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影响整车操控性能因素的研究 |
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作者：东风汽车公司技术中心 李衡 蔡颖超 |
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摘要：影响汽车稳态和瞬态响应的因素有很多种，通过对不同性能进行的对比分析，来描述稳态响应中整车质心对不足转向度的影响以及轮胎特性对瞬态相应的影响。
关键词：瞬态响应，稳态响应，操控性，轮胎
1. 前言
汽车理论通过轴荷的变化对侧偏角的影响来判断不足转向度的变换趋势，但是仅通过质心位置的变化不足以直接判定车辆的不足转向趋势，在某些情况下必须要综合考虑轴荷变化的影响。本文结合汽车理论的相关内容通过对整车稳态回转的仿真来验证轴荷变化对不足转向度的影响。
现代军车的要求，不仅要有超强的通过性，还要有像轿车一样良好的操控性，在某军车的设计过程中，发现车辆的瞬态响应不够灵敏，本文将通过轮胎解决方案对某军车瞬态响应性能进行改进。
2. 理论描述
2.1 稳态响应
本文需要论证的是特定轴荷变化对转向特性的影响，首先说明一下论证所需理论依据。能够表征汽车转向特性的重要参数就是稳定性因素K，它的符号直接影响稳态响应的转向趋势。
m 整车质量；L 轴距；k1，k2，前后轮侧偏刚度。
汽车理论里面的论述简短的有这么两点：
1、 当K>0 时，汽车不足转向，K 值越大，不足转向量越大：
2、 当K<0 时，汽车过度转向，K 值越小，过度转向量越大。
图 3 简化汽车模型
通过整车质量和质心的变化来体现转向特性方面的结果。但是对于同一质心位置会产生多种质量分配，下面对同一质心，不同质量的整车模型进行稳态回转仿真。
2.2 瞬态响应
汽车横摆角速度增益：
其中：u -车速； a -汽车质心距前轴距离；b -汽车质心距后轴距离；
在u 、L 、m 、a 、b 、1 k 保持不变的情况下， 2 k 越大，汽车横摆角速度增益 越大，汽车的反应速度越快，瞬态响应越灵敏，这和我们的分析结论刚好吻合。
注：横摆角速度增益不能太大，以免驾驶员无意识所做的轻微的方向盘转动而引起很大的响应。
3. 仿真和计算
3.1 稳态响应分析
3.1.1 仿真模型
以一款目前成熟的乘用车车型为分析对象，仿真模型如下图所示：
图 4 仿真模型
3.1.2 仿真工况
进行稳态回转仿真分析，以GB-6323.6 中的试验标准进行仿真，分析时更改车轮定位角的初始值，如下表格所示，进行三组计算：表格 1 仿真所需不同初始定位角
 原车轮定位角数值并非表格数值，表格内数值可以更加明显的显示分析结果的差别。
3.1.3 分析结果表格 2 不足转向度仿真结果
 
图 5 仿真路径图
可以看出虽然质心位置一样，但是产生了两种不同的转向趋势：
第一种工况为原始工况；
第二种工况为整车质量不变的前提下改变前、后轮荷使整车质心与第二种工况的质心位置相同。
第三种工况为整车质量不变的前提下改变前、后轮荷使整车质心与第二种工况的质心位置相同。
即、不足转向度工况1>工况3>工况2。
3.1.4 理论计算轴荷变化对转向特性的影响
其中L 不发生变化；由于轮胎前后一致且不发生变化，因此 k1 = k2 ，所以变量就只有 m 、a 、b ，通过计算可以得到以下系数：表格 3 仿真工况
 因为侧偏刚度k 为负值，所以得到：
稳定性因素值：工况1>工况3>工况2；
因此、得到不足转向度：工况1>工况3>工况2。
3.2 瞬态响应分析
3.2.1 仿真模型
如图所示，车辆前后悬架均为双横臂式独立悬架，其中前悬架带横向稳定杆，后悬架不带横向稳定杆，转向为循环球式转向系统，轮胎应用吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室试验得到的轮胎属性文件。
图 6 整车仿真模型
3.2.2 整车瞬态响应性能分析
经过前期分析，该军车的通过性和稳态响应性能均能达到国军标和国标的要求，但是瞬态响应性能稍差，其仿真结果如下：表格 4 方向盘角脉冲试验仿真结果
 由表4 可以看出，谐振频率较小，评分较低，汽车反应驾驶员指令较慢。表格 5 方向盘角阶跃试验仿真结果
 横摆角速度响应时间0.36s 反映了汽车瞬态响应反映较慢，国标上限值0.15s，下限值0.4s。
3.2.3 整车瞬态响应性能改进方案
前轮侧偏刚度保持不变，提高后轮侧偏刚度，将原侧偏刚度1500N/deg 提高到2000N/deg。表格 6 轮胎方案方向盘角脉冲试验仿真结果
 表格 7 轮胎方案方向盘角阶跃试验仿真结果
 由表6 和表7 可以看出，提高后轮胎侧偏刚度33%以后，方向盘角脉冲试验中的谐振频率由原来的0.4Hz 提高到0.97Hz，方向盘角阶跃试验中横摆角速度响应时间由原来的0.36s 减小到0.22s，表明改进后该军车的瞬态响应明显变快。
以下为改进前后瞬态响应部分曲线：
图 7 改进前后幅频特性
图 8 改进前后相幅频特性
图 9 改进前后阶跃试验方向盘转角
图 10 改进前后阶跃试验横摆角速度响应
4. 结论
1、 质心位置相同，会产生不同的不足转向度，最终需要对比稳定性因素K 值的大小；
2、 出现前、后轮均在原有的基础上增加部分质量，导致质心后移的，则可能会出现质心向后悬移动，但是不足转向度增加的状况；
3、 通过调整前后轮胎的侧偏刚度可以有效的改善车辆的瞬态响应。
参考文献
[ 1 ] 余志生1 汽车理论 第三版,北京:机械工业出版社,2000.10(end)
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(2/24/2011) |
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