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路沿側(cè)頂工況動力學(xué)仿真分析

2021-12-17 21:19:33·  來源：上汽安全與CAE技術(shù)  
　
1前言 我們在行車過程中經(jīng)常會遇到這么一種情況，停車靠邊，輪子距離路沿太近，輪胎轉(zhuǎn)動碰到路沿，或者車子怠速啟動的時候，轉(zhuǎn)動方向盤過大，輪胎碰到路沿。這兩
1 前言
我們在行車過程中經(jīng)常會遇到這么一種情況，停車靠邊，輪子距離路沿太近，輪胎轉(zhuǎn)動碰到路沿，或者車子怠速啟動的時候，轉(zhuǎn)動方向盤過大，輪胎碰到路沿。這兩種情況都是車輛原地轉(zhuǎn)動方向盤，轉(zhuǎn)向阻力矩達到最大極限轉(zhuǎn)向所需力矩，比行駛中轉(zhuǎn)向所需的力矩還大，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件強度要求比較高，如果設(shè)計不合格可能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)件斷裂導(dǎo)致車子趴窩的情況。如果前期能對該工況進行仿真分析，可以提前預(yù)防底盤零件的失效，提高車輛的安全性。
2 整車動力學(xué)建模
本文使用Adams軟件對路沿側(cè)頂工況進行仿真。首先搭建基于Adams的整車多體動力學(xué)模型，包括懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、輪胎模型、制動系統(tǒng)。對于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，要求能夠合理的反應(yīng)轉(zhuǎn)向過程，涉及的參數(shù)主要有轉(zhuǎn)向比以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)剛度。載荷計算輪胎模型通常使用Ftire模型（Flexible Ring Tire Model）。該模型是基于柔性環(huán)模型的物理模型，將胎體與胎面分開建模，分別描述輪胎的結(jié)構(gòu)與地面接觸問題。動力學(xué)模型需要通過KC試驗對標(biāo)，圖1所示為懸架KC仿真試驗，能夠合理地反應(yīng)懸架的運動學(xué)以及動力學(xué)特性。
圖1 懸架KC仿真實驗
3 路沿接觸定義
如圖2所示，路沿側(cè)頂過程不僅僅涉及到輪胎接地，另外還涉及到胎壁與路沿的接觸問題。因為Ftire非胎面部分無法體現(xiàn)接觸特性，所以需要自己定義胎壁與路沿之間的接觸。
圖2 路沿側(cè)頂過程
在Adams中，接觸力可以分解成兩部分：正壓力和摩擦力。正壓力使用impact函數(shù)提供的非線性等效彈簧阻尼模型進行計算，如圖3所示，摩擦力使用Coulomb進行計算。Impact函數(shù)計算兩個構(gòu)件之間的接觸力時，接觸力由兩個部分組成：一個是由于兩個構(gòu)建之間的相互切入而產(chǎn)生的彈性力；另一個是由相對速度產(chǎn)生的阻尼力。正壓力計算公式由兩部分組成，Kδ為彈性力，step(δ,0,0,d,C)δ?為阻尼力。
Fn=Kδ+step(δ,0,0,d,C)δ?
圖3 非線性等效彈簧阻尼模型
在定義接觸時，摩擦力可以使接觸力曲線更加平滑，更加趨近真實。接觸力中的摩擦力是接觸正壓力和摩擦系數(shù)的乘積，系數(shù)取默認(rèn)值。
接觸模型定義完以后，基于實車路沿側(cè)頂試驗數(shù)據(jù)進行對標(biāo)。對標(biāo)通道主要是輪心側(cè)向力Fy以及繞Z軸的扭矩Mz，對標(biāo)結(jié)果如圖4所示。


圖4 路沿側(cè)頂試驗數(shù)據(jù)對標(biāo)
4 仿真分析
根據(jù)實驗規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)定義配重，輪胎離路沿的距離，通過仿真控制文件實現(xiàn)方向盤轉(zhuǎn)動的速度以及最大轉(zhuǎn)角控制，仿真過程動畫如圖5顯示。輸出對應(yīng)的載荷，可以支持路沿側(cè)頂工況轉(zhuǎn)向以及懸架零部件強度耐久分析，提前評估失效風(fēng)險。
參考資料：
[1]MSC Software, Adams 2013/help, 2012.
[2]安雪斌，潘尚峰. 多體動力學(xué)仿真中的接觸碰撞模型分析[J]. 計算機仿真, 2008(10):98-101.
[3] 陳軍. MSC. ADAMS技術(shù)與工程分析實例[M]. 中國水利水電出版社, 2008.
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