汽车整车操纵稳定性仿真试验研究

158机械设计与制造MACHINERYDESIGNMANUFACTURE第11期2014年11月汽车整车操纵稳定性仿真试验研究吴宝贵，闰书法，李绍平，田萌健中国石油大学机电工程学院，山东青岛266580摘要针对数值计算与现场试验复杂耗时的难题，提出基于虚拟样机技术的汽车整车操纵稳定性仿真试验方案。探究汽车虚拟样机模型的构建方法，检验虚拟样机模型的准确性，依据国标GBT6323仿真分析汽车操纵稳定性能，包括蛇形试验、转向瞬态响应试验、回正性能试验、转向轻便性试验及稳态回转试验。仿真结果表明，该车型具有不足转向特性。基于上述性能试验，得到符合国标的汽车操纵稳定性能试验方法，为研究汽车悬架的运动特性提供一种仿真试验方法。关键词悬架设计；操纵稳定性；虚拟样机；KC特性中图分类号TH16；U463，3文献标识码A文章编号10013997201411015803VEHICLEHANDLINGSTABILITYSIMULATIONWUBAOGUI，YANSHU，LISHAOPING，TIANMENGJIANSCHOOLOFMECHANICALANDELECTRICALENGINEERING，CHINAUNIVERSITYOFPETROLEUM，SHANDONGQINGDAO266580，CHINAABSTRAETAIMINGTHECOMPLEXITYANDTIMECONSUMINGOFTHENUMERICALCALCULATIONANDFIELDTESTTHEVEHICLEHANDLINGANDSTABILITYSIMULATIONANALYSISSCHEMEISPUTFORWARDBASEDONVIRTUALPROTOTYPINGTECHNOLOGY，THECONSTRUCTIONMETHODOFVIRTUALPROTOTYPEMODELISEXPLORED，THEACCURACYOFTHEMODELISTESTED，VEHICLEHANDLINGANDSTABILITYISSIMULATEDBASEDONNATIONALSTANDARDGBT6323，INCLUDINGPYLONCOURSESLALOMTEST，STEERINGTRANSIENTRESPONSETEST，RETURNABILITYTEST，STEERINGEFFORTSTESTPROCEDUREANDSTEADYSTATECIRCULARTEST，SIMULATIONRESULTSSHOWTHEUNDERSTEERCHARACTERISTICOFTHECAR，ACCORDINGLY，ASIMULATIONANALYSISMETHODTOSTUDYTHEDYNAMICSCHARACTERISTICOFTHESNSPENSWNANDVEHICLEHANDLINGANDSTABILITYOFTHEEARHASBEENPROVIDED，KEYWORDSSUSPENSIONDESIGN；VEHICLEHANDLINGSMBMTY；VIRTUALPROTOTYPE；KCCHARACTERISTICS1引言悬架系统是汽车系统的重要总成之一，决定着汽车的操纵稳定性等运动特性，进而影响汽车的安全性与舒适性L1L。目前，汽车的操纵稳定性主要通过样车试验评定，周期长，成本高；对悬架运动特L生的研究方法主要有矢量法、解析法及弹性运动学法等日，国内部分专家及企业已经从侧向力、纵向力角度研究悬架运动特性13，并考虑了独立悬架弹性体对汽车操纵稳定性的影响，也研究了悬架总成系统对汽车操纵稳定性能的影响I引，但还不够完善，难成体系。通过对某新车型悬架系统的初步设计，基于国标要求，建立操纵稳定性仿真试验事件，完成整车操纵稳定性仿真试验及评价，为汽车悬架系统的设计和改进提供重要的参考依据。2虚拟样机构建根据给定的某型乘用车的基本参数及设计要求，设计该车型悬架系统。选取前轮中心连线与汽车纵轴线在地面投影的交点为前悬架坐标原点，获得悬架在ADAMSCAR中的硬点坐标。采用ADAMSCAR共享数据库中提供的模版，修改相关硬点及构件的特性参数数值，自下而上建立前悬架、后悬架、转向系统、动力系统和车身等子系统。根据悬架系统的拓扑结构，装配完成整车虚拟样机模型，装配完成的虚拟样机模型，如图1所示。其中，轮胎模型选用专门用于操纵稳定性能仿真的PAC2002模型，PAC2002模型和MFTYRE模型具有相同的功能，但改善了模型的翻转力矩，有效频率可达8HZ。图1虚拟样机模型FIG1VIRTUALPROTOTYPEMODEL整车装配完成后，运行ISOLANECHANGE仿真进行整车模型的调试，排查子系统建模与整车装配中存在的不足并进行修改，得到正确的仿真模型。来稿日期20140421基金项目国家自然科学基金项目51005248；中央高校基本科研业务费专项资金资助13CX02069A作者简介吴宝贵，1974一，男，山东平度人，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向虚拟样机仿真与多学科优化L60机械设计与制造NO11NOV2014II儿LLNN、IFIJLJ、I1，、，、，、，LN、ILI1FLLLJIFFL，L，LJIJ1JIILIII，I，ITIL，I，IILI，IL，I，LI1，、JU、，UL，J、JVVVR，一MESEEB高速回正性能试验图7横摆角速度一时间曲线FIG7YAWINGANGULARVELOCITYTIMECURVE由图7曲线可以看出，进行高速回正试验时，前轮出现较为严重的摆振现象；进行低速试验时，残余横摆角速度较小。可以确定，摆振的原因是转向系阻尼系数过小，需要适当增大转向系阻尼来消除前轮摆振。44其他试验根据GBF6323，594规定的试验内容，分别进行转向轻便性试验、稳态回转试验。其中，转向轻便性试验得到转向盘力矩时间曲线，为转向系统设计尤其是助力转向与动力转向系统设计提供依据；稳态回转实验得到行驶轨迹曲线、侧向加速度时间历程曲线，观察曲线可以看出，转向半径的逐渐减小、侧向加速度对时间导数的绝对值呈递减趋势，可知该车型的确具有不足转向特性。5结论1通过虚拟样机运动学仿真与CARSIM软件动力学仿真，对比分析结果可知悬架系统特性参量的时间关系曲线高度吻合，从而能够验证ADAMNCAR中悬架虚拟样机模型的准确性。2通过虚拟样机的操纵稳定性能仿真，进行了国标要求的6项操纵稳定性能试验，结果表明该车型具有一定的不足转向特性，该方法为其它类型悬架的操纵稳定性能试验仿真具有借鉴意义。3通过虚拟样机设计与仿真，能够实现悬架系统设计、虚拟装配及操纵稳定性能试验的一体化，在提高新悬架开发效率的同时降低成本，为复杂机械产品的虚拟设计提供了指导。参考文献1陈家瑞汽车构造下M北京机械工业出版社，2009199CHENJIARUIAUTOMOBILECONSTRUCTIONMBEIJINGCHINAMACHINEPRESS，20091992YOSHIMARATASEMIACTIVESUSPENSIONWITHDYNARFIICABSORBERSOFGROUNDVEHICLEUSINGFUZZYREASONINGJINTJOFVEHICLEDESIGN，1997，18119353郭孔辉汽车操纵稳定性M长春吉林科学技术出版社，1983，GUOKONGHUIVEHICLEHANDLINGSTABILITYMCHANGCHUNJILINSCIENCEANDTECHNOLOGYPRESS，19834林逸，陈欣，王望予独立悬架中的橡胶减振元件对汽车性能的影响J吉林工业大学学报，1993，2331826LINYI，CHENXIN，WANGWANGYUTHEINFLUENCEOFRUBBERELEMENTSININDEPENDENTSUSPENSIONONVEHICLEPERFORMANCEJJOURNALOFJILINUNIVERSITYOFTECHNOLOGY，1993，23318265何耀华，方飞汽车操纵稳定性的计算机仿真研究J武汉理工大学学报，2006，2866062HEYAOHUA，FANGFEIACOMPUTERSIMULATIONOFVEHICLEHANDLINGSTABILITYJJOUMALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY，2006，2866626王永涛，李成，马志垒基于ADAMCARRIDE汽车平顺性仿真J机械设计与制造，201048182WANGYONGTAO，LICHENG，MAZHILEISIMULATIONONVEHICLERIDECOMFORTBASEDONADAMCARFIDEJMACHINERYDESIGNMANUFACTURE，201048L一827李志魁基于CARSIM的整车动力学建模与操纵稳定性仿真分析D长春吉林大学，2007LIZHIKUIMODELING，SIMULATIONANDANALYSISOFAUTOMOTIVEHANDLINGANDSTABILITYBASEDONCARSIMDCHANGCHUNJILINUNIVERSITY，20078MSC，SOFTWARE，CARSIMEDUCATIONALMANUALMCARSIMHELPDOCUMENTS，200019GBT63231994汽车操纵稳定性试验方法SGBT63231994CONTROLLABILITYANDSTABILITYTESTPROCEDUREFORAUTOMOBILESSTEERINGEFFORTSPROCEDURES上接第157页3刘阔，刘春时，林剑峰VMCO540D机床床身和立柱结构的谐响应分析J机械设计与制造，201112167169LIUKUO，LIUCHUNSHI，LINJIANFENGHARMONIERESPONSEANALYSISFORBEDANDCOLUMNOFVMC0540DMACHINETOOLJMACHINERYDESIGNMANUFAETURE，2011121671694李兵ANSYSWORKBENCH设计、仿真与优化M北京清华大学出版社，2008LIBINGDESIGN，SIMULATIONANDOPTIMIZATIONOFANSYSWORKENCHLMJBEIJINGTHETSINGHUAUNIVERSITYPRESS，20085杨香莲轮式挖掘机驱动后桥总成动力学分析D重庆重庆交通大学，20122224YANGXIANGLIANDYNAMICANALYSISOFWHEELEXCAVATORDRIVEAXLEASSEMBLYDCHONGQINGCHONGQINGJIAOTONGUNIVERSITY，201222246钟军，刘志峰，王雁基于有限元方法的直齿轮传动系统的模态仿真分析J机械设计与制造，20136225227ZHONGJUN，LIUZHIFENG，WANGYANMODALSIMULATIONANALYSISOFSPURGEARSYSTEMBASEDONFINITEELEMENTMETHODJMACHINERYDESIGNMANUFACTURE，201362252277文广，周桂源，王娟基于有限元法的试验机转轴动力学分析J机械设计与制造，20137145147WENGUANG，ZHOUGUIYUAN，WANGJUANDYNAMICSANALYSISOFTESTM