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ADAMS脉冲平顺性仿真问题总结


ADAMS 脉冲平顺性仿真问题小结 脉冲平顺性仿真问题小结
一、问题的提出
现由于需要根据平顺性能来匹配减震器,而不是简单的评价整车平顺性的好坏,所以 对平顺性仿真提出了比以往更高的要求: 不仅最大加速度要与实验数据相符, 而且仿真的振 动波形也应正确——其振动加速度的时间历程, 都可以在物理上得以解释, 不一定与实验中 的波形相符的很好, 但其误差可以得以较

为准确的判断。 这样好为后续的评价和优化工作做 准备。 图 1 为孙胜利师兄在其毕业论文《位移相关减震器动力学建模及对车辆性能影响的研 究》中,对于脉冲平顺性仿真结果(障碍物为国标中三角凸块,我们采用的也是这种工况, 详细内容可参见论文 72 页) 。我们认为,此仿真结果很理想,与简单的分析结果没有大的出 入,也没有在物理上解释不了的振动。

图 1 模型未知 车速 20km/h

步长未知

二、关于此类工况下振动的简单分析 关于此类工况下振动的简单分析 工况下
现就图 1 中所示的振动,进行简单的分析: 1、第一阶段:经过一段平路后,前轮接触到凸块,产生向上的加速度,在重力的作用 下,产生了向下的加速度,表现为一个波峰和一个波谷。 2、第二阶段:前轮着地,在重力、弹簧力和阻尼力的综合作用下,产生欠阻尼的衰减 振动。在这里要提到两点:a)一般来说,damper 的压缩阻尼都要小于其复原阻尼;b)这 一过渡阶段的长短取决于轴距和车速,如果车速较高这个阶段会消失。 3、第三阶段:后轮接触到凸块,产生向上的加速度,在重力的作用下,产生了向下的 加速度,表现为一个波峰和一个波谷。 4、第四阶段:后轮着地,在重力、弹簧力和阻尼力的综合作用下,产生欠阻尼的衰减 振动,最后整体趋零。 另外,从能量的角度分析,一、三阶段为能量输入阶段,二、四阶段为能量耗散阶段, 所以二、 四阶段的振动幅值应小于相应的前一阶段。 1 所示的仿真结果与以上的分析没有 图 矛盾,即其振动波形在物理上是可以解释的,所以我们认为其仿真效果是理想的。 最后,我们在这里主要是考察整车质心处的 acc_normal。我们认为,在凸块形状一定且 的情况下, 其时间历程仅与车速、 前/后轮的载荷、 等效 spring 刚度和等效 damper 阻尼有关,

而与悬架类型无关。

三、仿真中出现的问题
在实际仿真中,我们发现仿真结果与上面所分析的内容有矛盾,主要有三种问题。 问题 1,如图 2 所示,蓝圈 A 所标出的部分:在非平衡位置(这里是向下加速度到达峰 值处)出现了振动,在物理上我们无法解释。

图 2 吉利远景车 车速 80km/h

1000 步/秒

问题 2,如图 2 所示,蓝圈 B 所标出的部分:在后轮接触凸块后到达第三阶段,而后进 入第四阶段。但是我们注意到,第四阶段开始时的波峰很小,但是波谷较大,甚至比第三阶 段的波谷都大。从能量的观点看,这是无法解释的。 问题 3,如图 3 所示,蓝框 A 所标出的部分:在第四阶段,振动没有较为快速的收敛, 而是出现了比较奇异的振动形态。

图 3 吉利远景车 车速 50km/h

500 步/秒

前面所提到仿真模型是公司数据库中提供的吉利远景车的模型, 车辆的各项参数包括轴 距、轮距、K&C 特性、减震器特性、弹簧特性等,都是由厂家提供的,并使用了 ADAMS 自带的 Ftire 轮胎模型。我们又对另一整车模型 zqing 和 ADAMS 中 Demo 车模型进行了类 似的仿真实验,也发现了类似的问题,如图 4、5 所示。

图 4 中气车模型 车速 60km/h

1000 步/秒

图 5 Demo 车模型 车速 20km/h

1000 步/秒、2000 步/秒

四、有关问题的分析
对于前面所提到的问题,我们进行了一些分析和相关实验。这里需要说明的是,我们没 有找到较为详细深入介绍平顺性仿真的文献, 来解决所发现的问题。 我们分析的主要依据是 ADAMS.Help 和《MSC.ADAMS 技术与工程分析实例》所提供的一些信息。 对于问题 3,我们可以较为容易的判断,其异常振动是由数值计算产生的。我们首先想 到是,此问题可能与积分器和仿真步长有关。根据《MSC.ADAMS 技术与工程分析实例》 所提供的内容,我们没有发现比默认积分器更好的设置方案,所以,我们力图调整仿真步长 来改善仿真结果。Excel 文档《整车脉冲平顺性仿真分析》中,详细的介绍了这一过程。我 们发现,仿真结果确实与步长有关: 1) 会有一些较为合适的步长与不同的车辆行驶速度相对应,即合理的仿真步长与车辆 的行驶速度有关; 2) 根据《MSC.ADAMS 技术与工程分析实例》中对于 Ftire 轮胎模型的阐述,我们尽 量把步长取小(即把步数取多) ,但如果把步长取得过小,会出现异常的高频振动; 3) 调整步长,并没有解决前面提到的三个问题,随着车速的增加而变得严重,这也从 侧面证实了 ADAMS 整车模型在高频激励下的仿真确实存在问题。 ADAMS.Help 中提到 ADAMS 在多柔体仿真时存在问题,所以我们又猜测问题的产生 可能与模型中的柔体有关。在吉利远景模型中,我们调整了前后稳定杆和扭转梁的模态,发 现仿真结果变化很小;在中气车模型中,我们调整了纵臂的模态,发现对于振动的波峰波谷 有较大的影响,如图 6 所示当将其置为刚体时幅值相差了 20%,但基本波形变化不大——

两个结果的不同,主要与悬架形式有关,在本文的最后,附有两种车型的悬架形式。

图 6 中气车模型 车速 40km/h

1000 步/秒 mm40 中将纵臂置为刚体

至此,以我们现阶段的能力没有能够解决所遇到的问题,并有一些猜想和疑问: 1)前面所提到的三种问题,猜想是由于数值计算产生的,而与整车模型模型关系不大: 模型参数(包括柔性体的模态)应该只是影响振动的幅值、相位和振动衰减速度,而不会产 生无法在物理上解释的“异常”振动; 2) 如果是由于数值计算产生的, 那么应该怎样调整仿真参数使得仿真结果得以改善呢? 对于仿真步长的影响,我们做了较为详细的讨论,没有得到满意的结论;至于其他的仿真参 数,我们没有找到合理的调整方案,主要也是因为对于 ADAMS 的内部算法知之甚少; 3)脉冲平顺性实验,对于多体系统仿真来说,应该是非常恶劣的工况,是否 ADAMS 本身并没有很好的解决这个问题, 换言之现阶段关注 acc_normal 的时间历程是没有意义的? 在大多数文献中,只是把最大加速度的绝对值与实验值进行对比;但是在孙胜利的《位移相 关减震器动力学建模及对车辆性能影响的研究》 论文中的仿真波形是很理想的。 对于仿真的 误差,是否能有办法给予估计和修正?

附件

图 7 吉利远景前、后悬架结构图

图 8 中气车前、后悬架结构图


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