基于ADAMS的操纵稳定性分析及优化

周磊，高龙，柳强，张俊达

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）



基于ADAMS的操纵稳定性分析及优化

周磊，高龙，柳强，张俊达

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

悬架和转向零部件性能与汽车操纵稳定性密不可分，研究悬架和转向零部件对优化整车操纵稳定性有着非常重要的意义，文章通过运动仿真软件ADAMS验证悬架和转向系统零部件性能对汽车操纵稳定性的影响。

操纵稳定性；悬架；转向；运动仿真

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

汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。

当今世界汽车工业迅猛发展，汽车已成为人们日常生活和工农业生产中不可缺少的重要交通工具。而随着汽车的普及，人们对汽车性能的要求也越来越高，在获得良好的动力性和经济性的同时，还要求具有良好的操纵稳定性和行驶平顺性。对于这些要求，只有通过对汽车系统动力学的深入研究才能实现。在这一领域，用模型分析是一种重要的方法。汽车是一个包含惯量、弹性、阻尼等动力学特性的一个多自由度弱非线性连续体振动系统。而且由于组成汽车各机械子系统（如转向、悬架、轮胎等）之间的相互耦合作用，使汽车的动态特性非常复杂。

本文利用ADAMS软件，建立整车多体系统动力学模型，对整车进行操纵稳定性动力学分析。影响汽车操纵稳定性的因素有很多，本项目主要选取一些实际可修改的因素，如前后悬架钢板弹簧刚度、主销后倾角、转向机背压等参数，提出稳态回转和转向回正性能的优化方案。

1、基于ADAMS/Car的整车模型的建立

1.1根据整车参数建立数模

图1　整车装配模型

根据整车参数及相关硬点坐标建立整车操纵稳定性动力学仿真模型如图1所示：

车辆结构及主要参数如表1所示：

表1　部分设计参数

2、整车操纵稳定性优化

影响汽车操纵稳定性的因素有很多，本项目主要选取一些实际可修改的因素，如前后悬架钢板弹簧刚度、主销后倾角、转向机背压等参数，提出稳态回转和转向回正性能的优化方案。

2.1稳态回转优化

2.1.1板簧刚度的影响分析

表2　板簧刚度

2.1.1.1前板簧刚度的影响分析

改变前板簧刚度进行三次仿真对比：红色曲线：原板簧刚度

蓝色曲线：前板簧刚度加大20%

粉色曲线：前板簧刚度减小20%

图2　稳态回转仿真轨迹

图3　侧倾角

表3　仿真结果

由上表可以看出，加大前板簧刚度，能提高整车的不足转向性能，并且使车厢侧倾度减小。

2.1.1.2后板簧刚度的影响分析

改变后板簧刚度进行三次仿真对比：

红色曲线：原板簧刚度

蓝色曲线：后板簧刚度加大20%

粉色曲线：后板簧刚度减小20%

图4　稳态回转仿真轨迹

图5　侧倾角

表4　仿真结果

由上表可以看出，减小后板簧刚度能略微减小车厢侧倾度，但是对整车的不足转向性能几乎无影响。

2.1.1.3前后板簧刚度的影响分析

改变前后板簧刚度进行三次仿真对比：

红色曲线：原板簧刚度

蓝色曲线：前板簧刚度加大20%；后板簧刚度减小20%

粉色曲线：前板簧刚度减小20%；后板簧刚度加大20%

图6　稳态回转仿真轨迹

图7　侧倾角

表5　仿真结果

由上表可以看出，加大前板簧刚度减小后板簧刚度的组合能更好的提高稳态回转性能。

2.1.2主销后倾角的影响分析

改变主销后倾角进行三次仿真对比：

红色曲线：原车（2°）

蓝色曲线：主销后倾角加大50%（3°）

粉色曲线：主销后倾角减小50% （1°）

图8　稳态回转仿真轨迹

图9　侧倾角

表6　仿真结果

由上表可以看出，减小主销后倾角能略微提高整车稳态回转性能。

2.2转向回正优化

2.2.1改变转向机背压

红色曲线：原车（0.9Mpa）蓝色曲线：转向机背压加大20%（1.08Mpa）粉色曲线：转向机背压减小20%（0.72Mpa）

图10　横摆角速度变化曲线

表7　仿真结果

由上表可以看出，减小转向机背压能提高整车的转向回正性能。

2.2.2改变主销后倾角

红色曲线：原车（2°）

蓝色曲线：主销后倾角加大50%（3°）

粉色曲线：主销后倾角减小50% （1°）

图11　横摆角速度变化曲线

表8　仿真结果

由上表可以看出，加大主销后倾角能提高整车的转向回正性能。

2.3优化方案组合分析

组合：前板簧刚度加大20%，后板簧刚度减小20%，主销后倾角加大50%，转向机背压减小20%。

2.3.1稳态回转工况红色曲线：原车蓝色曲线：组合

图12　稳态回转仿真轨迹

图13　侧倾角

表9　仿真结果

2.3.2转向回正工况

红色曲线：原车

蓝色曲线：组合

图14　横摆角速度变化曲线

表10　仿真结果

由以上结果可以看出，优化方案的组合对稳态回转和转向回正性能都有提高。

2.4各因素灵敏度分析

图15　稳态回转各个因素灵敏度对比

图16　转向回正各个因素灵敏度对比

3、结论

根据仿真结果，对影响稳态回转和转向回正性能的因素进行分析，提出优化方案。仿真结果表明：加大前板簧刚度、减小后板簧刚度、减小主销后倾角都能使稳态回转性能提高；减小转向机背压、加大主销后倾角都能使转向回正性能提高。对各个因素影响灵敏度分析后可得，各优化方案组合能同时提高稳态回转和转向回正性能。综上，建议通过加大前板簧刚度、减小后板簧刚度、加大主销后倾角、减小转向机背压组合的方式来改进整车的操稳性能。

[1] Thomas D.Gillespie车辆动力学.[M]清华大学出版社p134-16.

[2] 郭孔辉.汽车操纵动力学[M]吉林科学技术出版社p1-42.

[3] Masato Abe车辆操纵动力学[M]机械工业出版社p152-166.

[4] D.A柯尔汽车工程手册[M ]机械工业出版社 p245-268.

[5] 德国-耶尔森.赖姆帕尔.汽车底盘基础[M]科学普及出版社.1992.

[6] 德国-耶尔森.赖姆帕尔.悬架元件及底盘力学.[M]吉林科学技术出版社.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，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。

U467

A

1671-7988 （2016）06-90-04