袁上海 黎 可

（1.廣汽三菱汽車有限公司，長沙 410100；2.湖南信息學(xué)院，長沙 410100）

汽車平順性是指汽車在一般行駛速度范圍內(nèi)行駛時，避免因汽車在行駛過程中所產(chǎn)生的振動和沖擊，使人感到不舒服、疲勞，甚至損害健康，或者使貨物損壞的性能。由于平順性主要是根據(jù)乘員的舒適程度來評價，所以又稱為乘坐舒適性[1]。汽車平順性是整車性能的重要組成部分，也是決定汽車競爭力的關(guān)鍵性能之一。某SUV車型在基礎(chǔ)車型上進(jìn)行改款，需對其平順性進(jìn)行仿真分析與評價。

1 仿真輸入條件

1.1 整車參數(shù)

本次仿真分析的某SUV車型空載質(zhì)量為1 410 kg，其中前軸荷830 kg，后軸荷580 kg，軸距2 670 mm，輪距1 525 mm。

1.2 懸架參數(shù)

懸架系統(tǒng)是影響整車平順性的關(guān)鍵系統(tǒng)。懸架參數(shù)設(shè)計合理與否直接決定著整車的平順性。某SUV車前懸架采用麥弗遜獨(dú)立懸架，構(gòu)造簡單，體積較小，有利于發(fā)動機(jī)艙布局。后懸架采用多連桿獨(dú)立懸架，可以使車輪與地面盡最大可能保持垂直，提高輪胎貼地性，保證較好的舒適性和操縱穩(wěn)定性。懸架參數(shù)如表1所示。

表1 懸架參數(shù)

1.3 輪胎參數(shù)

輪胎也是影響汽車平順性的關(guān)鍵。前后輪均采用17寸子午線輪胎，輪胎規(guī)格215/60 R17 96H，自由半徑346 mm，徑向剛度226 N·mm-1，橫向剛度143 N·mm-1，最大摩擦系數(shù)1.23。

2 整車多體動力學(xué)模型

整車多體動力學(xué)仿真模型采用ADAMS/Car軟件建立[2-4]。模型由前懸架子系統(tǒng)、后懸架子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)、車身子系統(tǒng)、前后車輪子系統(tǒng)、動力總成子系統(tǒng)和制動子系統(tǒng)等進(jìn)行裝配完成。由于車身子系統(tǒng)、動力總成子系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)對整車平順性影響較小，因此進(jìn)行了合理簡化。

3 平順性仿真分析

3.1 隨機(jī)輸入下的平順性仿真

根據(jù)國標(biāo)要求，按路面不平度將隨機(jī)路面分為A～H共8個等級[5]?？紤]到該車型的定位為城市SUV，行駛路面大部分為A級路面和B級路面。因此，隨機(jī)輸入平順性仿真采用B級路面進(jìn)行。通過ADAMS/Car的路面發(fā)生器進(jìn)行隨機(jī)路面的建模，空間功率譜密度值選擇國標(biāo)規(guī)定的B級路面對應(yīng)值。

按照汽車平順性試驗國標(biāo)[6]的方法，分別對車輛在40 km·h-1、60 km·h-1、80 km·h-1和100 km·h-1速度下，在B級隨機(jī)路面行駛時的平順性進(jìn)行仿真分析，得出車身X、Y、Z這3個方向的加速度響應(yīng)。圖1為40 km·h-1車速下的加速度響應(yīng)時間歷程曲線。

圖1 車速40 km·h-1隨機(jī)輸入下的加速度響應(yīng)

加速度響應(yīng)時間歷程曲線通過頻譜分析得到功率譜密度函數(shù)，按國標(biāo)方法計算出X、Y、Z這3個方向的加權(quán)加速度均方根值a-wx、a-wy、a-wz,以及總加權(quán)加速度均方根值a-v和總加權(quán)振級，如表2所示。

表2 隨機(jī)輸入平順性仿真結(jié)果

根據(jù)仿真分析結(jié)果，該車在B級路面隨機(jī)輸入下的最大總加權(quán)加速度均方根值為0.040 5 m·s-2，最大總加權(quán)振級為92.1 dB。按照評價標(biāo)準(zhǔn)，最大總加權(quán)振級小于110 dB時，屬于“沒有不舒適”的評價范圍之內(nèi)?？芍?，該車在隨機(jī)輸入激勵下，平順性表現(xiàn)良好。

3.2 脈沖輸入下的平順性仿真

脈沖輸入下的平順性反映了車輛在行駛中越過障礙物時的振動和沖擊水平。過大或者不收斂的響應(yīng)會影響駕乘人員的舒適性，甚至對駕乘人員身體造成傷害。因此，需要進(jìn)行車輛脈沖輸入下的平順性仿真分析。

根據(jù)汽車平順性國標(biāo)試驗國標(biāo)中的試驗方法，建立三角形單凸塊路面（長400 mm，高40 mm），分別以10 km·h-1、20 km·h-1、30 km·h-1、40 km·h-1、50 km·h-1和60 km·h-1的車速通過三角形凸塊進(jìn)行脈沖輸入行駛路面仿真分析。

各車速下的車身垂向加速度響應(yīng)時間歷程，可得出各車速下的車身垂向加速度最大響應(yīng)（絕對值），如表3所示。

表3 各車速脈沖輸入下的加速度響應(yīng)

將垂向加速度最大響應(yīng)與車速的關(guān)系進(jìn)行擬合，擬合曲線如圖2所示。根據(jù)擬合曲線結(jié)果，該車與路面出現(xiàn)共振時的車速為33 km·h-1，此時垂向加速度最大響應(yīng)值為7.16 m·s-2。車速繼續(xù)增大時，加速度最大響應(yīng)值有所減小，成收斂趨勢?？梢?，整車在脈沖輸入下平順性表現(xiàn)良好。

圖2 垂向加速度最大響應(yīng)與車速關(guān)系擬合曲線

4 結(jié)語

通過建立多體動力學(xué)整車仿真模型，根據(jù)國標(biāo)要求，對某SUV車型在B級隨機(jī)輸入路面和三角形凸塊脈沖輸入路面下行駛時的整車平順性進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明：該車型在B級隨機(jī)輸入路面下最大總加權(quán)加速度均方根值為0.040 5 m·s-2，最大總加權(quán)振級為92.1 dB；在三角形凸塊脈沖輸入路面下最大垂向加速度為7.16 m·s-2，且隨車速增加成收斂趨勢。綜合兩項仿真結(jié)果可知，該車的整車平順性整體表現(xiàn)良好，符合產(chǎn)品定位要求。