿真模型，然后基于比利時數字路面進行了整車平順性仿真分析。

2        整車多體動力學模型建立

SimRod整車模型通過Motion子機構裝配的功能建立。子系統模型主要包括車身座椅子系統，前懸架子系統，后懸架子系統。

前懸架為雙橫臂結構。在前懸架子系統中還包括了橫向穩定桿模型（穩定桿采用簡化建模方式），齒輪齒條式轉向系統模型，輪胎動力學模型等（懸架拓撲結構以及與車身的連接省略，就不作詳細說明了）。前懸架子系統動力學模型如下圖所示：



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



MF-Swift輪胎動力學模型是基于魔術公式的參數化輪胎模型，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構。在后懸架子系統中還包括了橫向穩定桿模型（穩定桿采用簡化建模方式），驅動電機和傳動軸系統模型，輪胎動力學模型等（懸架拓撲結構以及與車身的連接省略，就不作詳細說明了）。后懸架子系統動力學模型如下圖所示：



在主模型中建立車身和座椅部件，前后懸架通過導入子機構的方法與主模型進行連接，導入后通過上一篇微信文章中提到的子機構覆蓋功能，建立完整的整車動力學模型，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路面上的平順性。評價測量項選取四個輪心的垂向加速度，車身與前后減振器的四個安裝位置點的垂向加速度以及座椅導軌處的垂向加速度。

比利時路面模型采用數字化掃描路面文件，通過采集掃描的路面3維數據經過后處理得到OpenCRG格式的輕量化數字路面文件，導入到模型中，在模型中生成可視化，如下圖所示：



設置輪速驅動，為了忽略起始的動態不穩定性，路面設置了一段平坦路面，車輛從起步開始緩慢達到穩定狀態，然后行駛在比利時路面上，仿真結果從3s開始截取。車速保持31km/h左右。結果如下：


車速


座椅導軌垂向加速度


車身與前后減振器的四個安裝位置點的垂向加速度


四個輪心的垂向加速度

從仿真加速度曲線數據來看，垂向振動加速度在合理范圍內，本文只對模型在比利時路面上的行駛振動垂向加速度進行了數據讀取，并未進一步進行詳細分析。后續如果想針對《(國家標準)GB╱T 4970-2009 汽車平順性試驗方法》標準進行脈沖輸入和隨機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輸入路面即可進行分析，然后按照標準評價指標做進一步分析。

4        總結

基于Simcenter 3D Motion可以精確模擬整車動力學仿真分析。主要實現以下功能：

?       懸架的K&C分析，運動包絡和干涉檢查分析。

?       整車操縱穩定性分析，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，輸出合適的仿真結果。