基于虚拟样机的多轴特种车辆整车平顺性研究

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1、基于虚拟样机的多轴特种车辆整车平顺性研究吴昊，张生，朱学斌，杨波，孟博(北京航天发射技术研究所，北京，100076)摘要：基于多体动力学软件Motion建立多轴特种车俩整车多体动力学模型，与基于液压仿真软件Amesim建立的整车悬架系统液压模型进行联合仿真。通过道路试验数据进行验证，结果表明，该联合仿真模型满足工程仿真要求。在各工况下，以综合加权加速度均方根值为评价指标，对驾驶室悬置优化前后的整车平顺性进行仿真对比分析，结果表明优化后多轴特种车辆的整车平顺性得到改善。关键词：多轴特种车辆；平顺性；联合仿

2、真；多体动力学1前言笔者在文献山中基于多体动力学软件Motion建立驾驶室动力学模型，采用止交试验设计方法与试验设计(DOE)相结合的方法〔2〕⑶，对驾驶室悬置系统参数进行优化，优化方案参数为驾驶室后悬置的垂直方向刚度和阻尼共4个参数，以驾驶室座椅地板处垂直方向加速度均方根值为优化目标。文献川中仅建立单独的单边驾驶室模型进行驾驶室悬置参数优化。本文在文献⑴的驾驶室悬置优化方案基础上，基于多体动力学软件Motion建立包含驾驶室及其悬置系统、上装和车架、悬架及车轮系统的整车多体动力学模型，与基于液压仿真软

3、件Amesim建立的悬架液压模型进行联合仿真，分析各种工况下驾驶室悬置优化方案对整车平顺性的影响。2整车联合仿真模型建立2.1整车多体动力学模型建立2.1.1设置建模基本环境(1)设置主参考系以回转支耳的中心线与汽车纵向对称面的交点作为主参考系坐标原点。x轴指向汽车行驶的正前方，y轴指向汽车的左侧，z轴垂直指向上方。(2)选择系统单位长度单位为mm,质量单位为kg,力的单位为N,时间单位为s,角度单位为。，频率单位为Hz。(3)将重力加速度设为-9.807,负号表示方向向下，单位为m/sS2.1.2驾驶

4、室及其悬置系统模型建立多轴特种车辆驾驶室是分体驾驶室，左右单体驾驶室的质量是一致的，悬置方式和位置是左右对称。驾驶室模型包括驾驶室、驾驶室座椅和驾驶室悬置系统，动力学模型如图1所示。图1驾驶室多体动力学模型2.1.3上装和车架模型建立在多体动力学软件Motion中将上装及车架当作刚体来考虑，导入实体模型，赋予质心、质量、转动惯量等参数完成刚性部件建模。上装模型与车架模型通过三个连接副相连，连接副位置分别分布在后托座左、右回转支耳处及前托座中心处。后托座左回转支耳处连接副约束了x、y、z三个方向的平移，后

5、托座右回转支耳处连接副约束x、z两个方向的平移，前托座屮心处连接副约束了y、z两个方向的平移和绕x轴的转动。2.1.4悬架及车轮系统模型建立多轴特种车辆悬架系统由上摆臂、下摆臂、油气弹簧、限位块及管路等组成。本文采用的激励为转向节处的垂育方向位移激励，将车轮与转向节作为一个刚体部件，称为车轮部件。车轮部件与上下摆臂及车架构成四边形机构。每个悬架及车轮系统需要建立上摆臂、下摆臂及车轮三个独立部件，从UG建立的实体模型导入多体动力学软件Motion,赋予质心、质量、传动惯量等参数完成刚性部件建模，如图2a、

6、2b、2c所示。上摆偿与车架通过一个球副和一个组合副相连，组合副约束y方向的平移；上摆臂与转向节通过一个球副和一个组合副相连，组合副约束y、z方向的平移。下摆臂与车架一个球副和一个组合副相连，组合副约束z方向的平移；下摆臂与转向节一个球副和一个组合副相连，组合副约束y方向的平移。转向节与车架通过一个固定副相连。上、下摆臂与转向节连接副处分别建立一个阻尼元件，使用bushing单元构建。综上所示，单个悬架及车轮系统多体动力学模型如图2d所示。本文以多轴特种车辆为研究对象，整车多体动力学模型中包含多个悬架及

7、车轮系统模型。如果悬架及车轮系统模型采用单个建模方式，不但建模时间太长，而且不利于模型的修改。本文采用多体动力学软件Motion的子结构建模法建立子模型，如图3所示。子模型包含单个桥左右两个的悬架及车轮系统模型和一个虚拟车架。在整车多体动力学模型屮导入子模型，将子模型复制到各桥所对应的位置，将实体车架设置为最高优先级取代虚拟车架。a上摆臂b下摆臂c轮胎及转向节d悬架及车轮系统多体动力学模型图2悬架及车轮系统模型图3悬架及车轮系统多体动力学子模型2.2悬架系统液压模型建立油气悬架是以油液传递压力，以氮气作

8、为弹性介质，由蓄能器（相当于气体悬架）和具有减振器功能的液压缸组成。液压工作缸内部的单向阀、节流孔等代替了通常的减振器元件，构成的油气悬架集弹性元件和减振器功能于一体⑷。多轴特种车辆悬架系统的结构原理如图4所示，该车的油气悬架采取单侧分组连通的方式，即1〜4桥同侧油气悬架通过油管互联，5〜8桥同侧油气悬架通过油管互联，这样可使底盘行驶过程中各桥所承担的载荷分布均匀，起到平衡悬架的作用，保证整车具有良好的越野能力。采用液压仿真软件Amesim