摩托車平順性仿真分析和懸架優(yōu)化設(shè)計

2017-03-02  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

基于MSC ADAMS軟件,建立摩托車多體動力學(xué)模型,以B級路面譜為振動激勵對某款摩托車進(jìn)行隨機振動分析。綜合研究摩托車懸架彈簧剛度和阻尼、后懸彈簧與擺臂間連接位置對舒適性的影響。

1 引言
隨著社會的日益進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,摩托車正朝著安全、舒適、環(huán)保的方向發(fā)展,尤其是舒適性是摩托車技術(shù)發(fā)展的三大課題之一。因此對舒適性的研究日益受到國內(nèi)外摩托車行業(yè)人員的重視。摩托車乘坐的舒適性,涉及到摩托車動力性和經(jīng)濟(jì)性的發(fā)揮,同時還影響到零部件的使用壽命,目前它成為同類摩托車在市場競爭中爭奪優(yōu)勢的重要性能指標(biāo)。同時摩托車舒適性無疑也是反應(yīng)摩托車整車品質(zhì)的一個重要因素。
本文以某款摩托車為研究對象,在機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件MSC ADAMS中建立摩托車整車的虛擬樣機參數(shù)化模型,以B級路面譜為振動激勵,從摩托車前后車輪與車架之間的減振懸掛系統(tǒng)入手進(jìn)行仿真分析, 綜合研究摩托車懸架彈簧剛度和阻尼,后懸彈簧與擺臂連接位置對平順性的影響。以車身坐墊處的響應(yīng)加速度均方根值最小為評價對象,對摩托車
懸架裝置進(jìn)行參數(shù)匹配和優(yōu)化設(shè)計,達(dá)到舒適性最佳的目的。
2 摩托車整車模型模型的建立
摩托車是一個包含慣性、彈性、阻尼等動力學(xué)特征的復(fù)雜系統(tǒng), 其特點是運動構(gòu)件多、受力復(fù)雜。由于組成摩托車各機械系統(tǒng)之間的相互耦合作用,使摩托車的動態(tài)特征非常復(fù)雜,要建立摩托車動力學(xué)仿真模型,需將復(fù)雜的摩托車振動系統(tǒng)作簡化處理,去掉與研究內(nèi)容沒有太多聯(lián)系的部件,在不影響仿真結(jié)果的前提下,對模型作適當(dāng)?shù)暮喕欣谔岣哂嬎闼俣?減少不相關(guān)因素的影響。由于發(fā)動機的外型結(jié)構(gòu)復(fù)雜,發(fā)動機、摩托車乘員的質(zhì)量及油箱用三個點質(zhì)量代替,其質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量、質(zhì)心位置等力學(xué)參數(shù)與物理模型一致。
建立摩托車整車模型時還作了以下假設(shè):
(1) 將車架看作剛體,懸架零部件中,除了彈性零部件外,其余零件全部看作剛體。
(2) 對于模型中的鉸鏈, 都沒有考慮其內(nèi)摩擦。
(3) 假設(shè)摩托車無側(cè)向振動。
(4) 對前后懸架進(jìn)行了參數(shù)化處理。
建立摩托車整車模型如圖1所示。

3 路面譜和輪胎譜的編制
根據(jù)輪胎特性參數(shù)(車輪自由半徑、胎體半徑、徑向剛度、縱向滑移剛度、側(cè)偏剛度等),可以編制MSC ADAMS/View中的前后輪胎特性文件TPF文件。路面文件根據(jù)GB7031-86《車輛振動輸入―路面平度表示方法》的要求,利用諧波疊加法編制RDF路面文件。流程如圖2。在MSC ADAMS里面建立摩托車動力學(xué)模型。如圖3所示。

圖3 摩托車動力學(xué)模型

4 平順性仿真分析
本文以60km/h的車速進(jìn)行虛擬機構(gòu)仿真,在人體質(zhì)心處放置垂向加速度測試點,得到人體質(zhì)心加速度曲線和功率譜密度曲線,如圖4。

利用MSC ADAMS/View的后處理功能,從曲線圖可以分析出此款摩托車的人體質(zhì)心垂直方向振動的加速度響應(yīng)均方根值為2.656 m/s2。在1.0-3.5Hz內(nèi)存在多個共振峰值。整車的實際樣車路試測試坐墊部位垂直方向振動的加速度響應(yīng)均方根值為3.05m/s2。誤差為12.94%。
5 懸架結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析
影響摩托車乘坐舒適性的因數(shù)很多,其中摩托車懸架彈簧剛度和阻尼,后懸擺臂長度,后懸彈簧與擺臂間夾角對舒適性的影響最大。因此選擇前后減震剛度系數(shù),阻力系數(shù),后減與搖臂的連接點X,Y坐標(biāo)共6個設(shè)計變量,進(jìn)行參數(shù)化分析。分別對6個設(shè)計變量進(jìn)行設(shè)計研究,結(jié)果如圖5,從中確定出對模型性能的影響最大的3個設(shè)計變量進(jìn)行了優(yōu)化分析(前后減震的阻尼系數(shù),后減與搖臂的連接點Y坐標(biāo)),得到最優(yōu)化結(jié)果。如圖6。

圖6 人體質(zhì)心加速度曲線

從分析結(jié)果表明,該車的平順性有所改善,優(yōu)化后的加速度均方根值由2.656降低到2.301mm2/s2。
6 結(jié)論
(1)基于MSC ADAMS的虛擬樣機技術(shù),可以把摩托車系統(tǒng)視為多體系統(tǒng),進(jìn)行運動學(xué)和動力學(xué)仿真。通過對改款摩托車虛擬樣機模型的測試結(jié)果和實際車輛的測試結(jié)果的比較可以判斷,該模型建模及簡化是正確有效的。
(2)在改模型的基礎(chǔ)上對摩托車懸架性能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析,對設(shè)計方案進(jìn)行反復(fù)的優(yōu)化對比分析,使得平順性得到改善,降低了整車的振動?？梢源蟠罂s短試驗周期,節(jié)省試驗費用。

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