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商用车动力学计算中车架建模研究

2015/3/9    来源:MSC.Software    作者:程超  卢炳武  秦民  张延平  刘春燕  郝文权      
关键字:车架  乘坐舒适性  商用车  虚拟仿真  
本文通过车架建模的研究,实现了在车型概念设计阶段,利用商用车动力学计算分析、规划和控制车架的弯扭特性,从而提高车辆的乘坐舒适性。

1 引言

    车架总成是商用车中最重要的总成之一,车辆中几乎所有的总成部件都安装在车架上。它承受着所装载的全部质量,传递着全部的驱动力和制动力,因此车架应有足够的强度和合适的刚度。对车架强度的要求要保证车架在各种道路条件下,不致过早受到严重损坏,要有足够的使用寿命;而车架刚度会影响到车辆的平顺性,车架应有合适的弯曲刚度和扭转刚度。

    在进行商用车动力学计算时,一般可简单地将车架处理为刚体。当考虑车架的柔性时,可在车架三维几何模型的基础上,通过有限元软件生成模态中性文件导入车辆模型中。但这种方法的前提是已有车架完整的三维几何模型,需要使用有限元软件进行处理,耗时长,且不易进行修改。

    现在车辆设计越来越希望在车辆的概念设计阶段引入CAE手段,从而对车辆部件详细设计起到指导的作用,而在概念设计阶段,往往还没有车架三维几何设计,针对这种情况,本文通过研究试验模态文件,实现了车架的简易建模,可实现对车架一扭、垂向一弯模态频率和模态振型的设定。通过这一方法实现了在车型概念设计阶段,利用商用车动力学计算分析结果来规划定义车架的基本弯扭特性,从而避免在车辆零部件在后期作较大的改动,更好地满足车辆平顺性的需求。

2 车架的有限元建模方法

    进行车辆的操纵稳定性和平顺性等汽车主要性能的计算分析,一般可采用商业化的多体动力学软件MSC.ADAMS/CAR来建立车辆详细的整车动力学模型,针对具体工况进行性能分析,计算得到车辆主要性能指标。

    商用车的车架是连接车辆所有总成的部件,且其一弯、一扭模态频率较低,将车架处理为柔体将能更好地反映整车实际的性能。对于车架的柔性化处理,一般在车架的三维几何模型的基础上,利用有限元软件通过网格划分,来得到车架的有限元模型。图1为车架的完整三维几何模型,这时车架已完成详细的设计。图2是在车架三维几何模型基础上通过有限元软件后得到的车架有限元模型,一般经过几何清理,网格划分等工作后得到。

图1 车架的三维几何模型

图1 车架的三维几何模型

图2 基于三维几何的车架有限元模型

图2 基于三维几何的车架有限元模型

    ADAMS软件并不能直接使用车架的有限元模型,该软件所能接受的柔性体模型的文件格式是模态中性文件MNF,车架划分有限单元后,利用有限元软件进行自由模态分析,计算得到模态中性文件MNF类型的文件,导入ADAMS软件后替换车架原有的刚体。

图3 车架的一扭模态振型

图3 车架的一扭模态振型

责任编辑:吴星星
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