ADAMS脉冲平顺性仿真问题总结

ADAMS脉冲平顺性仿真问题小结
一、问题的提出
现由于需要根据平顺性能来匹配减震器，而不是简单的评价整车平顺性的好坏，所以对平顺性仿真提出了比以往更高的要求：不仅最大加速度要与实验数据相符，而且仿真的振动波形也应正确——其振动加速度的时间历程，都可以在物理上得以解释，不一定与实验中的波形相符的很好，但其误差可以得以较为准确的判断。

这样好为后续的评价和优化工作做准备。

图1为孙胜利师兄在其毕业论文《位移相关减震器动力学建模及对车辆性能影响的研究》中，对于脉冲平顺性仿真结果（障碍物为国标中三角凸块，我们采用的也是这种工况，详细内容可参见论文72页）。

我们认为，此仿真结果很理想，与简单的分析结果没有大的出入，也没有在物理上解释不了的振动。

图1 模型未知车速20km/h 步长未知
二、关于此类工况下振动的简单分析
现就图1中所示的振动，进行简单的分析：
1、第一阶段：经过一段平路后，前轮接触到凸块，产生向上的加速度，在重力的作用下，产生了向下的加速度，表现为一个波峰和一个波谷。

2、第二阶段：前轮着地，在重力、弹簧力和阻尼力的综合作用下，产生欠阻尼的衰减振动。

在这里要提到两点：a）一般来说，damper的压缩阻尼都要小于其复原阻尼；b）这一过渡阶段的长短取决于轴距和车速，如果车速较高这个阶段会消失。

3、第三阶段：后轮接触到凸块，产生向上的加速度，在重力的作用下，产生了向下的加速度，表现为一个波峰和一个波谷。

4、第四阶段：后轮着地，在重力、弹簧力和阻尼力的综合作用下，产生欠阻尼的衰减振动，最后整体趋零。

另外，从能量的角度分析，一、三阶段为能量输入阶段，二、四阶段为能量耗散阶段，所以二、四阶段的振动幅值应小于相应的前一阶段。

图1所示的仿真结果与以上的分析没有矛盾，即其振动波形在物理上是可以解释的，所以我们认为其仿真效果是理想的。

最后，我们在这里主要是考察整车质心处的acc_normal。

我们认为，在凸块形状一定且的情况下，其时间历程仅与车速、前/后轮的载荷、等效spring刚度和等效damper阻尼有关，
而与悬架类型无关。

三、仿真中出现的问题
在实际仿真中，我们发现仿真结果与上面所分析的内容有矛盾，主要有三种问题。

问题1，如图2所示，蓝圈A所标出的部分：在非平衡位置（这里是向下加速度到达峰值处）出现了振动，在物理上我们无法解释。

图2 吉利远景车车速80km/h 1000步/秒
问题2，如图2所示，蓝圈B所标出的部分：在后轮接触凸块后到达第三阶段，而后进入第四阶段。

但是我们注意到，第四阶段开始时的波峰很小，但是波谷较大，甚至比第三阶段的波谷都大。

从能量的观点看，这是无法解释的。

问题3，如图3所示，蓝框A所标出的部分：在第四阶段，振动没有较为快速的收敛，而是出现了比较奇异的振动形态。

图3吉利远景车车速50km/h 500步/秒
前面所提到仿真模型是公司数据库中提供的吉利远景车的模型，车辆的各项参数包括轴距、轮距、K&C特性、减震器特性、弹簧特性等，都是由厂家提供的，并使用了ADAMS 自带的Ftire轮胎模型。

我们又对另一整车模型zqing和ADAMS中Demo车模型进行了类似的仿真实验，也发现了类似的问题，如图4、5所示。

图4 中气车模型车速60km/h 1000步/秒
图5 Demo车模型车速20km/h 1000步/秒、2000步/秒
四、有关问题的分析
对于前面所提到的问题，我们进行了一些分析和相关实验。

这里需要说明的是，我们没有找到较为详细深入介绍平顺性仿真的文献，来解决所发现的问题。

我们分析的主要依据是ADAMS.Help和《MSC.ADAMS技术与工程分析实例》所提供的一些信息。

对于问题3，我们可以较为容易的判断，其异常振动是由数值计算产生的。

我们首先想到是，此问题可能与积分器和仿真步长有关。

根据《MSC.ADAMS技术与工程分析实例》所提供的内容，我们没有发现比默认积分器更好的设置方案，所以，我们力图调整仿真步长来改善仿真结果。

Excel文档《整车脉冲平顺性仿真分析》中，详细的介绍了这一过程。

我们发现，仿真结果确实与步长有关：
1)会有一些较为合适的步长与不同的车辆行驶速度相对应，即合理的仿真步长与车辆
的行驶速度有关；
2)根据《MSC.ADAMS技术与工程分析实例》中对于Ftire轮胎模型的阐述，我们尽
量把步长取小（即把步数取多），但如果把步长取得过小，会出现异常的高频振动；
3)调整步长，并没有解决前面提到的三个问题，随着车速的增加而变得严重，这也从
侧面证实了ADAMS整车模型在高频激励下的仿真确实存在问题。

ADAMS.Help中提到ADAMS在多柔体仿真时存在问题，所以我们又猜测问题的产生可能与模型中的柔体有关。

在吉利远景模型中，我们调整了前后稳定杆和扭转梁的模态，发现仿真结果变化很小；在中气车模型中，我们调整了纵臂的模态，发现对于振动的波峰波谷有较大的影响，如图6所示当将其置为刚体时幅值相差了20%，但基本波形变化不大——
两个结果的不同，主要与悬架形式有关，在本文的最后，附有两种车型的悬架形式。

图6 中气车模型车速40km/h 1000步/秒mm40中将纵臂置为刚体
至此，以我们现阶段的能力没有能够解决所遇到的问题，并有一些猜想和疑问：
1）前面所提到的三种问题，猜想是由于数值计算产生的，而与整车模型模型关系不大：模型参数（包括柔性体的模态）应该只是影响振动的幅值、相位和振动衰减速度，而不会产生无法在物理上解释的“异常”振动；
2）如果是由于数值计算产生的，那么应该怎样调整仿真参数使得仿真结果得以改善呢？对于仿真步长的影响，我们做了较为详细的讨论，没有得到满意的结论；至于其他的仿真参数，我们没有找到合理的调整方案，主要也是因为对于ADAMS的内部算法知之甚少；
3）脉冲平顺性实验，对于多体系统仿真来说，应该是非常恶劣的工况，是否ADAMS 本身并没有很好的解决这个问题，换言之现阶段关注acc_normal的时间历程是没有意义的？在大多数文献中，只是把最大加速度的绝对值与实验值进行对比；但是在孙胜利的《位移相关减震器动力学建模及对车辆性能影响的研究》论文中的仿真波形是很理想的。

对于仿真的误差，是否能有办法给予估计和修正？
附件
图7 吉利远景前、后悬架结构图
图8 中气车前、后悬架结构图。