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1、目录1 分析目的 22 63自由度整车模型的建立 22.1 整车模型的主要特性参数 22.2 前、后悬架建模 32.3 轮胎建模 32.4 整车模型的建立 43 稳态回转试验仿真分析结果 54 结论 81分析目的为评价轿车的稳态回转性能，本文利用多刚体分析软件ADAMS对满载工况的 整车动力学仿真模型进行了稳态回转工况的仿真分析。模型中详细考虑了前悬架 系统、后悬架系统、转向系统、轮胎以及各连接件之间弹性衬套等的影响，以确 保模型的准确性和较高的分析精度。2 63自由度整车模型的建立建立仿真模型时，作了如下假设：1）簧载质量看作一个刚体，具有六个自由度。2）对于刚体之间的柔性连接作适当的简化
2、,采用线性弹性橡胶衬套（bushing）来模拟其在实际工况下的动力学特性。2.1整车模型的主要特性参数整车模型的特性参数主要通过以下三种方式确定，其主要特性参数如表 1所示。1）根据试验测量得到；2）根据三维数模计算得到；3）根据理论公式计算得到。表1 主要特性参数（满载）车型?外形 尺寸长mm4535宽1715高1490轴距2600前轮距1464后轮距1450满载质里kg1545满载前后轴何前：820.3；后：724.7满载mm619单侧非簧载 质量前悬Kg80后悬80悬架前悬架麦弗逊式、螺旋弹簧后悬架复合式悬架、螺旋弹簧车轮及轮胎轮胎规格195 / 60 R152.2 前、后悬架建模轿车前
3、悬架为麦弗逊式独立悬架，后悬架为螺旋弹簧复合式悬架。建模时， 根据实际情况简化得到减振支柱总成、转向节、横摆臂、减振器及横向稳定杆等 刚体。同时，对它们之间的连接形式也作了合理的简化：横摆臂通过球铰与转向 节臂相连，通过弹性衬套与车身相连。将横向稳定杆用左右两个杆状刚体模拟，它们之间通过扭转弹簧连接。后悬 架的整体式车桥、横向稳定杆通过柔性体来模拟。2.3 轮胎建模在本次分析中，采用的轮胎模型是 ADAMS 自带的 UA 模型，其基本思想可 概括为：轮胎由一系列可三维变形的弹性单元组成，每个单元可简化为相互垂直 的三维弹簧以传递垂直方向的力、纵向力和侧向力。通过求解轮胎与地面相互作 用的微元动
4、力学方程，可推导得到单一工况和混合工况下的轮胎动力学特性。其 主要特性参数有：侧偏刚度、外倾刚度、垂向刚度、纵向刚度、滚动阻力系数及垂向阻尼系数等，轮胎坐标系采用 SAE 标准坐标系。对于路面文件，采用平滑 路面，各个轮胎接触的路面特性相同。2.4 整车模型的建立完成上述子系统建模后，需将它们装配成一辆整车。整车模型总共由 48 个 刚体组成（包括轮胎），各刚体之间通过不同的理想约束形式连接。在计算整车 系统自由度时，这些约束形式将减去系统一定的自由度数，而不同约束减去的自 由度数是不相同的（参见表 2）。根据上述原理计算得到整车虚拟样机的自由度 数为 DOF=63。表 2 模型中用到的理想约
5、束类型及数目约束形式约束个数每个约束减去的自由度数转动副25圆柱副44球铰123滑动副15固接副106装配完成后的 63 自由度虚拟样机模型如图1 所示：图 1 AM-12 整车仿真模型3 稳态回转试验仿真分析结果操纵稳定性是汽车最重要的性能之一,它不仅表征了汽车驾驶的操纵方便程 度，而且也是评价汽车高速行驶安全性的一个重要指标。评价汽车操纵稳定性的 指标涉及多个方面，例如稳态回转特性、转向瞬态响应特性、回正性、转向轻便 性、典型行驶工况性能和极限行驶能力等。此次分析主要进行了稳态回转试验仿 真(参照国标 GB6323.6-94 汽车稳态回转试验的有关方法)，验证前述理论分 析的合理性。在实车
6、稳态回转试验中，首先应确定当汽车以最低稳定车速行驶时转弯半径 恰好为 15米的方向盘转角，然后保持此方向盘转角不变，车速从零开始均匀持 续地增加，直至汽车的侧向加速度达到6.5m/s2为止。在仿真中我们通过理论公 式估算这一角度，从汽车转向理论可以知道，汽车转向半径与前轮转角之间的关 系如下：12L:轴距(mm)；6：前轮转角(rad)；a1 a2 :前后轴侧偏角之差(rad)；在极低的车速下，忽略侧偏角时初始的转向半径为R0,即R0=L/ 6。将轴距 L 和试验规定的 R0=15 米代入，得到前轮转角6为 9.94 度。在仿真过程中需要测量的基本参数有:1) 车身侧向加速度；2) 车身侧倾角
7、；3） 前后轴侧偏角之差。可以从仿真结果中直接得到汽车横摆角速度和汽车行驶速度两个指标，而车身侧向加速度、转向半径和汽车前后轴侧偏角之差这几个量，可以用公式计算得到：车身侧向加速度：ay二v叫转向半径：R二v/叫前后轴侧偏角之差：a -a = 180L（丄-丄12 兀（R R丿0其中，v为汽车行使速度，sr为汽车横摆角速度。仿真分析的结果如下：图 2 状态图线图 3 侧倾角与侧向加速度的关系从图 3 侧倾角与侧向加速度的关系曲线可看出，侧倾角的大小比较合理满足设计要求，说明悬架有足够的侧倾角刚度。as5in 1ulicinalis: LHsl_Runacc(rrA-A2)图 4 转向半径比与侧
8、向加速度的关系图 4 说明，在规定的侧向加速度范围内，转向半径比逐渐变大，呈不足转向趋势。II1J6.DH0 4 Anah/SE： Lss4_Run.VI A2EKC. -Qsstnjull图 5 前后轴侧偏角之差与侧向加速度的关系图 5 说明，前后轴侧偏角之差与侧向加速度的关系为开放关系，在规定的 侧向加速度范围内，未出现中性转向点，说明该车具有轻微不足转向趋势，转向 性能良好。从以上图线可以得出以下分析结果：加速度侧偏角差Al-A2(deg)转向半径比R/r侧倾角 Roll Angle(deg)2m/s20.921.10.384m/s21.761.220.774 结论从以上分析结果可以看出，在规定的侧向加速度范围内，侧倾角与侧向加 速度的关系正常，前后轴侧偏角之差与侧向加速度成开放关系，表明该车稳态回 转性能良好；转向半径比与侧向加速度的关系具有轻微不足转向趋势，符合设计 要求。
