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1、汽车动力学仿真和实车对比分析第16卷第2期沙洲职业工学院学报Vol.16,No.22021年6月JournalofShazhouProfessionalInstituteofTechnologyJune,2021汽车动力学仿真和实车比照分析李星沙洲职业工学院，江苏张家港215600摘要：运用汽车动力学仿真软件ADAMS/Car建立整车模型，在整车设计模块中将某一详细车型在一定条件下运行，并用ADAMS/Car所提供的后处理功能对运行经过中汽车轮胎所受垂直力进行分析，最后将仿真得出的结果与实车试验所得结果在MATLAB软件中进行频谱分析。结果表明：应用ADAMS/Car所建立的模型能较全面地评价
2、汽车动力学性能，该软件适用于汽车垂直力载荷的研究，能够为汽车动力学研究提供方便。关键词：汽车动力学；仿真；ADAMS/Car；傅里叶变换中图分类号：U461.1文献标识码：A文章编号：10098429(2021)02002006SimulatedAnalysisofVehicleDynamicsandContrastofRealVehiclesLIXing(ShazhouProfessionalInstituteofTechnology,Zhangjiagang215600,China)Abstract:Byestablishingcompletevehiclemodelinvehiclede
3、signmoduleofADAMS/Car,thispaperproposesaspecificmodelundercertainconditions,analyzesverticalforceofautomobiletiresinrunningprocessbymeansofADAMS/Carpost-processingfunction,andfinallymakesspectrumanalysisonthesimulatedresultsandtestresultsofrealvehiclesinMATLABsoftware.Theresultshowsthatthemodelestab
4、lishedcanreflectwelldynamicsperformanceinADAMS/Car,whichissuitablefortheverticalloadresearch,andishelpfulforvehicledynamicsresearch.Keywords:vehicledynamics;simulation;ADAMS/Car;Fouriertransform0引言ADAMS/Car是MDI和Audi，BMW，Renault及Volvo等公司联合开发的整车设计模块，它是专门针对汽车行业而开发的，能够快速建造高精度的整车虚拟样机。能够对虚拟系统进行静力学、运动学和动力学
5、分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线；能够通过高速动画直观地再现各种试验整车的动力学反响。并输出标志操纵稳定性、制动性、乘坐舒适性和安全性的特征参数，进而减少对物理样机的依靠，而仿真时间只是物理样机试验的几分之一。ADAMS/Car软件提供了四种整车模型，还包括常用工况下的汽车常用的转向系统模型、传动系统模型、车身模型、发动机模型、制动模型、悬架模型、道路模型、轮胎模型等。用户可以以根据本身的实际需要在Pro/E中建模。然后通过MECHANISM(Pro/E接口)对汽车进行相应的仿真分析。可见，我们能够根据实际需要，利用ADAMS/Car所提供的子系统，并选择适宜的子系统模型组成新的汽车
6、模型，可以以直接建模。1ADAMS/Car的应用1.1整车模型的建立直接应用ADAMS/Car软件中所提供的整车模型中一种车型，在ADAMS/Car中调用车型中的各个部件进行装配，装配完成以后，所得到的车型如图1所示。收稿日期：2021-05-09作者简介：李星1983，男，沙洲职业工学院机械动力工程系助理工程师。李星：汽车动力学仿真和实车比照分析-21-图1装配完成的整车模型轮胎作为最重要的模型元素之一，对仿真精度具有很大的影响。ADAMS中提供了几种轮胎模型，在本次设计中，笔者选用了适用于车辆动力学的UA轮胎模型。在图1中的模型中，右击一前轮，按如下步骤：Wheel：TR_Front_Ti
7、res.whl_wheelModify，出现对话框。将原车型中四个轮胎模型换为UA型：在PropertyFile栏中右击，Search/Tires.tbluat_car，选择好轮胎后，如图2所示。软件默认左右的轮胎更改是对称的，左边的更换后，右边也将对应随之改变。用同样的方法将后轮的轮胎更换为UA型。1.2求车轮的垂直力1车辆在设定空载的情况下，并且作匀速直线运动。根据GB5906-86（汽车平顺性单脉冲输入行驶试验方法），汽车做匀速运动，车速为35km/h，由于在标准界面没有提供现成的匀速直线运动设置菜单，所以需要通过dcf文件定义车辆的一个匀速直线运动。2准备dcf文件，设定车速为35km
8、/h9700mm/s，方向由驾驶器控制在直行状态，总的行驶距离100m。dcf文件名称为linear_uniform.dcf，微操纵的名称为uniform。完好的dcf如下：$-MDI_HEADERMDI_HEADERFILE_TYPE=dcfFILE_VERSION=2.0FILE_FORMAT=ASCII(COMMENTS)图2更换轮胎模型李星：汽车动力学仿真和实车比照分析-22-comment_stringDCFfileforClosedLoopstraight_linear_uniform$-UNITSUNITSLENGTH=mmFORCE=newtonANGLE=degMASS=kg
9、TIME=sec$-EXPERIMENTEXPERIMENTEXPERIMENT_NAME=straight_linear_uniformSTATIC_SETUP=STRAIGHTINITIAL_SPEED=9700INITIAL_GEAR=3(MINI_MANEUVERS)mini_manueverabort_timestep_sizeUNIFORM10.803.0E-002measuretestvalueallowed_errorfilter_timedelay_timegroupDISTANCE=100.00100.00.00.03路面文件的选择道路模型选择MSC公司提供的flat平面路
10、面及plank凸起路面路面分别做分析，求出在不同路面条件下的两组力。作DCF分析，出现如图3所示的对话框。由于设定车辆为直线行驶，所以OutputPrefix栏应输入liner，选择路面文件为软件中自带的flat型路面，dcf文件选择上一步中所准备的linear_uniform.dcf。路面模型为plank分析时，将图3中RoadDataFile栏换成plank型模型文件，其它空格不变，方法一样。分析完成以后，进入软件后处理模块，曲线图如图4所示，此曲线为flat路面下的车轮垂直力。图3DCF分析对话框图4flat路面下后轮垂直李星：汽车动力学仿真和实车比照分析-23-选中此曲线图，在软件界面
11、的左下方将出现一些选项，勾选其中的Table，将得出的时间力曲线图变换为表格形式，得出的结果如图5。按同样的方法，求出plank型路面条件下汽车左后轮的垂直力曲线图和时间力曲线图，如图6，图7所示。将上面两种路面条件下得出的结果以文件形式输出，将出现如图8所示的对话框。在FileName中填写将要保存的文件的名称，文件以网页的形式保存在桌面，将其中的两组数据复制到文本中并保存。将txt文本形式保存在计算机的C盘，文件名分别为bysj_flat,bysj_plank，方便与实车数据进行分析比照。图5表格形式表示的flat路面垂直力图6plank型路面下后轮垂直力图7表格表示的plank路面垂直力
12、图8输出文件对话框李星：汽车动力学仿真和实车比照分析-24-2仿真数据与实车测试数据的比拟与分析2.1傅里叶变换傅里叶变换是信号处理等学科的基础。通过傅里叶变换能够获取信号的频谱信息，使频域信号处理更为方便和直观。傅里叶变换定义：若函数f(t)在(-,)上知足：(1)f(t)在任一有限区间上知足狄氏条件；(2)f(t)在(-,)上绝对可积，则存在傅里叶变换对：F(w)=()jwtftedt?F(t)=()jwtFwedw?2.2数据傅里叶变换程序的编写将仿真所得到的数据和实车所测得的数据进行傅里叶变换。新建M文件，在M文件中输入下面程序，并运行该程序，使得数据进行傅里叶变换，并绘出图像。loa
13、dC:bysj_flat.txtF1=bysj_flat(:,2);Fzfft=fft(F1);%求的DFT是复数fs=33.3;%采样频率N=length(Fzfft)%数据点长度delf=fs/N%谱分辨率，即谱线间隔M=N/2;%谱是对称的，只画一半w1=delf*(2:M);%横轴,只取一半FzH1=abs(Fzfft(2:M);%求绝对植变为正复数且只取一半loadC:sample21.txtF2=sample21(:,21);Fzfft=fft(F2);%求的DFT是复数fs=200;%采样频率FzH2=abs(Fzfft(2:M);%求绝对植变为正复数且只取一半plot(w1,F
14、zH1,:,w1,FzH2)上段程序中，bysj_flat.txt为flat型路面条件下得出的垂直力的文件，simple21.txt为已知的实车在水泥路面行驶测出的实际垂直力文件。将程序以文件名bysjflat.m保存，再运行M文件，得到几组数据，如图9和图10。在workspace的数据中，Fzfft代表的是对车轮垂直力进行快速傅里叶变换，FzH1代表的是对仿真得到的傅里叶变换后的车轮垂直力求绝对值，FzH2代表的是实车测试所得到的车轮垂直力进行傅里叶变换后求其绝对值。图10中，实线表示实车测试所得到的频谱，虚线表示仿真测试所得到的频谱。由图10可知，实车和仿真所得到的图像不是完全吻合，两条
15、线的峰值不同。李星：汽车动力学仿真和实车比照分析-25-同理，将plank型路面得出的结果和实车在石块路面行驶测得的数据在MATLAB中进行比拟，得出的数据图和频谱分析图如图11、图12所示。3结论运用汽车动力学仿真软件ADAMS/Car对车辆进行动力学分析，固然得出的结果与实车比照误差较大，但是经过误差分析可知，利用ADAMS的Car模块在研究汽车垂直力载荷的课题上是可行的，为研究带来了方便。并且能够根据实际车辆配置及参数在软件中建立类似的模型，这对减小误差有很大帮助。另外，可将汽车多体动力学与控制技术相结合，建立包括各种控制系统在内的机电一体化的仿真模型。参考文献:1李怀璋,余群.车辆参数变化对车辆对路面的动载作用的研究现状J.中国农业大学学报,1998,4(3):25-28.2曾胜.路面性能评价与分析方法研究D.长沙:中南大学,2003.3吴重光.仿真技术M.北京:化学工业出版社,2000:101.4刘得贵,费景高.动力学系统数字仿真算法M.北京:科学出版社,2003:40.5石博强,申华,宁晓斌,李跃娟.ADAMS基础与工程范例教程M.北京:中国铁道出版社,2007.6陈军.MSC.ADAMS技术与工程分析实例M.北京:中国水利水电出版社,2020.图11plank路面数据图图12plank路面频谱分析图图9数据图图10频谱分析图