基於虛擬樣機的空氣彈簧懸架轎車行駛平順性研究論文

空氣彈簧懸架系統是一種採用空氣彈簧代替螺旋彈簧的變剛度懸架系統。空氣彈簧的基本剛度特性呈現爲中間段較低，兩端隨着行程的增大而逐漸增加的特點。早期空氣彈簧主要應用於載重汽車和客車上，20 世紀以來，隨着人們對汽車行駛性能要求的提高，轎車也開始逐漸應用空氣懸架系統，以改善汽車的乘坐舒適性。

本文首先結合臺架試驗得到的空氣彈簧剛度特性曲線，在多體動力學軟件 ADAMS/Car 中建立空 氣 彈 簧 懸 架 整 車 動 力 學 模 型 。 然 後 在ADAMS/Car Ride 中搭建汽車行駛平順性仿真實驗臺，並進行隨機路面下平順性仿真試驗。最後根據ISO2631 平順性評價方法，對空氣彈簧懸架系統轎車座椅各軸向響應進行時域和頻域分析，並與相同激勵下的旋彈簧懸架汽車響應量進行對比，驗證

空氣彈簧對汽車平順性的提高。

1 整車動力學仿真模型的建立

1.1 空氣彈簧懸架子系統建立

空氣彈簧的主體是橡膠氣囊，還包括底座、上蓋板等部件。空氣彈簧的基本剛度特性可以根據需要設計成理想的反“s”形式。在正常行車撓度範圍內空氣彈簧剛度特性接近於線性，當空氣彈簧變形量超過正常行車撓度範圍時，空氣彈簧表現出非線性。

1.2 其他子系統建立

在 ADAMS/Car Template 模組中，建立配有通訊器的轉向系統、車身、輪胎、發動機及人-座椅模型，其中人-座椅模型由剛性球，彈性元件及阻尼元件組成。

1.3 整車動力學仿真模型的搭建

在 ADAMS/Car Standard 介面中，將各個檔案的子系統與 ADAMS/Car Ride 平順性實驗臺_ARIDE_FOUR_POST_TESTRIG 結合，建立空氣彈簧懸架整車動力學仿真模型，如圖 5 所示。另外，爲了將空氣彈簧懸架汽車與螺旋彈簧懸架汽車平順性進行對比分析，採用相同的建模方法搭建螺旋彈簧懸架整車動力學仿真模型。

2 汽車平順性評價方法

由於人體對不同振動頻率、不同輸入點以及不同軸向振動的敏感程度不同，因此在對汽車行駛平順性進行評價時要充分考慮這些因素的影響。根據ISO2631-1:1997(E)標準規定，汽車平順性的基本評價方法是採用加權加速度均方根值來評價振動對人體舒適和健康的影響，其頻率加權函數爲。

3 平順性仿真分析

3.1 隨機路面的建立

ADAMS/Car 中提供了基於 Sayers 數字模型的隨機路面生成器，利用該隨機路面生成器創建 B 級隨機不平路面參數檔案，空間功率譜密度取 0.1，速度功率譜密度取 12，路面長度取 1 000 m，得到左右車輪路面輪廓曲線。

3.2 模型仿真與分析

根據 GB/T4970-1996 汽車平順性試驗方法，調整整車動力學模型質量、轉動慣量與質心位置，分別對車輛空載和滿載時，B 級隨機路面上以 50km/h速度直線行駛下的汽車行駛平順性進行模型仿真，得到座椅 X、Y、Z 三個方向的'加速度響應時域和頻域曲線，如圖 8~19。其中模型 A 表示螺旋彈簧懸架整車動力學模型，模型 B 表示空氣彈簧懸架整車動力學模型。

4 結 論

依據動態彎曲疲勞試驗的國家標準，透過 NXNASTRAN 軟件模擬了輪轂旋轉過程中的應力變化情況，直觀的找出了旋轉過程中輪轂受到應力最大的位置，並以此位置輪轂受到的載荷和約束爲基礎進行疲勞分析，發現輪轂的最低壽命爲 5×105次，輪輻輻板拐角處最容易發生疲勞破壞，所得數據爲輪轂結構的改進和優化提供了依據。