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多体动力学转向特性仿真精度提升

2017/6/13    来源:互联网    作者:李衡  钱留华  郭静  朱楚才  李凌阳  金玲  周波      
关键字:平顺性  操纵稳定性  加权加速度  中心转向  原地转向  
本文依据多体动力学分析软件ADAMS/car模块进行相关仿真工作,通过发现分析问题,提出问题解决思路,最终完善分析模型的工作思路提升多体动力学仿真分析精度。

    1 绪论

    1.1 研究背景

    多体动力学仿真是车辆研发过程中的重要手段,不仅可以进行子系统的运动学和动力学分析,也能完成整车操稳和平顺、通过性等整车性能的分析。目前多体动力学成为开启件、悬架及整车性能研发的主要分析手段。仿真结果的精度直接影响设计方案的合理性和准确性。因此现阶段多体动力学仿真工作的主要矛盾是越来越精确的设计需求和目前仿真精度不足引起的矛盾。

    1.2 研究意义

    多体动力学分析精度对于输入数据和模型合理性的依赖性较强,同时很多数据无法获得准确值,导致分析结果精准度不高,通常作为设计方向性的判断依据,其结果大部分仅用来作为设计方向合理性的判断,不作为具体指标判断性能是否合理。以操稳分析为例,一般会对变更前、后的设计方案进行分析,得出方案变化的趋势是否合理,而不对具体操稳结果判定车辆操稳是否符合要求。而多体动力学仿真对转向机构摩擦特性,衬套的动刚度特性模拟的缺失,导致操稳的仿真结果不能直接判断车辆的操稳特性是否合格。因此多体仿真迫切需要提升仿真精度,以满足设计需求。

    1.3 研究方向

    本文首先通过对分析方法的完善,提升多体仿真对分析一致性的要求。同时通过对仿真模型的完善提升分析精度。本文依据多体动力学分析软件ADAMS/car模块进行相关仿真工作,通过发现分析问题,提出问题解决思路,最终完善分析模型的工作思路提升多体动力学仿真分析精度。

    2 多体动力学分析精度问题

    多体动力学仿真主要分析目标是整车操纵稳定性和平顺性的仿真,而影响整车平顺性和操纵稳定性的主要子系统是转向系统和悬架系统,因此本文主要以转向系统的仿真精度提升为研究对象,发现问题,并解决问题。

    在转向系统力学性能的分析中经常会遇到分析结果不准确,通常仿真得出的方向盘力矩小于试验数据。通过校验仿真模型并未发现数据有错误,即现有模型无法准确模拟转向系统中力学特性,比如原地转向力分析和中心转向分析等。

    对比仿真模型与实车发现,转向系统多体动力学模型并未考虑转向机构摩擦特性,因此解决仿真结果不准确,提升仿真精度的重点在于转向机构仿真摩擦特性的建立,传统转向机构仿真一般不考虑摩擦特性,这会导致以下几个问题:

    2.1 转向力仿真结果不准确

    本文主要讨论转向系统仿真模型在仿真过程中的转向力矩变化曲线与试验结果对比相差较大的情况。仿真内容是模拟原地转向工况,考虑轮胎与地面摩擦力及弹簧预载时,有助力情况下的方向盘力矩vs方向盘转角变化曲线。

    以齿轮-齿条转向系统为例结合麦氏悬架建立原地转向仿真模型,如图1所示。

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    图1 原地转向力仿真模型

    依据上述模型,输出方向盘扭矩,将方向盘扭矩和试验曲线结果进行对比,曲线对比图如图2所示。

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    图2 原地转向力仿真和试验对比

    以上是对某车型设计状态下,进行原地转向仿真,输出方向盘扭矩仿真结果同试验结果对比图。通过对比可以发现由于仿真模型没有考虑摩擦特性,导致仿真结果的转向力作用面积与试验相差很大;使原理转向仿真输出的齿条力结果不能为设计部门提供准确的齿条力结果。

    2.2 无法准确模拟整车直线行驶稳定性

    车辆在试验过程中直线行驶单边遇到较小障碍物,不会影响车辆的直线行驶特性,通过障碍物后,车辆仍然沿直线行驶。而不考虑摩擦特性的转向系统在仿真过程中会出现跑偏特性,整车仿真模型如图3所示。

    车辆的直行稳定性主要是通过校验质心的侧向位移,检查车辆通过障碍物后的质心侧向位移是否有较大偏差,判定车辆是否跑偏,输出曲线如图4所示。

    通过对单边过减速带的仿真,输出车辆行驶通过障碍物时车辆质心的侧向位移。对比发现不考虑转向摩擦特性的整车仿真结果在通过一较小障碍物时车辆发生跑偏现象。

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    2.3 中心转向仿真结果不准确

    转向特性模拟的是否准确直接影响操稳特性,以中心转向为例,输出不含摩擦特性仿真模型的分析结果与试验进行对比。

    由于转向机构没有考虑转向摩擦特性,导致分析结果与试验结果相差较大,无法满足设计需求,通常仅作为设计方向的参考。

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    图5 中心转向方向盘转矩仿真与试验结果对比

    3 仿真精度的提升

    针对以上转向仿真模型中所出现的问题,完善模型。模型本身并没有转向摩擦特性的组件。为解决问题,需要从找到理论依据,根据理论要求,从试验数据中提取所需参数特性,添加到仿真模型中,达到提升分析精度的目的。

    转向系统的精度提升首先要建立能够解决原地转向、直行稳定性和中心转向特性中出现的问题。通过对试验和理论的方法的研究得出转向机构的动、静摩擦转换理论,和转向机构摩擦迟滞特性。

    转向机构不仅要建立摩擦特性,同时要考虑动、静摩擦的转换特性,这样可以更准确的模拟转向机构运行过程中的力学特性。而转向迟滞特性的建立可以解决直行稳定性问题。

    3.1 理论及数模建立

    转向系统摩擦特性表现为静摩擦和动摩擦。当主销处的主动力矩超过最大静摩擦力矩,摩擦由静摩擦切换到动摩擦;否则仍为静摩擦。

责任编辑:张纯子
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