基于虚拟样机技术汽车整车操纵稳定性探究

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1、基于虚拟样机技术汽车整车操纵稳定性探究　　摘要本文利用ADAMS建立了某轿车的整车虚拟样机模型，并利用该模型仿真了汽车操纵稳定性的路上试验，对比研究了不同车速，不同方向盘转角对汽车的瞬态响应特性的影响，并通过对比质心位置不同时汽车的瞬态响应特性，得出了汽车质心前置对汽车的瞬态响应比较有利的结论。关键词：ADAMS，整车模型，操纵稳定性，横摆角速度，侧向加速度中图分类号：S232.7文献标识码：A0引言汽车悬架是一个复杂的非线性系统，以往的研究多是将其进行一定程度的简化，建立其力学模型，然后基于此力学模型研究其各种响应。这种

2、方法已经取得了许多成果[1-3]，不过其所建立的力学模型也不能完全反应真实情况。近年来兴起的虚拟样机技术为研究汽车这一复杂系统提供了新的方法和手段。目前，世界上应用最广泛的虚拟样机软件是美国MDI公司开发的商业软件ADAMS，已广泛应用到汽车、机械制造、航空航天等领域。6汽车的操纵稳定性是汽车的重要特性之一。在计算机上建立汽车虚拟样机，并进行操纵稳定性分析，可以实现各种试验条件下的重复仿真，并可以对各种试验方案进行快速优化对比[4-6]。本文利用ADAMS软件建立了某轿车的整车虚拟样机模型，并对不同工况下的汽车操纵稳定性进

3、行了动力学仿真。对比研究了不同车速，不同方向盘转角，以及不同的汽车质心位置对汽车的操纵稳定性的影响。1整车仿真模型的建立本文所建整车模型的技术参数主要来源于参考文献【7】。表1整车模型主要技术参数在ADAMS/VIEW中建立了汽车整车模型，该模型主要包括：底盘，前悬架，转向机构，后悬架以及轮胎和地面模型。[7]底盘以一个定义了集中质量和转动惯量的刚性球体代替。前悬架采用的是双横臂式独立悬架，后悬架采用了斜置臂式后悬架。转向机构模型主要包括转向梯形，转向机，转向传动轴，转向盘等部件。轮胎模型采用的是Fiala轮胎。路面模型采

4、用的是mdi_2d_flat路面，该路面是一块水平路面，摩擦系数为1，对于操纵稳定性试验所要求的平直路面是适合的。2操纵稳定性试验与分析6本文选用转向盘角阶跃试验进行分析[8][9]。2.1不同试验车速下整车模型的操纵稳定性空载整车模型在平直路面上均匀加速到试验车速（20km/h，40km/h，60km/h），以试验车速匀速行驶一段距离后，以尽快的速度（起跃时间不大于0.2秒）转动方向盘到100°，保持转向盘转角不变，汽车从直线进入圆周行驶。记录横摆角速度和侧向加速度随时间的变化曲线（红色线条代表60km/h，蓝色线条代表

5、40km/h，黑色线条代表20km/h）。图1不同车速下整车模型的横摆角速度图2不同车速下整车模型的侧向加速度由图1，图2可以看出，整车模型的横摆角速度和侧向加速度的峰值都出现在汽车突然转向的时刻，随着整车模型进入圆周运动，横摆角速度和侧向加速度趋于稳定。随着车速的提高，整车模型的横摆角速度和侧向加速度不断提高，瞬态响应变差。2.2同一车速不同方向盘转角下整车模型的操纵稳定性6满载整车模型在平直路面上均匀加速到40km/h，匀速行驶一段距离后，以尽快的速度（起跃时间不大于0.2秒）分别转动转向盘到100°，150°，200

6、°，保持转向盘转角不变，汽车从直线进入圆周行驶。记录横摆角速度和侧向加速度随时间的变化曲线（蓝色线条代表200°，红色线条代表150°，黑色线条代表100°）。图3不同方向盘转角下整车模型的横摆角速度图4不同方向盘转角下整车模型的侧向加速度由图3，图4可以看出，整车模型的横摆角速度和侧向加速度的峰值依然出现在汽车突然转向的时刻，方向盘的转角越大，整车模型的横摆角速度和侧向加速度的峰值越大。随着整车模型进入圆周运动，横摆角速度和侧向加速度趋于稳定，且方向盘转角的不同带来的变化相差不大。2.3质心位置不同时整车模型的操纵稳定性

7、实际情况中，汽车往往由于乘员人数不同或装载货物而发生整车质心位置的变化，因此有必要探讨一下汽车质心位置改变时整车的操纵稳定性情况。将满载整车模型的质心位置前移100mm，均匀加速到40km/h，然后突然施加100°的方向盘转角，记录整车模型的横摆角速度和侧向加速度。图6，图7记录的是满载情况下整车模型质心前移和在原始位置时的横摆角速度和侧向加速度曲线（红色线条代表质心在原始位置，蓝色线条代表质心位置前移100mm）。图5质心前置100mm和原始位置下整车模型的横摆角速度图6质心前置100mm和原始位置下整车模型的侧向加速度

8、6由图5、图6可以看出，质心前置100mm后，整车模型的横摆角速度和侧向加速度均有所下降。可以说，实际情况中，若由于乘员人数不同或装载货物而使汽车的质心后移，将对汽车的操纵稳定性造成不利的影响，在进行汽车设计时，尽量把重心向汽车的前部布置，可以在一定程度上降低横摆角速度和侧向加速度的峰值，改善汽车的瞬态