构造整车动力学模型 A D A M S 软 件 仿真计算 1） 汽车由静止加速到一定车速 2） 汽车稳定行驶到一定车速 建立驾驶员座椅在X、Y、Z三方向的振动加速度测量曲线 X、Y、Z三方向加速度功率谱密度曲线 X 方 向加权 加速度均方根值 Y 方 向加权 加速度均方根值 Z 方 向加权 加速度均方根值 总加权加速度均方根值 加权振级
图3.4 平顺性评价流程图
3.3 基于ADAMS路面谱的建立
根据汽车行驶平顺性试验的评价分析标准，引起汽车振动的路面可以分为两种:一种是接近平稳随机的不同等级路面。这种路面可以用统计特性来描述，它是一种宽带随机过程，汽车平顺性随机输入试验就是在这种路面上进行的；另一种路面就是冲击型不平整路面，或称为典型路面。这种路面不能用统计特性来描述，只能用路面的几何尺寸来描述。汽车平顺性脉冲输入行驶试验就是模拟这种工况的。在本课题中利用ADAMS软件分别建立了这两种不同类型的路面模型来模拟汽车在不同路面上的行驶平顺性。
3.3.1 路面不平度的功率谱函数
生成随机路面激励的时域模型的方法有很多，如:滤波白噪声生成法(线性滤波法)，基于
有理函数PSD模型的离散时间随机序列生成法，根据随机信号的分解性质所推演的谐波叠加法(也称频谱表示法)，以及基于幂函数功率谱的快速Fourier反变换生成法等。在这些方法中，谐波叠加法是目前使用较普遍的方法，特别适合用于国标道路谱时域模型的生成。尽管谐波叠加法计算量相对较大，但该方法理论基础严密、算法简单直观、数学基础严密、是一种高保真的频域模型转换方法。因此，本文采用谐波叠加法来构建随机路面不平度的频域模型。
国际和国内标准按路面功率谱密度把路面不平度分为8级[37]，具体见表3.3，表示了各级路面不平度系数的范围及其几何平均值，分级路面谱的频率指数W＝2。
表3.3 路面不平度8级分类标准 路面 等级 A B C D E F G H Gq(n0)?10?6m2/m?1,n0?0.1m?1 下限 8 32 128 521 2048 8192 32768 131072
几何平均值 16 64 256 1024 4096 16384 65536 262144 上限 32 128 512 2048 8192 32768 131072 524288 根据对随机路面激励的分析，随机路面不平度位移功率谱密度拟合表达式采用下式:
?n?Gq(n)?Gq(n0)??n???0?nu?W (3.9)
路面不平度的标准差(均方根值)?q；可由下式计算:
???q2n1Gq(n)dn (3.10)
将空间频率范围(n1,nu)划分为n个频带，取每个频带内的中心频率nmi (i=1,2,3,?,n)处的谱密度值Gq(nmi)代替在整个频带内的值，则:
?2q??Gq(nmi)??ni (3.11)
i?1n对应于每个频带，找到一个频率为nmi且标准差为G(nqmi)?ni的正弦函数，然后将对应于各个小区间的正弦波函数叠加起来，就得到随机路面位移输入。
q(x)??i?1n2Gq(nmi)?nisin(2?nmix??i) (3.12)
式中:?i?[0,2?]上均匀分布的随机数。
根据不同等级路面的不平度系数Gq(n)的取值，计算出一定空间频率范围内的Gq(n),并将其离散化，代入上式计算出空间域内的随机路面位移输入q(x)，利用q(x)根据ADAMS中的路面生成原理，编写出符合ADAMS格式要求的不同等级的路面文件。
3.3.2 ADAMS路面谱的建立
（1）生成原理
在ADAMS中，不平度路面是由一系列三角形的平面单元组合成的一个三维表面。原理图如图3.5所示，数字1、2、3等表示节点(Node)，这些节点的x,z坐标要满足一定的规律，y坐标仅仅表示路面的宽度；由这些节点按一定的规律组成路面单元,再在路面单元里设置静摩擦系数和动摩擦系数，就能模拟真实的路面[38]。
图3.5 ADAMS不平路面原理图
ADAMS路谱编写要满足轮胎的要求:第一，路谱的位置要处于轮胎下方；第二，路谱向上的方向要指向轮胎所处的一侧；第三，路谱的大小要根据仿真的需要确定。
（2）路面轮廓的构造
ADAMS/Car Ride提供了一个基于Sayers数字模型的路面生成工具－路面轮廓发生
器；该模型为一种经验模型，综合了许多不同类型道路测量参数并给出了左右轮辙路面轮廓参数。
模型认为路面轮廓的空间功率谱密度与空间频率n，存在如下函数关系：
Gd(n)?Ge?GS?2?n?2?Ga?2?n?4 （3.13）
等式右边三部分组成，分别为三个独立大的白噪声所获得，式中：
Ge为白噪声空间功率谱密度幅值、GS为与时间有关的白噪声斜率、Ga为与时间额平
方有关的白噪声加速度功率谱密度幅值。
路面轮廓生成器界面如下图3.6所示。
图3.6 路面轮廓生成器界面
在路面谱生成器中，通过设置路面空间功率谱密度、速度功率谱密度幅值和加速度功率谱密度等参数来生成路面谱文件。
表3.4 路面轮廓的参数示例
IRI路面粗燥度 ?in? ???mi?Ge空间功率谱密度 ?m3?6???cycle?10????GS速度功率谱密度 ?m?6???cycle?10????Ga加速度功率谱密度 ?1?6???m?cycle?10????路面类型： ?mm???km?? 1184 2367 3551 1263 2541 3804 光滑沥青路面 沥青路面 粗燥沥青路面 光滑水泥路面 水泥路面 粗燥水泥路面 75 150 225 80 161 241 0 0 0.003 0 0.1 0.1 6 12 20 1 20 35 0 0.17 0.20 0 0.25 0.3 上表3.4所示为Sayers模型中路面轮廓的参数示例，IRI（International Roughness Index）表示国际路面粗糙度标准。
3.4 平顺性仿真分析
3.4.1 整车平顺性仿真
首先在ADAMS/Car Ride模块中导入整车各子系统，选择进行仿真所需的四通道试
验台，构建平顺性仿真试验台如下图3.7，3.8所示。
图3.7 导入整车模型 图3.8 平顺性仿真试验台
导入平顺性仿真所需路面文件如图3.9所示。
图3.9 调用路面文件
利用ADAMS软件，参照GB/T4970-1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》的要求，对整车模型进行不同车速下的平顺性仿真。
3.4.2 仿真后处理分析
仿真计算结束后，利用ADAMS后处理(Post-Processor)功能，得出汽车行驶时，汽车车身在纵向方向、横向、垂向的加速度时域曲线。图3.10、3.11，3.12分别为车辆在70km/h的速度在沥青路面上行驶时各方向加速度曲线。