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应用二次开发模块研究汽车操纵稳定性


第35卷第6期
2005年11月

吉林大学学报(工学版)
Joumal of Jilin Universit)r(En西neering and Technology Edition)

V01.35

No。6

Nov.2005

文章编号:1671—549

7(2005)06—0582—05

应用ADAMS/CAR二次开发模块

研究汽车操纵稳定性
于国飞1’2…,孔德文2,马士泽3,吴光强1
(1.同济大学汽车学院,上海201804;2.吉林大学机械科学与工程学院,长春130022;3.上海汽车工业(集
团)总公司汽车工程研究院,上海200437)



要:为了实现汽车产品的虚拟开发,利用ADAMs/CAR二次开发模块建立了国产某小客

车的整车多体系统动力学仿真模型。按照国家相关整车操纵稳定性的试验评价方法和标准, 重复进行了整车稳态、转向回正等几种典型工况的仿真试验与分析。对比实车试验测试结果, 主要参数项的最大仿真误差均控制在10%以内。对于实车试验测试和仿真试验测试结果均 不理想的性能指标,经过参数调整可以得到比较理想的仿真结果。 关键词:车辆工程;稳定性标准;ADAMs;操纵稳定性;多体系统动力学;虚拟样机 中图分类号:U462.31 文献标识码:A

velIide Steering

Stability Researched by RedeVeloped
of

Modllle

ADAMS/CAR

YU Guo.feil,2一,KONG De—wen2,MA Shi.ze3,WU Guang—qian91

(1.乃,崩i‰妇您砂,踟zfege矿A咖瑚6如,‰n曲谢201804,吼i船;2.Coz妇它旷胁如Ⅱn拓Ⅱz&如几∞口以Er画n8e一愕,朋梳

胁龇巧妙,吼口,神Ⅱn

130022,

吼iM;

3.

A咖啪£眈E,柳愀矗ng Ac。如啊,

鼽o,咖i

A以D盯跏洳md淞啊cD甲Dm‘如n

(Gro印),Sh昭h舐200437,C觚觚)
Abstract:Tb realize the virtufLl development of t}le simulation model
was to

automobile pmducts,
car



multi.body system

dyn枷ics

built for



cenain domest主c passenger
test

by means of
on



redeVeloped module of ADAMs/ t}le vehicle steering stability,tlle

CAR.Acco耐ing
simulation
test were tests

tlle national staIldard and the

evaluation method
as

under够pical working conditions such and discussed.

steady steering and stee矗ng retum.to—straight ability
car

ped.0珊ed

Comp撕son
was

between the simulation and the real less t|lan 10%.For t王le
car

tests

shows that
were

maximum diff宅rence of the main imperfect bo出in the reaLl after
car

par锄eters

ped’o瑚ance

indexes which

test

and in the virtual

simulation,ideal simulation results could be obtained

adjustlIlent

of the

p锄meters.
dyn锄ics;

Key wDrds:vehicle engineering;stability criteria;ADAMS;steering stability;multibody system virtual prototype

收稿日期:2005一ol-31.

基金项目:上海汽车工业科技发展基金会资助项目(0321). 作者简介:于国飞(1963一),女,副教授,现在同济大学作博士后研究.研究方向:车辆动力学仿真及其控制.E.mail: y幽’盯@sina.com

万方数据  

第6期

于国飞,等:应用ADAMs/CAR二次开发模块研究汽车操纵稳定性

。583?

同步、异步跳动等情况及前悬架和转向操纵系统 O





的运动协调关系是否合理。 若要建立完整的整车虚拟样机仿真模型,还 需建立相应的发动机模型、制动系统模型、前稳定 杆模型及车身模型等9个系统模型。整车模型中 发动机模型和制动系统模型是依据数据参数建立 起来的,模型外观图中并未体现其实体。整车仿 真过程中是调用数据文件来实现驱动或者车辆的 加速、减速以及制动过程的。图1所示为国产某 小客车整车虚拟样机仿真模型。为了清晰地表达 各个子系统的相互连接关系,将车身总成模型用 一个质量集中的球体表示,这样并不影响仿真结 果。输入车身的总质量、质心位置及绕质心的转 动惯量等参数可对整车进行各项仿真分析。

基于多体系统动力学理论的虚拟样机技术在 汽车行业得到越来越广泛的应用,如日本丰田汽 车公司利用虚拟样机技术开发了车辆双移线虚拟 仿真ELK试验系统,可以用于研究车辆的操纵稳 定性,并经过实车试验验证¨.z?。为了提高中国 汽车企业的产品自主研发能力,作者在ADAMS/ CAR仿真分析模块的基础上,二次开发了一个用 于整车试验的专用仿真模块。用该模块可仿真国 标中制定的整车动力性、制动性、操纵稳定性以及 平顺性中的多种典型工况,既可用于对老产品进 行性能分析,也可用于新产品开发时动力性、操纵 稳定性等性能预测,从而实现产品的虚拟开发。

1仿真模型的建立
ADAMS/CAR是对整车及各个总成进行动态 仿真分析的专业化模块。通过仿真分析,可以计 算输出整车和某个总成的多种特性曲线,设计人 员也可根据产品开发需要白定义某些输出特 性旧J,以便对整车进行综合性能的评价和分析。 1.1主要模型的建立 (1)前、后桥总成模型:国产某小客车的前桥 采用可摆动的滑柱式独立悬架结构,悬架由双向 筒式前减振器、螺旋弹簧、横向稳定杆等组成。后 桥为纵向摆臂式,由双向筒式后减振器、螺旋弹 簧、桥架等组成。 (2)转向操纵系统模型:小客车的转向系统 为齿轮。齿条式,由转向盘、转向轴、转向管柱、转 向输出轴、转向齿条等构成。在已有的标准模板 基础上,针对实际小客车的结构形式进行修改和 完善,调整了转向系统参数和连接点坐标,并增加 了作用于转向输出轴和转向齿轮之间的阻尼器与 转向管柱的力矩输入信号。 (3)轮胎模型:轮胎模型是影响操纵稳定性 能仿真分析的关键因素之一。通过进行整车的瞬 态响应试验分析,建立了基于轮胎侧偏特性试验 数据并综合侧滑、纵滑等性能的理论轮胎模型。 1.2整车虚拟样机仿真模型的建立 在建立上述模型之后即可组合成前悬架、转 向操纵系统、试验台架及后悬架、试验台架的系统 分析模型并进行仿真分析,用以检验前、后悬架的 2.1实车试验测试 在进行各项仿真试验之前,在上海某试验场 对小客车进行了多次实车测试,试验结果取6次 测试的平均值。试验车的其他参数有:满载质量 为1710 kg;前后轴质量分别为810 遵照国标要求。 汽车的操纵稳定性是汽车最重要的性能之 一,而其评价指标有多种,我国有稳态回转特性、 转向回正性、蛇行试验、转向轻便性等。这些有关 操纵稳定性能的仿真试验均可在二次开发的 ADAMs/CAR平台上进行。下面给出几项有代表 性的仿真试验结果,如表1所示。
kg、900 n昏1

图1整车虚拟样机仿真模型
virtIIaI pmtoty】pe simuIation modd of whoIe vehide

2操纵稳定性试验

kg;方

向盘直径为350 mm。测试标准和条件等均严格

万方数据  

?584?

吉林大学学报(工学版)
表1实车测试结果
Table

第35卷



Reslllts of

proto∞r

test

不足转向度W((。)
?(m?s一2)一1)

车身侧倾度k/ ((。).(m.s一2)一1)

横摆角速度残留值横摆角速度总方差平均横摆角速度峰值平均转向盘转角峰值
r/((。)?s一1) E/s

rm/((。)?s-1)

6。wm/(。)

2.2稳态回转仿真试验 稳态回转特性是汽车操纵稳定性中最基本和 最重要的性能,对汽车操纵稳定性具有“否决 权”HJ。基于ADAMS/cAR模块二次开发的稳态 回转仿真试验按照GB/T 6323.6—94”o进行。在 此仿真试验中,考虑到前稳定杆和后桥在车辆侧

倾运动中的弹性变形,将两部件进行了模态分析,
并将模态中性文件导入模型中,建立刚柔耦合的 动力学仿真模型。前后车轴侧偏角差特性的仿真 结果如图2中虚线所示。
图3车身侧倾角与侧向加速度的关系
Fig.3

Relationship
an西e

between

vellicle body

and Iateral

acceleration

35.0 30.0 25.0

{-1 20.O


C 15 0 一 t 10.0
5.O O.O
一5 O O

图2前后车轴侧偏角差特性
n昏2 Cha聃cteris廿璐of front and
rear

图4横摆角速度响应仿真曲线 SilnInation饥nre Fig.4 ya咖

of删de

axle啪p锄曙Ie

di骶咖ee

velocity r∞po璐e

车身侧倾角与侧向加速度关系的仿真结果如 图3所示。从图中测出车身在侧向加速度达到2

的计算公式为:


n∥s2时车身侧倾度指标为1.09(o)/(m?s。2)。
2.3转向回正性仿真试验 本节给出低速转向回正性的仿真试验结果, 试验标准按GB/T 6323.4—94进行¨1。初始条 件是沿半径为15 m的圆周行驶,侧向加速度达到 4-n/s2时撒手,小客车的横摆角速度响应仿真曲 线如图4所示。 仿真试验得到起始横摆角速度、横摆角速度 的残留值及其总方差计算值。横摆角速度总方差

E,=[(1)2+0.5]血
ro

式中:r;为横摆角速度采样点处的瞬态值;r0为横 摆角速度响应的初始值;缸为采样间隔,一般n缸
=3

s,n为采样点数。 蛇行试验反映车辆的急剧转向能力以及乘员

2.4蛇行试验仿真 的舒适性和安全性。虚拟样车蛇行试验仿真工况 的定义参照GB/T6323.1—94进行。采用经典的 驾驶员预瞄模块一J,横摆角速度的时间历程、转

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向盘转角仿真曲线分别如图5、图6所示。由此、一 可计算出平均横摆角速度峰值和平均转向盘转角 峰值。计算结果如下: 平均横摆角速度的峰值:



74

y。=弓一(I
一 1

y1 l+I

y2 I+I

y3 l+I

1)18.44(。)/s

:口

/、八八八 V V V~
图6转向盘转角时间历程

平均转向盘转角峰值:

p。wm=弓一(1
-t

p。。1 I+I p。。2 I+I口。。3

I+I目。“I)=
ng.6面me history

57.37(o)

of触血g whed§st嘲血g锄gle

仿真试验与实车试验结果比较见表2,可见 其中4项指标的仿真结果与实测值很逼近,相对 误差小于或等于10%,表明仿真结果比较理想。 但也有2项指标的相对误差较大(大于20%),说 明仿真过程尚有一些细节值需要分析和修改。 2.5误差原因分析 仿真和实测数据均显示小客车具有过多的不 足转向特性(见表2)。不足转向度u偏低可能与
图5横摆角速度时间历程

Fi昏5-I铀e

history

of毗licle yawn

车辆前、后轴载荷的再分配及前后悬架的刚度等
velod够

因素有关。作者从以下3方面调整参数:①考虑

表2仿真试验与实车试验测试结果对比
Table 2
Reslllt

comparsioⅡbetw∞n幽mlllation

test

and protO

car

t鹤t

轻量化的车身材料,尽量降低簧载质量;②调整质 心坐标,降低并前移质心位置,使前后轴承受的载 荷重新分配;③适当增加前悬架的刚度,相应降低 后悬架的刚度。可以得到前后车轴侧偏角差特性 曲线如图2中实线所示,计算其转向不足度为 0.49(o)/(m?s。2),满足了客车不足转向特性要 求。仿真结果表明,改进方法比较合理,而具体的 实施结果有待于新样机的实车试验来验证。 横摆角速度总方差相对误差达到39.1%,主 要原因是因为在整车仿真模型中没有考虑转向系 统的阻尼和干摩擦等因素影响,横摆角速度在短 时间内很快趋于稳定值。可考虑上述因素的影响 来进一步完善系统模型,从而改善转向回正性的

仿真结果。

3结束语
在ADAMS/cAR基础上二次开发了集评价

整车动力性、制动陛、操纵稳定性及平顺性于一体
的自动仿真系统,利用此开发平台建立了某小客 车虚拟样机的多体动力学仿真模型,并进行了稳 态、转向回正等典型工况的仿真试验。试验结果 说明,利用ADAMs/CAR二次开发模块分析评价 某小客车的操纵稳定性十分有效,通过对开发模 块加以改进,其仿真结果具有较高的可信度和一 定的参考价值。应用此二次开发的自动仿真系统

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?586?

吉林大学学报(工学版)
hua

第35卷

既可精确地重复试验条件下的各种典型工况,又 可在新车型设计阶段详细地预测其各种性能Ⅲ, 为加速实现开发自主品牌车辆打下坚实的基础。 参考文献:
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(责任编辑程仲基)

本刊2005年第5期发表的论文全部被EI Compendex收录

从EI数据库网站(http://’、删.en百neering

village2.o唱.cn)获悉,本刊2005年第5期

发表的21篇论文全部被EI Compendex收录,第一作者名单如下:

郭孔辉 金敬福
张友安

刘玉梅 张大庆 齐小刚 林晓辉

王殿海 耿端阳 肖健宇 董锦坤

钟祥麟 徐进永 谭梅

蒋志强 裘建新 连静

崔岩

葛宏伟
张乐天

于晓辉

万方数据  


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