基于ADAMS的操縱穩定性分析及優化

周磊，高龍，柳強，張俊達

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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基于ADAMS的操縱穩定性分析及優化

周磊，高龍，柳強，張俊達

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

懸架和轉向零部件性能與汽車操縱穩定性密不可分，研究懸架和轉向零部件對優化整車操縱穩定性有著非常重要的意義，文章通過運動仿真軟件ADAMS驗證懸架和轉向系統零部件性能對汽車操縱穩定性的影響。

操縱穩定性；懸架；轉向；運動仿真

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向系及轉向車輪給定的方向行駛，且當遭遇外界干擾時，汽車能抵抗干擾而保持穩定行駛的能力。

當今世界汽車工業迅猛發展，汽車已成為人們日常生活和工農業生產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，在獲得良好的動力性和經濟性的同時，還要求具有良好的操縱穩定性和行駛平順性。對于這些要求，只有通過對汽車系統動力學的深入研究才能實現。在這一領域，用模型分析是一種重要的方法。汽車是一個包含慣量、彈性、阻尼等動力學特性的一個多自由度弱非線性連續體振動系統。而且由于組成汽車各機械子系統（如轉向、懸架、輪胎等）之間的相互耦合作用，使汽車的動態特性非常復雜。

本文利用ADAMS軟件，建立整車多體系統動力學模型，對整車進行操縱穩定性動力學分析。影響汽車操縱穩定性的因素有很多，本項目主要選取一些實際可修改的因素，如前后懸架鋼板彈簧剛度、主銷后傾角、轉向機背壓等參數，提出穩態回轉和轉向回正性能的優化方案。

1、基于ADAMS/Car的整車模型的建立

1.1根據整車參數建立數模

圖1　整車裝配模型

根據整車參數及相關硬點坐標建立整車操縱穩定性動力學仿真模型如圖1所示：

車輛結構及主要參數如表1所示：

表1　部分設計參數

2、整車操縱穩定性優化

影響汽車操縱穩定性的因素有很多，本項目主要選取一些實際可修改的因素，如前后懸架鋼板彈簧剛度、主銷后傾角、轉向機背壓等參數，提出穩態回轉和轉向回正性能的優化方案。

2.1穩態回轉優化

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

改變前板簧剛度進行三次仿真對比：紅色曲線：原板簧剛度

藍色曲線：前板簧剛度加大20%

粉色曲線：前板簧剛度減小20%

圖2　穩態回轉仿真軌跡

圖3　側傾角

表3　仿真結果

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

2.1.1.2后板簧剛度的影響分析

改變后板簧剛度進行三次仿真對比：

紅色曲線：原板簧剛度

藍色曲線：后板簧剛度加大20%

粉色曲線：后板簧剛度減小20%

圖4　穩態回轉仿真軌跡

圖5　側傾角

表4　仿真結果

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

2.1.1.3前后板簧剛度的影響分析

改變前后板簧剛度進行三次仿真對比：

紅色曲線：原板簧剛度

藍色曲線：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　穩態回轉仿真軌跡

圖7　側傾角

表5　仿真結果

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態回轉性能。

2.1.2主銷后傾角的影響分析

改變主銷后傾角進行三次仿真對比：

紅色曲線：原車（2°）

藍色曲線：主銷后傾角加大50%（3°）

粉色曲線：主銷后傾角減小50% （1°）

圖8　穩態回轉仿真軌跡

圖9　側傾角

表6　仿真結果

由上表可以看出，減小主銷后傾角能略微提高整車穩態回轉性能。

2.2轉向回正優化

2.2.1改變轉向機背壓

紅色曲線：原車（0.9Mpa）藍色曲線：轉向機背壓加大20%（1.08Mpa）粉色曲線：轉向機背壓減小20%（0.72Mpa）

圖10　橫擺角速度變化曲線

表7　仿真結果

由上表可以看出，減小轉向機背壓能提高整車的轉向回正性能。

2.2.2改變主銷后傾角

紅色曲線：原車（2°）

藍色曲線：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　仿真結果

由上表可以看出，加大主銷后傾角能提高整車的轉向回正性能。

2.3優化方案組合分析

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%，轉向機背壓減小20%。

2.3.1穩態回轉工況紅色曲線：原車藍色曲線：組合

圖12　穩態回轉仿真軌跡

圖13　側傾角

表9　仿真結果

2.3.2轉向回正工況

紅色曲線：原車

藍色曲線：組合

圖14　橫擺角速度變化曲線

表10　仿真結果

由以上結果可以看出，優化方案的組合對穩態回轉和轉向回正性能都有提高。

2.4各因素靈敏度分析

圖15　穩態回轉各個因素靈敏度對比

圖16　轉向回正各個因素靈敏度對比

3、結論

根據仿真結果，對影響穩態回轉和轉向回正性能的因素進行分析，提出優化方案。仿真結果表明：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態回轉性能提高；減小轉向機背壓、加大主銷后傾角都能使轉向回正性能提高。對各個因素影響靈敏度分析后可得，各優化方案組合能同時提高穩態回轉和轉向回正性能。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、減小轉向機背壓組合的方式來改進整車的操穩性能。

[1] Thomas D.Gillespie車輛動力學.[M]清華大學出版社p134-16.

[2] 郭孔輝.汽車操縱動力學[M]吉林科學技術出版社p1-42.

[3] Masato Abe車輛操縱動力學[M]機械工業出版社p152-166.

[4] D.A柯爾汽車工程手冊[M ]機械工業出版社 p245-268.

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

[6] 德國-耶爾森.賴姆帕爾.懸架元件及底盤力學.[M]吉林科學技術出版社.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

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1671-7988 （2016）06-90-04