懸架特性對操穩(wěn)性能影響的分析方法探討.doc

懸架特性對操穩(wěn)性能影響的分析方法探討通過改變前懸架的側(cè)傾轉(zhuǎn)向梯度和側(cè)向變形轉(zhuǎn)向梯度，運(yùn)用MSC ADAMS分析懸架K&C性能的變化對整車操縱穩(wěn)定性的影響；該方法也可用于懸架其它K&C性能的分析，為汽車懸架的概念設(shè)計(jì)和樣車性能提升提供仿真支持。1 概述 由于汽車在隨機(jī)性、快速性和機(jī)動性等方面的優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)成為人們重要的交通工具，而隨著汽車占有率的日益提高，公路交通安全已經(jīng)成為一個(gè)受廣泛關(guān)注的社會問題。汽車操縱穩(wěn)定特性不僅影響到汽車駕駛的操縱輕便性，而且也是解決高速車輛安全性的一個(gè)重要性能。汽車操穩(wěn)特性的研究已經(jīng)有70多年的歷史，其首要研究的問題是具有怎樣運(yùn)動規(guī)律和行駛性能的汽車容易為不同的人所接受，其次是需要研究優(yōu)化方法來提高汽車的操穩(wěn)特性。 目前國內(nèi)對汽車操穩(wěn)性能問題研究的文章很多，但一般都集中在整車操穩(wěn)理論、試驗(yàn)方法研究，而基于懸架K&C性能分析進(jìn)而預(yù)測、優(yōu)化并改進(jìn)整車操穩(wěn)性能的分析方法研究較少。汽車的不足轉(zhuǎn)向度是汽車操縱穩(wěn)定性的一個(gè)重要評價(jià)指標(biāo)，在汽車概念設(shè)計(jì)階段，通過懸架在各種工況下的K&C性能分析，可計(jì)算分析整車的基本動力學(xué)特性，協(xié)助完成目標(biāo)設(shè)定、目標(biāo)改進(jìn)和整車操穩(wěn)性能優(yōu)化提升等工作。 本文最終以奇瑞某車型為例，分析并研究改變懸架的K&C特性（主要改變懸架的側(cè)傾轉(zhuǎn)向和側(cè)向變形轉(zhuǎn)向梯度）對整車不足轉(zhuǎn)向度的影響，并在整車操穩(wěn)性能的優(yōu)化改進(jìn)中進(jìn)行了驗(yàn)證。 2 基本理論 懸架的K&C性能是汽車動力學(xué)特性的重要基礎(chǔ)，為了滿足來自汽車市場的各種各樣的技術(shù)需求，懸架K&C分析已經(jīng)變得越來越重要。Kinematics研究懸架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的幾何空間位置運(yùn)動特性，不考慮質(zhì)量或力的影響；Compliance是由于力的作用而引起的變形，如彈簧、穩(wěn)定桿、襯套和部件的受力變形。通過懸架K&C性能的分析改進(jìn)，可為整車性能的提升提供支持。 2.1 側(cè)傾轉(zhuǎn)向 當(dāng)汽車車廂側(cè)傾時(shí)，由車廂側(cè)傾所引起的懸架運(yùn)動會導(dǎo)致車輪轉(zhuǎn)向。由于簧載質(zhì)量的側(cè)傾運(yùn)動，前輪、后輪相對于簧載質(zhì)量的轉(zhuǎn)向運(yùn)動稱為側(cè)傾轉(zhuǎn)向。由于側(cè)傾轉(zhuǎn)向改變輪胎轉(zhuǎn)角，因此直接影響汽車的操穩(wěn)性能。以代表側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù)，整車的不足轉(zhuǎn)向度可表示為：其中：車身側(cè)傾角； ay側(cè)向加速度； 隨著前、后側(cè)傾轉(zhuǎn)向的方向與數(shù)值的不同，整車的不足轉(zhuǎn)向度也會隨著增加或較小。 2.2 側(cè)向變形轉(zhuǎn)向 為使汽車具有好的NVH性能，懸架連桿機(jī)構(gòu)一般采用剛度較小的襯套，這樣在懸架受到側(cè)向力時(shí)就會引起車輪繞主銷或垂直于地面軸線的轉(zhuǎn)向，這稱為側(cè)向變形轉(zhuǎn)向。變形轉(zhuǎn)向也是一種使車輛具有恰當(dāng)不足轉(zhuǎn)向度的有效手段，一般希望汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)承受主要載荷的外側(cè)車輪有合適的不足轉(zhuǎn)向特性，即前輪有減少前束的變形轉(zhuǎn)向角，后輪有增加前束的變形轉(zhuǎn)向角。 側(cè)向變形轉(zhuǎn)向系數(shù)可定義為：其中：c轉(zhuǎn)向角； Fy側(cè)向力； 側(cè)向力等于軸荷乘以側(cè)向加速度，因此前軸轉(zhuǎn)向角可表示為： 由側(cè)向變形轉(zhuǎn)向引起的整車不足轉(zhuǎn)向度可表示為： 3 仿真分析 懸架K&C分析時(shí)需要考慮各種各樣的工況，如跳動、轉(zhuǎn)彎、制動、側(cè)傾等，以研究懸架的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特性，因此需要專門的軟件或分析方法的支持，目前應(yīng)用較多的是多體動力學(xué)分析軟件MSC ADAMS。 圖1 前懸架模型 在MSC ADAMS/Car中建立前懸架模型、穩(wěn)定桿模型和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型如圖1所示，根據(jù)公式（1）、（4），在仿真分析時(shí)，保持整車的載荷狀態(tài)、質(zhì)量屬性、彈簧、減振器等參數(shù)不變，通過改變前懸架空間連桿機(jī)構(gòu)的位置、襯套剛度、副車架剛度等參數(shù)，只改變前懸架的側(cè)傾轉(zhuǎn)向梯度和側(cè)向變形轉(zhuǎn)向梯度，即只改變f和Af，而不改變懸架的其它K&C性能（或改變很小），研究側(cè)傾轉(zhuǎn)向梯度和側(cè)向變形轉(zhuǎn)向梯度的變化對整車不足轉(zhuǎn)向度的影響。圖2所示為前懸架的側(cè)傾轉(zhuǎn)向梯度變化，以左側(cè)車輪為研究對象；圖3所示為側(cè)向變形轉(zhuǎn)向梯度，以右側(cè)車輪為研究對象，只研究左右車輪受同向側(cè)向力時(shí)的梯度變化。 圖2 側(cè)傾轉(zhuǎn)向梯度圖3 側(cè)向變形轉(zhuǎn)向梯度 改變前懸架的側(cè)傾轉(zhuǎn)向梯度和側(cè)向變形轉(zhuǎn)向梯度，而保持前后懸架和整車的其它參數(shù)不變，對整車進(jìn)行穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真分析，計(jì)算整車的不足轉(zhuǎn)向度，即KRS和KLFCS，研究懸架的K&C特性變化對整車性能的影響。不足轉(zhuǎn)向度隨側(cè)傾轉(zhuǎn)向梯度的變化如圖4所示，隨著前懸架側(cè)傾轉(zhuǎn)向梯度f的增大，整車不足轉(zhuǎn)向度KRS逐漸增大；不足轉(zhuǎn)向度隨側(cè)向變形轉(zhuǎn)向梯度的變化如圖5所示，隨著側(cè)向變形轉(zhuǎn)向梯度Af的增大，整車不足轉(zhuǎn)向度KLFCS逐漸增大。結(jié)合圖2、圖3，在汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，前懸架外側(cè)車輪的負(fù)前束變化趨勢增大時(shí)，整車有增加不足轉(zhuǎn)向的趨勢。 通過改變懸架運(yùn)動學(xué)幾何模型、襯套剛度參數(shù)、彈簧特性、穩(wěn)定桿特性等參數(shù)，分析其K&C特性變化，可預(yù)知整車的基本動力學(xué)特性的變化，可用于汽車概念設(shè)計(jì)階段的目標(biāo)值設(shè)定，也可用于樣車底盤性能提升時(shí)的仿真分析支持。 圖4 不足轉(zhuǎn)向度隨側(cè)傾轉(zhuǎn)向梯度的變化圖5 不足轉(zhuǎn)向度隨側(cè)向變形轉(zhuǎn)向梯度的變化 4 結(jié)論 通過懸架的K&C分析，研究了側(cè)傾轉(zhuǎn)向和側(cè)向變形轉(zhuǎn)向?qū)φ嚥蛔戕D(zhuǎn)向的影響，在汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，前懸外側(cè)車輪應(yīng)具有增大負(fù)前束的變化趨勢，相應(yīng)的，后懸架外側(cè)車輪應(yīng)具有增大正前束的變化趨勢，以使整車具有合適的不足轉(zhuǎn)向特性。 該方法也可用于懸架其它性能的分析，如跳動轉(zhuǎn)向、制動轉(zhuǎn)向、回正力矩、外傾補(bǔ)償、載荷轉(zhuǎn)移等，這些都是影響汽車操控性的主要因素。 懸架的K&C特性直接影響整車的操縱穩(wěn)定性，