沙土路面工況仿真分析

一、案例背景

沙土路面因顆粒組成、濕度等差異呈現(xiàn)松軟、起伏等多樣類型，直接影響車輛驅(qū)動(dòng)力、通過(guò)性等越野性能。傳統(tǒng)實(shí)車測(cè)試需搭建多樣沙土場(chǎng)景，成本高、周期長(zhǎng)，且難精準(zhǔn)控制路面參數(shù)，難以全面分析性能影響機(jī)制。

在此背景下，仿真技術(shù)成為關(guān)鍵突破口，通過(guò)仿真建模、參數(shù)設(shè)置可復(fù)現(xiàn)不同類型沙土路面物理特性，低成本構(gòu)建多樣測(cè)試場(chǎng)景，還能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛關(guān)鍵部件受力、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，量化路面參數(shù)對(duì)越野性能的影響規(guī)律，為車輛越野性能優(yōu)化、沙土路面通行方案制定提供數(shù)據(jù)支撐，大幅提升研究效率與準(zhǔn)確性。

本案例通過(guò) EDEM+MBD，通過(guò)耦合接口、單位轉(zhuǎn)換、共享庫(kù)、動(dòng)力學(xué)計(jì)算等步驟進(jìn)行耦合力傳遞，在軟件中構(gòu)建車輛沙土路面行駛仿真模型，針對(duì)直線、沖坡、轉(zhuǎn)彎、不平路面四種典型工況還原模擬，開展仿真分析。

二、工況仿真分析

（一）直線行駛

1.分析點(diǎn)：探究沙土路面附著力對(duì)車輛速度及車輪轉(zhuǎn)速的影響。

2.參數(shù)設(shè)置：設(shè)置初速度 ，檔位，在0.1s內(nèi)車輛油門將從0上升到100%，車輛將自動(dòng)控制方向盤保持直線行駛。

3.仿真結(jié)果：車輛進(jìn)入沙土路面后，前車輪轉(zhuǎn)速?gòu)?3400°/s 升至 5000°/s，但因沙土附著力低，速度未增長(zhǎng)；1s 時(shí)離開沙土路面，車輪轉(zhuǎn)速驟降，車輛開始加速。

4.結(jié)論：以上內(nèi)容說(shuō)明沙土路面附著力是制約車輛平坦路面加速性能的關(guān)鍵因素。

（二）沖坡行駛

1.分析點(diǎn)：研究坡度與沙土阻力對(duì)車輛速度及車身姿態(tài)的影響。

2.參數(shù)設(shè)置：設(shè)置初速度 ，檔位，坡度，坡高，在0.1s內(nèi)車輛油門將從0上升到100%，車輛保持直線行駛。

3.仿真結(jié)果：進(jìn)入上坡沙土路面后，受沙土與坡度阻力影響，車速迅速降低，車身仰角達(dá)最大值；隨后動(dòng)力與阻力平衡，車輛勻速行駛； 完全沖坡后，俯仰角恢復(fù)0°附近波動(dòng)。

4.結(jié)論：說(shuō)明坡度和沙土阻力共同決定車輛沖坡能力與姿態(tài)穩(wěn)定性。

（三）轉(zhuǎn)彎行駛

1.分析點(diǎn)：考察軟土路面對(duì)車輛轉(zhuǎn)彎穩(wěn)定性及姿態(tài)的影響。

2.多段行程設(shè)置：假設(shè)我們讓車輛先直線行駛，然后車輛開始轉(zhuǎn)彎，最后方向盤回正保持直線行駛。

3.參數(shù)設(shè)置：設(shè)置初速度，檔位，方向盤轉(zhuǎn)彎角度。

4.仿真結(jié)論：當(dāng)車輛急轉(zhuǎn)彎時(shí)，車輛發(fā)生明顯的漂移現(xiàn)象，產(chǎn)生翻滾角，同時(shí)有明顯的顆粒飛濺現(xiàn)象。

（四）不平路面工況

1.分析點(diǎn)：分析不平沙土路面對(duì)車輛速度及車身俯仰角的影響。

2.參數(shù)設(shè)置：對(duì)路面建模，導(dǎo)出加速工況，設(shè)置初速度 ，檔位，在0.2s內(nèi)車輛油門將從0上升到100%，車輛保持直線行駛。

3.分析結(jié)果：進(jìn)入不平路面后，受阻力影響車速下降，車身俯仰角大幅波動(dòng)；恢復(fù)平穩(wěn)后車輛加速并通過(guò)路面，說(shuō)明不平路面不僅影響車速，還對(duì)車身姿態(tài)穩(wěn)定性構(gòu)成挑戰(zhàn)。

三、結(jié)論

EDEM 與 MBD 耦合仿真能精準(zhǔn)還原車輛在不同沙土路面的行駛狀態(tài)。沙土路面的附著力、阻力及路面形態(tài)，分別對(duì)車輛的加速性能、沖坡能力、轉(zhuǎn)彎穩(wěn)定性及姿態(tài)控制產(chǎn)生顯著影響。

該研究可在車輛加速、沖坡、轉(zhuǎn)彎及姿態(tài)控制等方面助力優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升車輛在沙土路面的行駛性能，為新車研發(fā)和現(xiàn)有車型改進(jìn)提供可靠仿真依據(jù)，助力車企推出更適應(yīng)復(fù)雜路況的車型。