Adams Car空氣彈簧建模解析
本站編輯：admin發(fā)布時(shí)間:2022-06-21 10:26:49
背景
Adams Car中空氣彈簧模型反映兩個(gè)零件之間的相互作用力。每個(gè)空氣彈簧都引用一個(gè)空氣彈簧屬性文件，該文件包含彈簧力和彈簧位移。配平載荷是在給定的安裝長(zhǎng)度和內(nèi)部壓力下彈簧的額定載荷，可以通過(guò)調(diào)整空氣彈簧的修正長(zhǎng)度（trim length），來(lái)改變空氣彈簧的配平載荷。在分析之前，Adams Car從引用的屬性文件中讀取數(shù)據(jù)并將其存儲(chǔ)在SPLINE中。在分析過(guò)程中，Adams Solver通過(guò)使用Akima方法對(duì)SPLINE數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計(jì)算空氣彈簧力。在《Adams Car空氣彈簧建模解析（上篇）》中介紹了空氣彈簧的建模流程，本文以6x4商用車驅(qū)動(dòng)橋空氣彈簧懸架為例講解空氣彈簧具體應(yīng)用。
空氣彈簧設(shè)置及應(yīng)用
1）創(chuàng)建一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋空氣彈簧懸架子系統(tǒng)。
在Adams Car標(biāo)準(zhǔn)界面中依次選擇File→New→Subsy—stem，在新建子系統(tǒng)對(duì)話框中，選擇空氣彈簧模板文件_msc_truck_airspring_tandem_drive_axle.tpl，完成空氣彈簧懸架子系統(tǒng)創(chuàng)建，如圖1所示。
圖1 空氣彈簧懸架子系統(tǒng)
2）空氣彈簧的預(yù)載類型。
空氣彈簧預(yù)載輸入有以下三種方式：Constant（定值），Automatic-Fixed（靜態(tài)自動(dòng)調(diào)整），Automatic-Variable（動(dòng)態(tài)自動(dòng)調(diào)整）。
圖2 空氣彈簧預(yù)載三種輸入類型
a）Constant：輸入恒定的預(yù)載載荷。
主要用于懸架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析，初始狀態(tài)下根據(jù)預(yù)載對(duì)應(yīng)彈簧位移下的彈簧剛度進(jìn)行插值，如圖3所示。
圖3 恒定預(yù)載下空氣彈簧剛度插值原理
b）Automatic-Fixed：在靜平衡狀態(tài)下自動(dòng)調(diào)整預(yù)載載荷。
該模式下需要選用懸架高度傳感器，且僅適用于整車分析，空氣彈簧預(yù)載在靜平衡狀態(tài)下根據(jù)trimLength、空氣彈簧安裝長(zhǎng)度、軸荷等自動(dòng)調(diào)整空氣彈簧預(yù)載。整車在仿真過(guò)程中空氣彈簧預(yù)載不會(huì)隨時(shí)間變化，空氣彈簧預(yù)載確定了一條剛度曲線（通過(guò)插值得到），即整車行駛過(guò)程中空氣彈簧不會(huì)隨時(shí)進(jìn)行充放氣。trimLength（配平修正長(zhǎng)度）是空氣彈簧屬性文件的一個(gè)參數(shù)，可在空氣彈簧屬性文件中進(jìn)行修改。trimLoad是空氣彈簧的配平載荷，與trimLength對(duì)應(yīng)，即當(dāng)trimLength與空氣彈簧安裝長(zhǎng)度相等時(shí)，trimLoad與空氣彈簧力相等。當(dāng)trimLength與空氣彈簧安裝長(zhǎng)度不相等時(shí)，Adams Solver通過(guò)使用Akima方法對(duì)SPLINE數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計(jì)算空氣彈簧力。
空氣彈簧力計(jì)算公式：
其中：AKSIPL 為Adams樣條插值函數(shù)，是使用Akima方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值；DM (marker I, marker j)為空氣彈簧安裝長(zhǎng)度；splineID為空氣彈簧spline曲線ID號(hào)。
行駛高度傳感器包含一個(gè)Adams Solver微分方程，該微分方程可用于設(shè)置任意值的空氣彈簧裝載載荷。通過(guò)微分方程計(jì)算靜態(tài)平衡與所需行駛高度相對(duì)應(yīng)的載荷，即在分析過(guò)程中，根據(jù)高度傳感器及預(yù)載對(duì)不同行程下的空氣彈簧剛度曲線進(jìn)行插值，即仿真過(guò)程中使用此剛度曲線，如圖4所示。
圖4 Automati-Fixed模式空氣彈簧剛度曲線插值
c）Automatic-variable：在整車動(dòng)態(tài)仿真過(guò)程中自動(dòng)調(diào)整空氣彈簧預(yù)載。
該模式下需要選用懸架高度傳感器，且僅適用于整車分析，空氣彈簧預(yù)載在動(dòng)態(tài)仿真過(guò)程中根據(jù)trimLength、空氣彈簧安裝長(zhǎng)度、軸荷等自動(dòng)調(diào)整空氣彈簧預(yù)載。整車在仿真過(guò)程中空氣彈簧預(yù)載會(huì)隨懸架高度變化而變化，空氣彈簧預(yù)載的變化取決于高度傳感器的參數(shù)，即整車行駛過(guò)程中空氣彈簧會(huì)隨懸架高度變化進(jìn)行充放氣，空氣彈簧充放氣條件取決于高度傳感器。高度傳感器參數(shù)對(duì)話框，如圖5所示。
圖5 懸架高度傳感器
其中：Time Constant為時(shí)間常數(shù)，即高度傳感器角度測(cè)量值持續(xù)超過(guò)1/2*Deadband的時(shí)間。Deadband為高度傳感器擺角閥值，當(dāng)行駛高度傳感器臂與鏈接之間的角度的變化超過(guò)該值一半時(shí)，空氣彈簧預(yù)載將相應(yīng)的增加或減少，即對(duì)空氣彈簧進(jìn)行充放氣。根據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載荷對(duì)空氣彈簧的剛度值進(jìn)行插值。
高度傳感器的引用原理：
其中：MODE為仿真狀態(tài)參數(shù)，當(dāng)車輛模型是靜平衡仿真狀態(tài)時(shí)，MODE值等于5，當(dāng)車輛模型是動(dòng)態(tài)仿真時(shí)，MODE值等于4；ride_height_measure_delayed為過(guò)濾后的行駛高度測(cè)量值，即由Time Constant過(guò)濾后的有效測(cè)量值，Time Constant越小，高度傳感器越靈敏，反之越遲鈍；ride_height_measure_realtime為高度傳感器的角度測(cè)量值，當(dāng)該值變化量超過(guò)失效閾值的一半時(shí)，空氣彈簧預(yù)載將會(huì)增加或減少；deadband為傳感器擺角閥值，即所允許懸架行程的邊界值。
彈簧力公式：
其中：AKSIPL 為Adams求解函數(shù)，是使用Akima方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值；DM (marker I, marker j)為空氣彈簧安裝長(zhǎng)度；splineID為空氣彈簧spline曲線ID號(hào)；trimLoad為配平載荷，在Automatic-variable模式下，trimLoad隨著空氣彈簧充放氣而改變。
3）空氣彈簧應(yīng)用。
a）應(yīng)用于懸架動(dòng)力學(xué)分析。
裝配驅(qū)動(dòng)橋空氣彈簧懸架模型。在Adams Car標(biāo)準(zhǔn)界面中依次選擇File→New→Suspension Subsystem，選擇空氣彈簧懸架子系統(tǒng)。
圖6 驅(qū)動(dòng)橋空氣彈簧懸架
在模型視圖中，右鍵選擇彈簧uel_airspring_rear1_1→Modify在Preload Type選擇Constant，輸入預(yù)載值。注意：在懸架仿真中，Preload Type不能選擇Auto模式。
在Adams Car標(biāo)準(zhǔn)界面中依次選擇Simulate→Suspension Analyses→Parallel Travel，分別在Fore Axle和Aft Axle輸入驅(qū)動(dòng)橋后前后橋的懸架行程，進(jìn)行平行輪跳仿真。進(jìn)入后處理，添加空氣彈簧位移-力曲線，如下圖7所示，兩曲線對(duì)應(yīng)為不同的彈簧預(yù)載。
圖7 不同預(yù)載下的空氣彈簧位移-力曲線
b）應(yīng)用于整車動(dòng)力學(xué)分析。
裝配帶有空氣彈簧懸架的整車模型。在Adams Car標(biāo)準(zhǔn)界面中依次選擇File→New→Full Vehicle Assembly，依次選擇各子系統(tǒng)。
圖8 整車裝配模型
在模型視圖中，右鍵選擇彈簧uel_airspring_rear1_1→Modify在Preload Type選擇Auto Fix，在Ride Height Senser選擇高度傳感器。傳感器參數(shù)設(shè)置如下圖9（高度傳感器參數(shù)設(shè)置以實(shí)際為準(zhǔn)，本文參數(shù)設(shè)置主要用于學(xué)習(xí)）。
圖9 高度傳感器參數(shù)設(shè)置
在Adams Car標(biāo)準(zhǔn)界面中依次選擇Simulate→Full-Vehicle Analyses→Course Events→3D Road，進(jìn)入工況設(shè)置對(duì)話框，在對(duì)話框中分別輸入仿真時(shí)間、步長(zhǎng)、3D路面文件、車速、檔位，并運(yùn)行仿真。進(jìn)入后處理，如下圖10所示，兩曲線分別是在空氣彈簧Preload Type為Auto Fix模式下的空氣彈簧力和空氣彈簧預(yù)載，在Auto Fix模式下空氣彈簧預(yù)載不會(huì)變化
圖10 空氣彈簧Preload Type為Auto Fix模式下的空氣彈簧力和空氣彈簧預(yù)載
將模型中空氣彈簧Preload Type設(shè)置為Auto variable模式，重復(fù)以上仿真過(guò)程。如下圖11所示，曲線1為高度傳感器角度測(cè)量值，曲線2為高度傳感器角度測(cè)量值過(guò)濾后的有效值，該曲線與Constant Time參數(shù)有關(guān)，Constant Time值越小，曲線1與曲線2重合度越高，即高度傳感器越靈敏。圖12中，兩曲線分別是在空氣彈簧Preload Type為Auto Variable模式下的空氣彈簧力和空氣彈簧預(yù)載，在Auto Variable模式下空氣彈簧預(yù)載會(huì)隨著ride_height_measure_delayed的變化而變化。
圖11 高度傳感器角度測(cè)量曲線和過(guò)濾后的曲線
圖12 空氣彈簧Preload Type為Auto variable模式下的空氣彈簧力和空氣彈簧預(yù)載
附件
空氣彈簧屬性文件：msc_truck_airspring.xml
空氣彈簧懸架模板模型：_msc_truck_airspring_tandem_drive_axle.tpl
適用版本：適用于Adams 2019以上版本
