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设计仿真 | Adams Car空气弹簧建模解析(下篇)

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载......



01

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。在《Adams Car空气弹簧建模解析(上篇)》中介绍了空气弹簧的建模流程,本文以6x4商用车驱动桥空气弹簧悬架为例讲解空气弹簧具体应用。


02

空气弹簧设置及应用



1)创建一个驱动桥空气弹簧悬架子系统。

在Adams Car标准界面中依次选择File→New→Subsy—stem,在新建子系统对话框中,选择空气弹簧模板文件_msc_truck_airspring_tandem_drive_axle.tpl,完成空气弹簧悬架子系统创建,如图1所示。

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图1  空气弹簧悬架子系统


2)空气弹簧的预载类型。

空气弹簧预载输入有以下三种方式:Constant(定值),Automatic-Fixed(静态自动调整),Automatic-Variable(动态自动调整)。

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图2  空气弹簧预载三种输入类型


a)Constant:输入恒定的预载载荷。

主要用于悬架系统动力学分析,初始状态下根据预载对应弹簧位移下的弹簧刚度进行插值,如图3所示。

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图3  恒定预载下空气弹簧刚度插值原理


b)Automatic-Fixed:在静平衡状态下自动调整预载载荷。

该模式下需要选用悬架高度传感器,且仅适用于整车分析,空气弹簧预载在静平衡状态下根据trimLength、空气弹簧安装长度、轴荷等自动调整空气弹簧预载。整车在仿真过程中空气弹簧预载不会随时间变化,空气弹簧预载确定了一条刚度曲线(通过插值得到),即整车行驶过程中空气弹簧不会随时进行充放气。trimLength(配平修正长度)是空气弹簧属性文件的一个参数,可在空气弹簧属性文件中进行修改。trimLoad是空气弹簧的配平载荷,与trimLength对应,即当trimLength与空气弹簧安装长度相等时,trimLoad与空气弹簧力相等。当trimLength与空气弹簧安装长度不相等时,Adams Solver通过使用Akima方法对SPLINE数据进行插值计算空气弹簧力。

空气弹簧力计算公式:

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其中:AKSIPL 为Adams样条插值函数,是使用Akima方法对数据进行插值;DM (marker I, marker j)为空气弹簧安装长度;splineID为空气弹簧spline曲线ID号。

行驶高度传感器包含一个Adams Solver微分方程,该微分方程可用于设置任意值的空气弹簧装载载荷。通过微分方程计算静态平衡与所需行驶高度相对应的载荷,即在分析过程中,根据高度传感器及预载对不同行程下的空气弹簧刚度曲线进行插值,即仿真过程中使用此刚度曲线,如图4所示。

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图4  Automati-Fixed模式空气弹簧刚度曲线插值


c)Automatic-variable:在整车动态仿真过程中自动调整空气弹簧预载。

该模式下需要选用悬架高度传感器,且仅适用于整车分析,空气弹簧预载在动态仿真过程中根据trimLength、空气弹簧安装长度、轴荷等自动调整空气弹簧预载。整车在仿真过程中空气弹簧预载会随悬架高度变化而变化,空气弹簧预载的变化取决于高度传感器的参数,即整车行驶过程中空气弹簧会随悬架高度变化进行充放气,空气弹簧充放气条件取决于高度传感器。高度传感器参数对话框,如图5所示。

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图5  悬架高度传感器


其中:Time Constant为时间常数,即高度传感器角度测量值持续超过1/2*Deadband的时间。Deadband为高度传感器摆角阀值,当行驶高度传感器臂与链接之间的角度的变化超过该值一半时,空气弹簧预载将相应的增加或减少,即对空气弹簧进行充放气。根据实时动态载荷对空气弹簧的刚度值进行插值。

高度传感器的引用原理:

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其中:MODE为仿真状态参数,当车辆模型是静平衡仿真状态时,MODE值等于5,当车辆模型是动态仿真时,MODE值等于4;ride_height_measure_delayed为过滤后的行驶高度测量值,即由Time Constant过滤后的有效测量值,Time Constant越小,高度传感器越灵敏,反之越迟钝;ride_height_measure_realtime为高度传感器的角度测量值,当该值变化量超过失效阈值的一半时,空气弹簧预载将会增加或减少;deadband为传感器摆角阀值,即所允许悬架行程的边界值。

弹簧力公式:

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其中:AKSIPL 为Adams求解函数,是使用Akima方法对数据进行插值;DM (marker I, marker j)为空气弹簧安装长度;splineID为空气弹簧spline曲线ID号;trimLoad为配平载荷,在Automatic-variable模式下,trimLoad随着空气弹簧充放气而改变。


3)空气弹簧应用。


a)应用于悬架动力学分析。

装配驱动桥空气弹簧悬架模型。在Adams Car标准界面中依次选择File→New→Suspension Subsystem,选择空气弹簧悬架子系统。

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图6  驱动桥空气弹簧悬架


在模型视图中,右键选择弹簧uel_airspring_rear1_1→Modify在Preload Type选择Constant,输入预载值。注意:在悬架仿真中,Preload Type不能选择Auto模式。

在Adams Car标准界面中依次选择Simulate→Suspension Analyses→Parallel Travel,分别在Fore Axle和Aft Axle输入驱动桥后前后桥的悬架行程,进行平行轮跳仿真。进入后处理,添加空气弹簧位移-力曲线,如下图7所示,两曲线对应为不同的弹簧预载。

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图7  不同预载下的空气弹簧位移-力曲线


b)应用于整车动力学分析。

装配带有空气弹簧悬架的整车模型。在Adams Car标准界面中依次选择File→New→Full Vehicle Assembly,依次选择各子系统。

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图8  整车装配模型


在模型视图中,右键选择弹簧uel_airspring_rear1_1→Modify在Preload Type选择Auto Fix,在Ride Height Senser选择高度传感器。传感器参数设置如下图9(高度传感器参数设置以实际为准,本文参数设置主要用于学习)。

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图9  高度传感器参数设置


在Adams Car标准界面中依次选择Simulate→Full-Vehicle Analyses→Course Events→3D Road,进入工况设置对话框,在对话框中分别输入仿真时间、步长、3D路面文件、车速、档位,并运行仿真。进入后处理,如下图10所示,两曲线分别是在空气弹簧Preload Type为Auto Fix模式下的空气弹簧力和空气弹簧预载,在Auto Fix模式下空气弹簧预载不会变化

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图10  空气弹簧Preload Type为Auto Fix模式下的空气弹簧力和空气弹簧预载


将模型中空气弹簧Preload Type设置为Auto variable模式,重复以上仿真过程。如下图11所示,曲线1为高度传感器角度测量值,曲线2为高度传感器角度测量值过滤后的有效值,该曲线与Constant Time参数有关,Constant Time值越小,曲线1与曲线2重合度越高,即高度传感器越灵敏。图12中,两曲线分别是在空气弹簧Preload Type为Auto Variable模式下的空气弹簧力和空气弹簧预载,在Auto Variable模式下空气弹簧预载会随着ride_height_measure_delayed的变化而变化。

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图11  高度传感器角度测量曲线和过滤后的曲线


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图12  空气弹簧Preload Type为Auto variable模式下的空气弹簧力和空气弹簧预载


03

附件


点击附件下载:

空气弹簧属性文件:msc_truck_airspring.xml

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

适用版本:适用于Adams 2019以上版本