基于模型的底盘系统操稳性能分析与设计研究

论文摘要

国内乘用车市场迅速发展,车辆开发过程中对性能控制工作的需求越来越强烈。其中底盘性能的优劣直接决定了车辆操纵稳定性、平顺性以及制动性等性能指标,因此底盘系统的分析与设计是整车开发中的关键技术。本文以乘用车底盘为研究对象,进行设计开发阶段底盘操稳性能控制内容和控制方法的研究。整车操稳性能控制涉及内容庞大,本文仅就悬架系统、转向系统性能相关的部分内容进行研究。在实际物理样机制造之前利用虚拟样机技术建立原型车的动力学仿真模型,基于该模型进行整车环节和系统环节的操稳性能设计。围绕这个主题,本文主要完成了以下研究工作：悬架K&C特性的分析与优化首先通过分析原型车前、后悬架拓扑结构,建立面向结构的悬架模型,以该模型表示悬架结构参数与悬架系统K&C性能之间的关系。然后进行底盘垂向性能和侧倾性能的设计,以确定原型车悬架刚度特性。对原型车悬架进行运动学仿真,将其K&C特性与目标特性进行对比评价,找出需要改进的特性。对悬架硬点及衬套刚度进行灵敏度分析,建立待优化因素与目标特性之间的关系并进行优化。转向系统特性匹配设计根据悬架系统转向因素,进行底盘稳态转向性能的计算,然后根据整车转向通过性和整车转向灵敏度的要求,进行转向系角传动比的确定,并根据转向系统运动学分析,进行转向器传动比的确定。其次,进行转向系力特性的设计,在转向角传动比确定的前提下,最主要的设计参数是助力特性。根据各工况转向回正力矩的计算分析,以此为基础对助力特性参数进行选择。整车操纵稳定性能评价在前、后悬架模型的基础上,建立包含车身、动力传动系、转向系、制动系、轮胎的原型车面向结构的整车仿真模型。通过对原型车进行整车操稳性能评价试验,对整车的稳态转向特性、瞬态转向特性、高速回正性能、侧倾特性、纵倾特性、中心区的操稳性能进行评价分析,以验证所设计的系统级特性参数是否合理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 现代汽车开发方式
• 1.1.2 现代汽车开发流程
• 1.1.3 课题研究意义
• 1.2 底盘操稳性能分析设计研究概述
• 1.2.1 操纵动力学仿真
• 1.2.2 操纵稳定性评价
• 1.2.3 操稳性能设计参数控制
• 1.3 本文主要研究内容及采取的技术路线
• 1.3.1 论文主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 悬架系统K特性分析与设计
• 2.1 引言
• 2.2 面向结构的悬架基本特性建模
• 2.2.1 初始硬点及目标特性
• 2.2.2 前悬架虚拟样机建模
• 2.2.3 后悬架虚拟样机建模
• 2.2.4 前后悬架试验台装配
• 2.3 悬架刚度特性
• 2.3.1 悬架垂向特性
• 2.3.2 悬架侧倾特性
• 2.3.3 悬架纵倾特性
• 2.4 车轮运动学特性分析
• 2.4.1 车轮前束随轮跳变化特性
• 2.4.2 车轮外倾角随轮跳变化特性
• 2.4.3 车轮侧视转角随轮跳变化特性
• 2.5 悬架运动学性能优化
• 2.5.1 悬架K特性灵敏度分析
• 2.5.2 悬架硬点坐标校正
• 2.6 本章小结
• 第三章 悬架系统C特性分析与优化
• 3.1 引言
• 3.2 悬架C特性分析
• 3.2.1 纵向力C特性分析
• 3.2.2 侧向力C特性分析
• 3.2.3 回正力矩变形转向
• 3.3 悬架C特性试验优化
• 3.3.1 前悬架衬套刚度优化
• 3.3.2 后悬架衬套刚度优化
• 3.4 本章小结
• 第四章 转向系统特性分析与设计
• 4.1 引言
• 4.2 底盘转向特性分析
• 4.2.1 底盘转向特性机理
• 4.2.2 悬架转向特性解析
• 4.2.3 稳态转向特性计算
• 4.3 转向系统角特性设计
• 4.3.1 转向增益分析
• 4.3.2 转向系角传动比可行解
• 4.3.3 转向系角传动比分配
• 4.4 转向系统力特性设计
• 4.4.1 转向回正力矩计算
• 4.4.2 转向系助力特性设计
• 4.5 动力转向系建模
• 4.5.1 转向系刚度特性建模
• 4.5.2 转向角传动特性建模
• 4.5.3 转向系助力特性建模
• 4.6 本章小结
• 第五章 底盘操稳性能评价分析
• 5.1 引言
• 5.2 底盘操稳性开环评价模型
• 5.2.1 轮胎与路面模型
• 5.2.2 纵向动力学子系统
• 5.2.3 整车多体模型装配
• 5.3 高速操纵稳定性评价分析
• 5.3.1 中心区操稳性评价机理
• 5.3.2 中心区操稳性能评价
• 5.4 操纵稳定性评价分析
• 5.4.1 直线行驶试验评价
• 5.4.2 稳态回转试验评价
• 5.4.3 瞬态响应试验评价
• 5.4.4 回正性试验评价
• 5.4.5 蛇行试验评价
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢