基于ADAMS的操縱穩(wěn)定性分析及優(yōu)化

周磊，高龍，柳強(qiáng)，張俊達(dá)

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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基于ADAMS的操縱穩(wěn)定性分析及優(yōu)化

周磊，高龍，柳強(qiáng)，張俊達(dá)

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

懸架和轉(zhuǎn)向零部件性能與汽車操縱穩(wěn)定性密不可分，研究懸架和轉(zhuǎn)向零部件對優(yōu)化整車操縱穩(wěn)定性有著非常重要的意義，文章通過運(yùn)動(dòng)仿真軟件ADAMS驗(yàn)證懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零部件性能對汽車操縱穩(wěn)定性的影響。

操縱穩(wěn)定性；懸架；轉(zhuǎn)向；運(yùn)動(dòng)仿真

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.06.032

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)06-90-04

前言

汽車的操縱穩(wěn)定性是指在駕駛者不感到過分緊張、疲勞的條件下，汽車能遵循駕駛者通過轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向車輪給定的方向行駛，且當(dāng)遭遇外界干擾時(shí)，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力。

當(dāng)今世界汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，汽車已成為人們?nèi)粘Ｉ詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的重要交通工具。而隨著汽車的普及，人們對汽車性能的要求也越來越高，在獲得良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，還要求具有良好的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。對于這些要求，只有通過對汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的深入研究才能實(shí)現(xiàn)。在這一領(lǐng)域，用模型分析是一種重要的方法。汽車是一個(gè)包含慣量、彈性、阻尼等動(dòng)力學(xué)特性的一個(gè)多自由度弱非線性連續(xù)體振動(dòng)系統(tǒng)。而且由于組成汽車各機(jī)械子系統(tǒng)（如轉(zhuǎn)向、懸架、輪胎等）之間的相互耦合作用，使汽車的動(dòng)態(tài)特性非常復(fù)雜。

本文利用ADAMS軟件，建立整車多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，對整車進(jìn)行操縱穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)分析。影響汽車操縱穩(wěn)定性的因素有很多，本項(xiàng)目主要選取一些實(shí)際可修改的因素，如前后懸架鋼板彈簧剛度、主銷后傾角、轉(zhuǎn)向機(jī)背壓等參數(shù)，提出穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向回正性能的優(yōu)化方案。

1、基于ADAMS/Car的整車模型的建立

1.1根據(jù)整車參數(shù)建立數(shù)模

圖1　整車裝配模型

根據(jù)整車參數(shù)及相關(guān)硬點(diǎn)坐標(biāo)建立整車操縱穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)仿真模型如圖1所示：

車輛結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)如表1所示：

表1　部分設(shè)計(jì)參數(shù)

2、整車操縱穩(wěn)定性優(yōu)化

影響汽車操縱穩(wěn)定性的因素有很多，本項(xiàng)目主要選取一些實(shí)際可修改的因素，如前后懸架鋼板彈簧剛度、主銷后傾角、轉(zhuǎn)向機(jī)背壓等參數(shù)，提出穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向回正性能的優(yōu)化方案。

2.1穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)優(yōu)化

2.1.1板簧剛度的影響分析

表2　板簧剛度

2.1.1.1前板簧剛度的影響分析

改變前板簧剛度進(jìn)行三次仿真對比：紅色曲線：原板簧剛度

藍(lán)色曲線：前板簧剛度加大20%

粉色曲線：前板簧剛度減小20%

圖2　穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真軌跡

圖3　側(cè)傾角

表3　仿真結(jié)果

由上表可以看出，加大前板簧剛度，能提高整車的不足轉(zhuǎn)向性能，并且使車廂側(cè)傾度減小。

2.1.1.2后板簧剛度的影響分析

改變后板簧剛度進(jìn)行三次仿真對比：

紅色曲線：原板簧剛度

藍(lán)色曲線：后板簧剛度加大20%

粉色曲線：后板簧剛度減小20%

圖4　穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真軌跡

圖5　側(cè)傾角

表4　仿真結(jié)果

由上表可以看出，減小后板簧剛度能略微減小車廂側(cè)傾度，但是對整車的不足轉(zhuǎn)向性能幾乎無影響。

2.1.1.3前后板簧剛度的影響分析

改變前后板簧剛度進(jìn)行三次仿真對比：

紅色曲線：原板簧剛度

藍(lán)色曲線：前板簧剛度加大20%；后板簧剛度減小20%

粉色曲線：前板簧剛度減小20%；后板簧剛度加大20%

圖6　穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真軌跡

圖7　側(cè)傾角

表5　仿真結(jié)果

由上表可以看出，加大前板簧剛度減小后板簧剛度的組合能更好的提高穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能。

2.1.2主銷后傾角的影響分析

改變主銷后傾角進(jìn)行三次仿真對比：

紅色曲線：原車（2°）

藍(lán)色曲線：主銷后傾角加大50%（3°）

粉色曲線：主銷后傾角減小50% （1°）

圖8　穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真軌跡

圖9　側(cè)傾角

表6　仿真結(jié)果

由上表可以看出，減小主銷后傾角能略微提高整車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能。

2.2轉(zhuǎn)向回正優(yōu)化

2.2.1改變轉(zhuǎn)向機(jī)背壓

紅色曲線：原車（0.9Mpa）藍(lán)色曲線：轉(zhuǎn)向機(jī)背壓加大20%（1.08Mpa）粉色曲線：轉(zhuǎn)向機(jī)背壓減小20%（0.72Mpa）

圖10　橫擺角速度變化曲線

表7　仿真結(jié)果

由上表可以看出，減小轉(zhuǎn)向機(jī)背壓能提高整車的轉(zhuǎn)向回正性能。

2.2.2改變主銷后傾角

紅色曲線：原車（2°）

藍(lán)色曲線：主銷后傾角加大50%（3°）

粉色曲線：主銷后傾角減小50% （1°）

圖11　橫擺角速度變化曲線

表8　仿真結(jié)果

由上表可以看出，加大主銷后傾角能提高整車的轉(zhuǎn)向回正性能。

2.3優(yōu)化方案組合分析

組合：前板簧剛度加大20%，后板簧剛度減小20%，主銷后傾角加大50%，轉(zhuǎn)向機(jī)背壓減小20%。

2.3.1穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)工況紅色曲線：原車藍(lán)色曲線：組合

圖12　穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真軌跡

圖13　側(cè)傾角

表9　仿真結(jié)果

2.3.2轉(zhuǎn)向回正工況

紅色曲線：原車

藍(lán)色曲線：組合

圖14　橫擺角速度變化曲線

表10　仿真結(jié)果

由以上結(jié)果可以看出，優(yōu)化方案的組合對穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向回正性能都有提高。

2.4各因素靈敏度分析

圖15　穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)各個(gè)因素靈敏度對比

圖16　轉(zhuǎn)向回正各個(gè)因素靈敏度對比

3、結(jié)論

根據(jù)仿真結(jié)果，對影響穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向回正性能的因素進(jìn)行分析，提出優(yōu)化方案。仿真結(jié)果表明：加大前板簧剛度、減小后板簧剛度、減小主銷后傾角都能使穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能提高；減小轉(zhuǎn)向機(jī)背壓、加大主銷后傾角都能使轉(zhuǎn)向回正性能提高。對各個(gè)因素影響靈敏度分析后可得，各優(yōu)化方案組合能同時(shí)提高穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向回正性能。綜上，建議通過加大前板簧剛度、減小后板簧剛度、加大主銷后傾角、減小轉(zhuǎn)向機(jī)背壓組合的方式來改進(jìn)整車的操穩(wěn)性能。

[1] Thomas D.Gillespie車輛動(dòng)力學(xué).[M]清華大學(xué)出版社p134-16.

[2] 郭孔輝.汽車操縱動(dòng)力學(xué)[M]吉林科學(xué)技術(shù)出版社p1-42.

[3] Masato Abe車輛操縱動(dòng)力學(xué)[M]機(jī)械工業(yè)出版社p152-166.

[4] D.A柯爾汽車工程手冊[M ]機(jī)械工業(yè)出版社 p245-268.

[5] 德國-耶爾森.賴姆帕爾.汽車底盤基礎(chǔ)[M]科學(xué)普及出版社.1992.

[6] 德國-耶爾森.賴姆帕爾.懸架元件及底盤力學(xué).[M]吉林科學(xué)技術(shù)出版社.1991.

Based on ADAMS, the steering stability analysis and optimization

Zhou Lei, Gao Long, Liu Qiang, Zhang Junda
( Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601）

Suspension and steering parts performance is closely connected with vehicle steering stability, the suspension and steering parts is of very important significance to the optimization of vehicle steering stability, based on the movement simulation software ADAMS, verify the suspension and steering system components the influence of the performance of vehicle handling stability.

Handling stability; Suspension; steering; Motion simulation

周磊，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

U467

A

1671-7988 （2016）06-90-04