車輛側傾仿真分析

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1、車輛側傾仿真分析車輛側傾仿真分析作者：楊亞娟?????文章來源：奇瑞汽車有限公司汽車工程研究院????　利用MSC.Adams研究了側傾中心高度、側傾剛度及側傾阻尼等車輛側傾因素對整車不足轉向度、側傾響應等性能的影響。該方法也可用于懸架其他K&C性能的分析，為汽車懸架的設計和性能提升提供仿真支持。車輛的側傾運動性能是車輛性能的一個重要部分，關系到操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性和安全性。車輛側傾性能因素主要包括側傾中心高度、側傾角剛度及側傾阻尼等。側傾中心高度在車輛轉向時對輪胎抓地能力、左右輪載荷轉移及轉向性能等很多車輛性能均有重要的影響。由于側傾中心高度由懸架的幾何機構決定，

2、在設計初期確定之后，后期很難更改，所以對它的理論分析和優(yōu)化就顯得尤為重要。國內外很多汽車企業(yè)的工程師們都對側傾中心高度進行過深入的研究。側傾剛度和側傾阻尼的作用比較明朗，由于側傾角和側傾角速度是重要的車輛操控穩(wěn)定性和平順性的評價指標，并且對其它指標如橫擺角速度、側向加速度也有影響，因此，側傾剛度和側傾阻尼的研究也不容忽視。下面利用MSC.Software公司的多體動力學軟件MSC.Adams對這些參數(shù)及其對車輛性能的影響進行詳細的計算和分析。仿真模型案例為一款前后均配置獨立懸架的中高級轎車。前懸架為雙叉臂式，后懸架為多連桿式。前后均有抗側傾橫向穩(wěn)定桿。Adams計算模

3、型如圖1所示。圖1?前后懸架及整車Adams仿真模型?側傾中心在前后軸輪心的橫向垂直平面內，車輛在橫向力作用下車身側傾的瞬時回轉中心稱為側傾中心。前后側傾中心的連線稱為側傾軸線，是車身相對于地面轉動的瞬時軸線。側傾中心距地面的高度稱為側傾中心高度。車輛轉向時，車身繞側傾軸線進行回轉。嚴格說來側傾中心的概念只在側傾起始狀態(tài)有意義。側傾中心高度對前后軸側偏角、外傾角都有影響，進而影響車輛的轉向性能和輪胎抓地能力。側傾中心的位置由懸架的導向機構決定，可以通過幾何圖解法得到。以算例中的前懸架——雙叉臂獨立懸架為例。圖2所示為雙叉臂獨立懸架的瞬時旋轉軸線，上控制臂和下控制臂兩個

4、平面的交線形成一條瞬時旋轉軸線，該軸線與輪胎接地點可以形成一個平面。左右兩平面的交線與輪心處橫向垂直面的交點就是懸架的幾何側傾中心。圖2?雙叉臂懸架瞬時旋轉軸線?1.側傾中心高度與外傾補償在轉向運動中，側傾中心高度（RCH）對輪胎的外傾補償會產(chǎn)生影響見圖3。一般來說，外傾補償越大越好，如果外傾補償?shù)扔?00%，說明在輪胎發(fā)生側傾時，輪胎始終垂直于地面，這樣可以保持很好的抓地力。側傾中心高度對外傾補償?shù)挠绊戁厔萦删唧w懸架導向桿系的位置決定。圖3?側傾中心與外傾補償?2.?側傾時的輪荷轉移車輛轉向時，由于離心力的作用，會產(chǎn)生側傾力矩，此時載荷在左右車輪上發(fā)生轉移。輪荷的轉

5、移會影響車輛穩(wěn)態(tài)響應的變化。在計算各個車輪的垂直載荷時，首先把作用在車身質心位置處的離心力分配到前后懸架的側傾中心Ofront和Orear上，公式1式1中，L為軸距，a、b為前后側傾中心據(jù)質心的距離。前后懸架作用于車身的恢復力矩為，公式2Tf=Krf+φr,Tr=Krrφr式2中，Krf、Krr為前后懸架側傾角剛度；φr為車身側傾角。可以得到前懸架左右車輪地面垂直反力的變化量，公式3式3中，F(xiàn)zf1、Fzfr為左右車輪地面垂直反力變化量，hf為前懸架側傾中心高度，Bf為前輪距，F(xiàn)ufy為前懸架非簧載質量產(chǎn)生的離心力，huf為前懸架非簧載質量質心離地面的高度。由圖4可以

6、看出，側向力一定時，側傾中心高度越大，左右車輪載荷轉移越大。?圖4?側傾中心高度不同時的垂直力變化?3.側傾中心高度與車輛穩(wěn)態(tài)響應在車輛做轉向運動時，大的輪荷轉移將使輪胎側偏角增大。因此，若增大前懸架側傾中心高度，將增大車輛的不足轉向趨勢；若增大后懸架的側傾中心高度，將增大車輛的過度轉向趨勢。圖5所示為穩(wěn)態(tài)回轉試驗得到的前后輪胎側偏角之差與側向加速度的關系曲線。曲線的斜率可以表示車輛的不足轉向度。由圖上可以看出，后軸側傾中心高度越高，不足轉向度越小。圖5?后軸側傾中心高度不同時前后側偏角之差?在利用MSC.Adams做計算時，采用調整后懸架上控制臂內點的高度來調整側傾

7、中心高度。這種懸架幾何結構的調整會影響懸架垂直線剛度和側傾角剛度。由于在這一節(jié)中只考察側傾中心高度的影響，通過調整彈簧剛度和橫向穩(wěn)定桿直徑對懸架剛度進行了補償，保證仿真計算結果不受其他因素影響。另外，研究表明側傾中心高度只是懸架的幾何特性，由幾何結構決定，是懸架的固有特性，所以在懸架設計初期就可以對它進行優(yōu)化并凍結。側傾剛度和側傾阻尼懸架的側傾角剛度是指側傾時，單位車身轉角下懸架系統(tǒng)給車身總的彈性恢復力矩。可以用公式表示4：公式4懸架側傾角剛度可以用線剛度近似計算得到，公式5其中，k為懸架線剛度，B為輪距。懸架線剛度主要由彈簧剛度和橫向穩(wěn)定桿和桿端橡