侧风干扰下主动油气悬架车辆行驶稳定性研究

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1、侧风干扰下主动油气悬架车辆行驶稳定性研究第9期2009年9月机械设计与制造MachineryDesign&Manufacture101文章编号:1001—3997(2009)09—0101—03侧风干扰下主动油气悬架车辆行驶稳定性研究钱卫东葛如海刘斌任萍丽(江苏大学汽车学院,镇江212013)Researchoneffectofthecrosswindonactivehydro-pneumaticsuspensionvehiclestabilityQIANWei—dong,GERu—hai,LIUBin,RENPing—li(AutomoliliInsti

2、tuteJiangsuUniversity,Zheniiang212013,China)j【摘要】侧风作用影响汽车行驶的稳定性,通过侧风描述,基于虚拟仿真技术,利用ADAMS/Car分析运动特性,并且建立LQG主动控制器,研究悬架特性对汽车侧风稳定性的影响,实验发现采用主动油气悬架技术改善汽车侧风稳定性的可行性,为进一步的研究与设计提供了依据.关键词:侧风稳定性;ADAMS/Car;油气悬架;LQG主动控制j【Abstract】Crasswindeffectsvehiclestability.Basedonvirtualsimulationtechnology,d

3、escribecrr】ssdandeADAMS/CaranalysisehicITtovelne脱The凡ablishLQGactc.r0如r,re5earchVehiclestabilityundercrosswindbysuspensionpe~rmancendthatactiveHydro-pneumaticsuspensionimprovevehiclestabilityunderthecrosswind,whichprovideabasisforfurtherstudyanddesign.;Keywords:Crosswindstability;ADAM

4、S/car;Hydro-pneumaticSuspension;LQGactivecontrol中图分类号:U461.1文献标识码:A1月lJ舌汽车在高速行驶时经常会受到侧风干扰,汽车受到侧风袭扰,侧风作用于汽车上,产生侧向力,同时也产生了绕质心的横摆力矩和侧倾力矩.汽车会偏离行驶路线,驾驶员需要操纵方向盘来纠正其影响.操纵稳定性不好的汽车甚至会因为失稳而造成危险甚至导致车祸.因此,研究侧风对汽车高速行驶性能的影响是很有必要的.由于对该方向进行实车试验研究时,需要很大的人力及物力支持,并具有相当的危险性,因此虚拟样机的仿真实验与分析是一种重要的研究方法.2汽车侧风

5、响应特陛与悬架关系悬架对汽车侧风响应特l生的影响主要体现在以下几个方面:(1)在侧风作用下,位于悬架上的车身会发生侧倾,对车轮会产生侧倾转向角;(2)同一车轴左,右两侧车轮垂直载荷的变化,会影响轮胎的侧偏刚度,从而产生弹性侧偏角;(3)悬架导向杆系的运动与变形,会使轮胎的外倾角发生变化在上述三个因素中间,车身的侧倾又占有主导地位,而车身侧倾运动的幅度主要取决于侧倾刚度和侧倾阻尼的大小.近几年来,油气悬架已经广泛应用到了各种工程车辆,在一些高级小轿车与商务上车也有应用,但由于它高成本限制了其普及的程度.然而油气悬架具有变刚度和变阻尼特眭,可以通过对其刚度阻尼的调节起

6、到控制车身侧倾力矩的作用,能够满足车辆在各种复杂和恶劣的路面环境下正常行驶的需要,所以油气悬架能抑制侧风下车辆行驶的不稳定性,如图1所示,利于侧向稳定的油气悬架.★来稿日期:2008—11—06.-2'l"_IWj/图1利于侧向稳定的油气悬架而对于一个在多变环境中行驶的车辆,由于影响因素的复杂性,被动悬架难以实时的满足期望的车辆性能,若而主动悬架不仅能够提高车辆的行驶平顺性而且也能改善车辆的操纵性能.主动悬架通过采用力发生器取代被动悬架的弹性和阻尼元件,可以获得最佳的悬架控制特性.在侧风作用下,汽车的侧倾运动造成负载横向转移,使得左右车轮上的侧向力发生变化,主动悬

7、架改变前后悬架的侧倾刚度比就能控制前后轮上的负荷转移,从而控制前后轮上的侧向力,抑制汽车的侧倾运动.3侧向风描述在通常情况下,汽车行驶过程中受到由行驶速度产生的行驶风和自然风的合成作用.为分析侧风对汽车运动的影响,设行驶风速度为,自然风速度为W,合成风速度为其方向与汽车纵轴线的夹角为r,成为流人角,如图2所示.假定自然风作用方向垂直于直线行驶汽车的预定方向.侧风产生的气动力称为侧风力,以表示,其作用在风压中心A(AerodynamicCenter)上.由于风压中心一般不与质心重合,其距离记为力臂,这就引起了横摆力矩.如果风压中心位=F质心前,则横摆力矩将使汽车顺风

8、横摆,这对