基于VPG 的整車(chē)平順性仿真

本章主要介紹了通過(guò)VPG 軟件簡(jiǎn)化建立整車(chē)模型過(guò)程的方法，分別從懸架、輪胎、裝配(含車(chē)身) 和路面四大方面借助VPG 軟件的優(yōu)勢(shì)功能建立起了整車(chē)模型，并定義了各材料類(lèi)型、接觸類(lèi)型和邊界條件，為后續(xù)進(jìn)行平順性仿真分析奠定了基礎(chǔ)。

3　平順性仿真過(guò)程

從乘坐舒適性的角度出發(fā)，汽車(chē)的平順性主要取決于人體所暴露于的全身振動(dòng)環(huán)境的情況。鑒于人體對(duì)振動(dòng)響應(yīng)的復(fù)雜性，國(guó)外科研人員圍繞振動(dòng)評(píng)價(jià)方法從20 世紀(jì)30 年代起便進(jìn)行了大量研究。下面就簡(jiǎn)單對(duì)常見(jiàn)的幾種平順性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行介紹。

1) ＩＳＯ2631—1974/1985: 該標(biāo)準(zhǔn)用三分之一倍頻帶加速度均方根值對(duì)1 ~80Ｈｚ 范圍內(nèi)人體對(duì)振動(dòng)之響應(yīng)的暴露極限、疲勞—工效降低極限和舒適降低極限做出評(píng)價(jià)。20 世紀(jì)90 年代前，這種方法應(yīng)用得很多，但后來(lái)逐漸被實(shí)踐與理論拋棄，當(dāng)今使用得較少。

2) 吸收功率法: 該方法認(rèn)為，人體對(duì)振動(dòng)之響應(yīng)與人體所吸收的能量有關(guān)，最早由Ｌｅｅ Ｒ.Ａ.和Ｐｒａｄｏｋｏ Ｆ.于1968 年提出。該方法通過(guò)人體與振動(dòng)體系接觸處的力和速度來(lái)計(jì)算吸收功率，進(jìn)而評(píng)價(jià)其平順性。該方法通行于北約和美國(guó)軍方。

3) ＢＳ6841—1987: 這是英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)組織制訂的測(cè)量評(píng)價(jià)方法，始于1987 年。該方法認(rèn)為，人體振動(dòng)反應(yīng)關(guān)乎頻率，并給出頻率加權(quán)系數(shù)。另外，ＢＳ6841 從行為、健康、舒適、感知以及暈車(chē)共計(jì)五方面對(duì)評(píng)價(jià)人體所受振動(dòng)影響提出指導(dǎo)意見(jiàn)。

4) ＩＳＯ2631—1997: 是ＩＳＯ 頒布于1997 年的較新標(biāo)準(zhǔn)，也是現(xiàn)行評(píng)價(jià)法，它由ＢＳ6841 基礎(chǔ)上修改得到。其與ＢＳ6841 都為業(yè)界廣泛接受與認(rèn)可，來(lái)作為全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。
 

我國(guó)所制訂的國(guó)標(biāo)車(chē)輛平順性評(píng)價(jià)方法參考了ＩＳＯ2631與吸收功率法，是二者的結(jié)合。這一評(píng)價(jià)法雖在一定程度上與國(guó)際接軌，但仍有如下值得關(guān)注的問(wèn)題:

1) 單純借鑒國(guó)外數(shù)據(jù)，較少去關(guān)心時(shí)域下振動(dòng)極值因子。

2) 對(duì)車(chē)內(nèi)座椅面之外的振動(dòng)不怎么關(guān)心。

3) 對(duì)軸加權(quán)系數(shù)這一指標(biāo)，國(guó)標(biāo)并未完全遵從國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。雖然ＧＢ4970-1996 與ＩＳＯ2631 評(píng)價(jià)健康的軸加權(quán)系數(shù)相同，但二者評(píng)價(jià)舒適性的軸加權(quán)系數(shù)并不同。此外，ＩＳＯ2631 指出，若無(wú)法測(cè)出靠背振動(dòng)時(shí)，可將座椅面水平振動(dòng)的系數(shù)修正為1.4。但ＧＢ4970 的依據(jù)并不明確，且其對(duì)平順性的評(píng)價(jià)所依據(jù)的客觀值與舒適之間的聯(lián)系較籠統(tǒng)。

在實(shí)際研究和試驗(yàn)過(guò)程中，按分析域的不同，又可將平順性分析研究方法分為時(shí)域分析和頻域分析。

時(shí)域分析是以振動(dòng)加速度的時(shí)間歷程信號(hào)作為研究對(duì)象，這種方法可精準(zhǔn)反映出選定方向的振動(dòng)劇烈趨向，分析結(jié)果與實(shí)車(chē)試驗(yàn)方便比較，同時(shí)還可以在非線性平順性分析中派上用場(chǎng)。可是，實(shí)際中的時(shí)域信號(hào)變化得很快，這對(duì)得出結(jié)果有影響，這時(shí)往往要以傅里葉變換來(lái)做頻域分析。

頻域分析是在時(shí)域加速度信號(hào)基礎(chǔ)上求出功率譜密度值進(jìn)行分析。理論上它也可以由路面功率譜和汽車(chē)模型的頻率響應(yīng)函數(shù)求出。頻域分析優(yōu)點(diǎn)在于，可以直觀看出指定頻率或頻段上振動(dòng)能量密度的分布。這樣一來(lái)就可以由不同頻率振動(dòng)信號(hào)給乘員帶來(lái)的敏感程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，找出不舒適的頻段，從而避開(kāi)有害的振動(dòng)頻率，這樣的評(píng)價(jià)分析更加全面，且便于研究各參數(shù)帶來(lái)的影響，是我們喜歡的分析方法。

在經(jīng)過(guò)前述對(duì)評(píng)價(jià)方法和國(guó)內(nèi)評(píng)價(jià)現(xiàn)狀的簡(jiǎn)要介紹后，結(jié)合實(shí)際仿真的需求，本文擬分別在時(shí)域和頻域信號(hào)下，采用主觀評(píng)價(jià)和以總加權(quán)加速度均方根值為評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀評(píng)價(jià)相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法，并參考了ＩＳＯ 2631—1991 和ＧＢ/ Ｔ4970—1996 中“汽車(chē)平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法” 對(duì)車(chē)輛的平順性所作的評(píng)價(jià)，對(duì)本文所建立的某款轎車(chē)模型在Ｃ級(jí)路面勻速行駛的仿真過(guò)程進(jìn)行客觀與主觀相結(jié)合的平順性的評(píng)價(jià)。具體過(guò)程見(jiàn)下列步驟: