Adams Car空气弹簧建模解析
本站编辑：admin发布时间:2022-06-21 10:26:49
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。
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。
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）。
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。
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：
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。
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。
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：
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：
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。
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。
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。
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）。
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
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。
图11 高度传感器角度测量曲线和过滤后的曲线
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
附件
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
