车轮转向中心仿真计算与试验测量方法研究

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1、车轮转向中心仿真计算与试验测量方法研究ResearchontheMethodofSimulationandTestMeasurementforWheelTurnCenter作者姓名：吴玉杰专业名称：车辆工程指导教师：管欣教授学位类别：学术硕士答辩日期：2015年5月24日摘要车轮转向中心仿真计算与试验测量方法研究汽车转向系统设计和转向性能分析评价是汽车操纵稳定性设计的关键内容之一。随着汽车速度的不断提高，汽车在转向行驶过程中的不良动态现象逐渐显现，诸如行驶稳定性下降等，因此人们对于汽车转向性能提出了更高的要求。现代汽车转向设计主要依据阿克曼转

2、向原理，通过合理优化转向梯形机构实现较为理想的转角分配。研究表明，两轴汽车在瞬态转向过程中，各个车轮并非绕着共同的瞬时转向中心运动；传统多轴汽车由于缺乏系统的转向设计理论依据，大多是先将多个不转向后轴简化为一个虚拟后轴再根据阿克曼转向原理进行等效设计，引起各个车轮之间的运动不协调，进而导致轮胎磨损严重、转向行驶稳定性不佳等问题。为了寻找科学合理的解决方法调研了国内外汽车转向性能评价的研究现状，发现传统的转向性能分析方法将整车简化为一个刚体，以整车响应特性作为评价指标，不考虑车轮的独立运动，不能解释车轮转向运动的不协调现象，无法评价与优化汽车的

3、转向协调性。针对此问题，课题组在前期研究中提出了用于汽车转向性能分析的车轮转向中心方法，试图利用车体和车轮的瞬时转向中心分析汽车转向协调性以及悬架性能匹配，并在两轴汽车及多轴汽车上进行了仿真验证，结果表明车轮转向中心方法不仅适用于多轴汽车，也同样适用于两轴汽车的转向性能分析。在此基础上，针对前期研究过程中转向中心计算方法在汽车瞬态转向过程中的局限性，本文重点研究了车轮瞬态转向中心的计算方法；同时为了能够准确测量汽车实际行驶过程中的车轮转向中心，以便未来进行实车的转向性能分析及相关研究，本文探索研究了车轮转向中心的试验测量方法，并结合目前现有试

4、验条件，首先在某两轴汽车上进行了实车试验验证。本文主要研究内容如下：第一，建立了某A级车整车动力学模型。利用ADAMS软件，建立了基于结构的整车动力学模型。通过将实车的操纵稳定性场地试验结果与仿真结果对比，验证了整车动力学模型与实车具有较好的一致性，从而为车轮瞬态转向中心计算方法的研究提供模型基础。I第二，车轮瞬态转向中心的计算方法研究。研究了质点轨迹运动法和刚体空间瞬时轴法两种用于计算汽车和车轮转向中心的方法，通过理论分析与仿真对比，表明质点轨迹运动法适用于稳态，而刚体空间瞬时轴法能够更为准确地计算瞬态转向过程的车轮转向中心。第三，研究了车

5、轮瞬时转向中心的试验测量方法，并进行了实车试验，测量了汽车实际转向过程中的车轮转向中心。通过调研现有试验设备的测量能力，发现计算车轮转向中心所需的车轮空间运动线速度、角速度和加速度无法直接从试验中获得，因而研究了根据刚体运动学，利用可测量的车体运动状态估计车轮运动状态的方法，从而为车轮转向中心的试验设计和测量提供了理论依据。依据试验测量方法设计实车试验，分别采用质点轨迹运动法和刚体空间瞬时轴法计算实车试验中的各个车轮转向中心位置。测量结果表明，两种方法计算的车轮转向中心在稳态时是一致的，刚体空间瞬时轴法计算的车轮转向中心瞬态稳态均适用，是车轮

6、转向中心的理想计算方法，但车轮角速度的估计较为复杂。质点轨迹运动法虽不适用于瞬态转向中心估计，但试验测量方法更为简单，在汽车稳态转向中心的试验测量中也不失为一种简化方法。本文实现了车轮瞬态转向中心的仿真计算和试验测量，为后续在实车上的应用研究奠定基础。关键词：车轮转向中心，瞬时轴，转向性能分析，车轮运动状态估计，试验测量IIABSTRACTResearchontheMethodofSimulatingCalculationandTestMeasurementforWheelTurnCenterSteeringsystemdesignandst

7、eeringperformanceanalysisandevaluationisoneofkeyfactorsforvehiclehandlingdesign.Asthespeedofvehiclesincreases,thebaddynamicphenomenonappearsgradually,suchasstabilitygettingworse.Therefore,peopleputforwardhigherrequirementsforsteeringperformance.Modernvehicles’steeringdesign

8、ismainlybasedonAckermanPrinciple,byoptimizingthesteeringtrapezoidalmechanism,anide