利用CAE技术进行汽车动态舒适性分析

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1、利用CAE技术进行汽车动态舒适性分析2010-10-2200:35:31  作者：常放，吕振华，张群  来源：互联网分享到 0·　　　　基于某新型轿车的整车多体系统动力学仿真分析模型，按照有关标准和规范，建立了相应的数字化路面，分别进行了脉冲路面输入和随机路面输入下汽车动态舒适性虚拟试验，通过对仿真计算结果与试验结果的比较，分析探讨了汽车动态舒适性仿真分析精度的一些主要影响因素。进一步采用正交试验优化设计方法以轿车为例分析了动力总成悬置隔振元件刚度对轿车怠速工况动态舒适性的影响，进行了汽车动态舒适性的优化分析

2、。总结并探讨了系统的基于CAE分析技术的汽车动态舒适性仿真分析与应用方法。　　0前言　　基于多体动力学方法，通过建立整车仿真分析模型，采用虚拟实验技术，可研究汽车系统部件对操纵稳定性和动态舒适性等整车动力学特性的综合影响并进行系统优化设计，在国外已有大量的应用，在国内也有较多的尝试。本文基于建立的汽车多体动力学仿真分析模型，根据汽车行驶平顺性试验标准，进行了某新型轿车典型工况下的动态舒适性虚拟试验和分析评价。通过仿真结果与试验结果的对比，分析了汽车动态舒适性仿真分析精度的影响因素，进行了汽车动态舒适性优化分析

3、，探讨了应用虚拟试验技术进行汽车系统动力学特性设计的分析评价方法。　　1汽车动态舒适性仿真分析　　汽车的动态舒适性要求是，汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境对乘员舒适性的影响要保持在一定界限内。针对实际汽车原型，将某新型轿车分解为多个子系统分别建模并将各子系统模型按照约束关系进行装配建立轿车的整车多体动力学模型，如图1所示，整个模型包括72个刚体，1个柔性体(扭梁式后悬架柔性体模型)，共计92个自由度。　　 　　图1轿车整车刚-柔混合多体系统动力学模型　　1.1影响汽车动态舒适性的部分子系统模型　　座椅的弹

4、性、阻尼特性可以有效地降低传递到人体的振动响应，提高乘坐舒适性。将座椅按实车装配状态固定，在座椅椅面上施加垂直载荷，测量加、卸载时的载荷和椅面的变形量，得到座椅载荷一变形迟滞曲线，如图2所示，由此计算出座椅椅面的垂向刚度为35465.6(N/m)，阻尼比容为0.2236，损耗因子0.0356。采用非线性插值函数建立人体一座椅系统动力学模型，如图3所示。　　 　　图2座椅弹性特性试验和结果　　 　　图3驾驶员·座椅多体系统动力学模型　　轮胎作为汽车与地面之间的力学耦合元件，其力学特性的精确描述是整车性能仿真分析

5、结果精度的最重要保证。轿车轮胎型号为175/65R14，通过轮胎模态试验测得轿车轮胎的第1阶、第2阶和第4阶模态频率分别为65.2、68.6、86.4Hz等，如图4所示，然后按照输入格式要求构建FTire轮胎模型。基于建立的FTire轮胎动力学模型，对轮胎垂直静刚度、扭转刚度和纵向刚度等分别进行仿真计算，仿真分析结果与测试结果吻合，如图5所示，因此所建立的轮胎模型可用于整车动态舒适性仿真分析。　　 　　图4轮胎模态频率测试试验　　 　　图5FTire轮胎模型胎压210kPa的扭转刚度　　1.2地面脉冲输入的汽

6、车动态舒适性虚拟试验　　基于所建立的轿车多体系统动力学仿真分析模型，依据《GB5902-86汽车平顺性脉冲输入行驶试验方法》中的规定进行虚拟试验，采用三角形的单凸块(如图6所示)作为地面脉冲输入，从汽车以某一车速前后轮依次驶过单凸块时的冲击对乘员影响的角度，以乘员的最大加速度响应与车速的关系来评价汽车的行驶平顺性。其中轿车以40km/h的速度行驶时驾驶员质心垂向加速度响应如图7所示。　　 　　图6三角形凸块尺寸(单位：mm)　　 　　图7脉冲输入下轿车驾驶员质心垂向加速度响应　　在单凸块脉冲路面输入下进行轿车

7、不同车速的虚拟试验，驾驶员质心、座椅下地板位置最大加速度响应与车速的关系分别如图8、图9所示。人体一座椅单自由度系统固有频率接近3.5Hz，此频率附近座椅对车身地板的振动输入有一定放大作用。由于轿车轴距为2425mm，车速为10km/h时，路面激励引起的驾驶员座椅地板加速度为连续的两个脉冲信号，如图10所示，其功率谱密度如图11所示，峰值频率在2Hz附近，处于车身固有频率和人体一座椅系统固有频率之间，座椅对路面激励和地板的振动输入有放大作用。随着车速超过40km/h，输入信号的功率谱密度峰值频率大于3.5Hz

8、，向高频段偏移，高速行驶时驾驶员座椅对从地板传递到人体的振动衰减作用更明显。　　 　　图8在不同车速下轿车受到地面脉冲输入时驾驶员质心加速度峰值　　 　　图9在不同车速下轿车受到地面脉冲输入时座椅　　 　　图10轿车座椅底部地板加速度响应　　 　　图11轿车座椅底部地板加速度功率谱密度　　1.3地面随机输入的汽车动态舒适性虚拟试验　　基于所建立的轿车多体动力学分析模型依据《GB/T4970-1996