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路沿侧顶工况动力学仿真分析
2021-12-17 21:19:33· 来源：上汽安全与CAE技术
1前言 我们在行车过程中经常会遇到这么一种情况，停车靠边，轮子距离路沿太近，轮胎转动碰到路沿，或者车子怠速启动的时候，转动方向盘过大，轮胎碰到路沿。这两
1 前言
我们在行车过程中经常会遇到这么一种情况，停车靠边，轮子距离路沿太近，轮胎转动碰到路沿，或者车子怠速启动的时候，转动方向盘过大，轮胎碰到路沿。这两种情况都是车辆原地转动方向盘，转向阻力矩达到最大极限转向所需力矩，比行驶中转向所需的力矩还大，对转向系统及悬架系统结构件强度要求比较高，如果设计不合格可能出现结构件断裂导致车子趴窝的情况。如果前期能对该工况进行仿真分析，可以提前预防底盘零件的失效，提高车辆的安全性。
2 整车动力学建模
本文使用Adams软件对路沿侧顶工况进行仿真。首先搭建基于Adams的整车多体动力学模型，包括悬架系统、转向系统、轮胎模型、制动系统。对于转向系统，要求能够合理的反应转向过程，涉及的参数主要有转向比以及转向系统刚度。载荷计算轮胎模型通常使用Ftire模型（Flexible Ring Tire Model）。该模型是基于柔性环模型的物理模型，将胎体与胎面分开建模，分别描述轮胎的结构与地面接触问题。动力学模型需要通过KC试验对标，图1所示为悬架KC仿真试验，能够合理地反应悬架的运动学以及动力学特性。
图1 悬架KC仿真实验
3 路沿接触定义
如图2所示，路沿侧顶过程不仅仅涉及到轮胎接地，另外还涉及到胎壁与路沿的接触问题。因为Ftire非胎面部分无法体现接触特性，所以需要自己定义胎壁与路沿之间的接触。
图2 路沿侧顶过程
在Adams中，接触力可以分解成两部分：正压力和摩擦力。正压力使用impact函数提供的非线性等效弹簧阻尼模型进行计算，如图3所示，摩擦力使用Coulomb进行计算。Impact函数计算两个构件之间的接触力时，接触力由两个部分组成：一个是由于两个构建之间的相互切入而产生的弹性力；另一个是由相对速度产生的阻尼力。正压力计算公式由两部分组成，Kδ为弹性力，step(δ,0,0,d,C)δ•为阻尼力。
Fn=Kδ+step(δ,0,0,d,C)δ•
图3 非线性等效弹簧阻尼模型
在定义接触时，摩擦力可以使接触力曲线更加平滑，更加趋近真实。接触力中的摩擦力是接触正压力和摩擦系数的乘积，系数取默认值。
接触模型定义完以后，基于实车路沿侧顶试验数据进行对标。对标通道主要是轮心侧向力Fy以及绕Z轴的扭矩Mz，对标结果如图4所示。
图4 路沿侧顶试验数据对标
4 仿真分析
根据实验规范标准定义配重，轮胎离路沿的距离，通过仿真控制文件实现方向盘转动的速度以及最大转角控制，仿真过程动画如图5显示。输出对应的载荷，可以支持路沿侧顶工况转向以及悬架零部件强度耐久分析，提前评估失效风险。
参考资料：
[1]MSC Software, Adams 2013/help, 2012.
[2]安雪斌，潘尚峰. 多体动力学仿真中的接触碰撞模型分析[J]. 计算机仿真, 2008(10):98-101.
[3] 陈军. MSC. ADAMS技术与工程分析实例[M]. 中国水利水电出版社, 2008.
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