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技术专栏 | Adams Car空气弹簧建模解析(上篇)

Adams Car中空气弹簧模型反映两个零件之间的相互作用力。每个空气弹簧都引用一个空气弹簧属性文件,该文件包含弹簧力和弹簧位移。配平载荷是在给定的安装长度和内部压力下弹簧的额定载荷,可以通过调整空气弹簧的修正长度(trim length),来改变空气弹簧的配平......


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背景



Adams Car中空气弹簧模型反映两个零件之间的相互作用力。每个空气弹簧都引用一个空气弹簧属性文件,该文件包含弹簧力和弹簧位移。配平载荷是在给定的安装长度和内部压力下弹簧的额定载荷,可以通过调整空气弹簧的修正长度(trim length),来改变空气弹簧的配平载荷。在分析之前,Adams Car从引用的属性文件中读取数据并将其存储在SPLINE中。在分析过程中,Adams Solver通过使用Akima方法对SPLINE数据进行插值计算空气弹簧力,本文以6x4商用车驱动桥空气弹簧悬架为例讲解如何创建空气弹簧。

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图1  空气弹簧(a)囊式空气弹簧;(b)膜式空气弹簧


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操作步骤



1)在驱动桥双桥悬架模板中创建空气弹簧拓扑关系。

在Adams Car创建模板界面中依次点击Build→Force→Truck air spring→New,如图2所示,在Air Spring Name框输入名称,在I Part和J Part对应的框输入空气弹簧连接的上下两个部件,在I Coordinate Reference和J Coordinate Reference对应的框分别输入空气弹簧的上下安装点,在Property File中输入空气弹簧的属性文件(这里先选择共享库中的属性文件,在悬架子系统中再进行编辑修改),在Preload Function中输入预载表达式,默认输入0。

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图2  在悬架模板中创建空气弹簧


2)创建高度传感器。

在Adams Car创建模板界面中依次点击Build→Parts→Truck Ride Height Sensor→New,如图3所示,在Ride Height Sensor框输入名称,在Axle Part框选择车桥部件,在Frame Part框选择车架部件,在Sensor Mount Location框选择高度传感器与车架处的连接点,在Sensor Arm Endpoint框选择高度传感器的中间连接点,在Sensor Link Endpoint框选择高度传感器与车桥的连接点,Time Constant为时间常数,为传感器响应中的内置一阶迟滞时间常数,Deadband为死区(角度单位),即高度传感器摆角阀值。

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图3  在悬架模板中创建高度传感器

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图4  空气弹簧悬架和高度传感器


3)修改空气弹簧的属性文件。

在Adams Car标准界面打开空气弹簧悬架子系统,选择空气弹簧点击Modify显示如下对话框,在下面对话框中分别选择空气弹簧的.xml文件和高度传感器。

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图5  修改空气弹簧


点击图5显示如图6对话框。在Diameter中输入空气弹簧的直径,在Trim Length中输入空气弹簧预载荷对应的修正长度,修改Trim Length可调整空气弹簧的载荷。点击3D Spline Data进入曲线编辑对话框,如图7。

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图6  修改空气弹簧属性文件


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图7  空气弹簧曲线编辑对话框


图7中左侧三条曲线为空气弹簧三种气压下的空气弹簧力-位移曲线,右侧为三条曲线对应的空气弹簧力-位移数据。通过右侧数据表,可对空气弹簧刚度曲线进行编辑修改,X列数据为空簧位移,Y列数据为不同气压下空气弹簧位移对应的空气弹簧力,表头Z=15000、Z=30000、Z=50000分别为不同气压下空气弹簧初始位置的空气弹簧力。将鼠标放在表头并点击右键出现Change Z Value和Add New Column,选择Change Z Value可改变表头Z值,选择Add New Column可添加列,在新添加的列中可填入新的一例空气弹簧力数据,即增加一列空气弹簧刚度曲线,在相同的X值下,每一列Z值须大于前一列的Z值。将鼠标放在第一列序号上并点击右键出现Insert Row和Delete Row,选择Insert Row可在当前位置插入行,选择Delete Row可在当前位置删除行。点击Import可导入空气弹簧力-位移数据文件至当前数据表中,点击Export可导出当前数据至空气弹簧力-位移数据文件中,点击Redraw可更新空气弹簧力-位移曲线图,点击Fit可全显曲线图,点击Zoom并框选曲线图可放大局部曲线图。

通常对空气弹簧进行3~4组不同气压下(不同充气量)的刚度测试,可以通过两种方法将空气弹簧在不同气压下的弹簧力-位移测试数据输入到图7数据表中。

① 将不同气压下的弹簧力-位移测试数据逐个输入到图7数据表中,点击ok并保存。

② 点击图7中的Export将当前数据导出至空气弹簧力-位移数据文件中,如图8所示,X_Data为空气弹簧位移,Z_Data为不同气压下的初始位置的空气弹簧力,Y_Data为不同气压下空气弹簧位移对应的空气弹簧力。

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图8  导出的空气弹簧力-位移数据文件


将不同气压下的弹簧力-位移测试数据更新至该文件中,并保存,如图9所示。

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图9  更新空气弹簧力-位移数据文件


点击图7对话框中的Import将更新后的空气弹簧力-位移数据文件导入,点击Redraw绘制新的曲线,如图10所示。点击OK保存并返回至上一层对话框,点击save保存格式为.xml的空气弹簧属性文件至.cdb数据库中。

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图10  导入新的空气弹簧力-位移数据文件


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附件



点击附件下载:

msc_truck_airspring.xml:空气弹簧属性文件

msc_truck_airspring_tandem_drive_axle.tpl:空气弹簧悬架模板模型

适用版本:适用于Adams 2019以上版本