一種基于懸架kc特性的汽車底盤操穩(wěn)性能分析模型的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于計算懸架K&C特性對整車操穩(wěn)性能影響的模型。通過對底盤操穩(wěn)性能評價指標(biāo)的合理選取，基于多體動力學(xué)理論建立相應(yīng)的整車動力學(xué)模型，并對懸架K&C特性進行參數(shù)化，提取懸架K&C特性的關(guān)鍵控制參數(shù)，并根據(jù)底盤轉(zhuǎn)向運動學(xué)機理將懸架K&C特性控制參數(shù)加入到整車模型中，從而得到可以用于懸架K&C特性對操穩(wěn)性能影響分析的動力學(xué)模型。一方面該模型輸入?yún)?shù)主要為整車級基本參數(shù)，另一方面通過與實車試驗結(jié)果進行對比分析，表明該模型具有較高的仿真精度，因此該建模方法可以用于底盤操穩(wěn)性能開發(fā)階段前期預(yù)測，從而用于解決底盤性能開發(fā)過程中的性能目標(biāo)控制問題。
【專利說明】一種基于懸架KC特性的汽車底盤操穩(wěn)性能分析模型

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及領(lǐng)域，具體為一種用于計算懸架K&C特性對整車操穩(wěn)性能影響的模型。

【背景技術(shù)】
[0002]在底盤操穩(wěn)性能開發(fā)中，在概念開發(fā)階段對底盤操穩(wěn)性能進行快速預(yù)測是非常具有具工程意義的，而操穩(wěn)性能的預(yù)測依賴于動力學(xué)模型的建立，需要根據(jù)所需要評價的整車性能指標(biāo)選擇所建模型的復(fù)雜程度。在底盤操穩(wěn)性能概念設(shè)計階段，最為重要任務(wù)之一就是確定懸架系統(tǒng)方案，懸架系統(tǒng)方案確定的關(guān)鍵就在于懸架系統(tǒng)硬點與系統(tǒng)剛度的確定，而懸架K&C特性則是對懸架外特性的綜合描述(懸架K特性指的是懸架系統(tǒng)在輪跳過程中表現(xiàn)出的性能，懸架C特性指的是懸架在外部力與力矩作用下表現(xiàn)出的性能)，因此需要建立考慮懸架K&C特性的操穩(wěn)計算動力學(xué)模型。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于底盤性能概念設(shè)計階段，在無法得到詳細底盤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)下，僅需輸入少量底盤系統(tǒng)參數(shù)即可對懸架系統(tǒng)方案進行快速分析評價，并且具有較高仿真精度基于懸架KC特性的汽車底盤操穩(wěn)性能分析模型。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種基于懸架KC特性的汽車底盤操穩(wěn)性能分析模型，包括建立輪胎模型，所述KC特性為運動學(xué)特性與彈性運動學(xué)特性，其還包括建立車體模型、建立懸架模型、建立計算車輪等效轉(zhuǎn)角模型；其中所述懸架包括左前If懸架，右前rf懸架，左后Ir懸架，右后rr懸架，
[0004]所述建立車體模型的步驟具體為:
[0005]Al獲取汽車的簧載質(zhì)量m、質(zhì)心至前軸距離a、質(zhì)心至后軸距離b、輪距C、簧載質(zhì)量繞X軸轉(zhuǎn)動慣量Jx、簧載質(zhì)量繞I軸轉(zhuǎn)動慣量Jy及簧載質(zhì)量繞Z軸轉(zhuǎn)動慣量Jz ;
[0006]A2、建立車體坐標(biāo)系、輪胎印跡坐標(biāo)系、輪胎坐標(biāo)系、慣性坐標(biāo)系，其中輪胎印跡坐標(biāo)系關(guān)于慣性坐標(biāo)系的方向余弦矩陣為:
[0007]

【權(quán)利要求】
1.一種基于懸架KC特性的汽車底盤操穩(wěn)性能分析模型，包括建立輪胎模型，所述KC特性為運動學(xué)特性與彈性運動學(xué)特性，其特征在于:還包括建立車體模型、建立懸架模型、建立計算車輪等效轉(zhuǎn)角模型；其中所述懸架包括左前If懸架，右前rf懸架，左后Ir懸架，右后rr懸架， 所述建立車體模型的步驟具體為: Al獲取汽車的簧載質(zhì)量m、質(zhì)心至前軸距離a、質(zhì)心至后軸距離b、輪距C、簧載質(zhì)量繞x軸轉(zhuǎn)動慣量Jx、簧載質(zhì)量繞I軸轉(zhuǎn)動慣量Jy及簧載質(zhì)量繞z軸轉(zhuǎn)動慣量Jz ； A2、建立車體坐標(biāo)系、輪胎印跡坐標(biāo)系、輪胎坐標(biāo)系、慣性坐標(biāo)系，其中輪胎印跡坐標(biāo)系關(guān)于慣性坐標(biāo)系的方向余弦矩陣為:
車體坐標(biāo)系關(guān)于輪胎印跡坐標(biāo)系的方向余弦矩陣為:
輪胎印跡坐標(biāo)系關(guān)于車體坐標(biāo)系的方向余弦矩陣為:
輪胎坐標(biāo)系關(guān)于輪胎印跡坐標(biāo)系的方向余弦矩陣為:
表示車體的橫擺角、Φ表示車體的側(cè)傾角、Θ表示車體的 縱傾角； A3、根據(jù)車體受力模型，由牛頓定律得到車體平動動力學(xué)方程(I)及車體轉(zhuǎn)動動力學(xué)方程(2):所述車體平動動力學(xué)方程(I)為:

U、V、W分別表示車體質(zhì)心處的縱向、側(cè)向、垂向速度，F(xiàn)xsij> Fysij分別表示懸架桿系傳遞至車體的x、y方向力，F(xiàn)zsij表示懸架減振器支柱與彈簧傳遞至車體z方向力,Fdzij表示由懸架桿系產(chǎn)生并傳遞至車體的舉升力，Mxij, Mnj、Mzij分別為懸架傳遞至車體的力矩在X、y、z三個方向上的分力矩，ij表示左前l(fā)f，右前rf，左后Ir，右后rr，車體俯仰角Θ，側(cè)傾角φ，橫擺角Φ是相對于慣性坐標(biāo)系，而車體運動角速度wx，wy, wz是相對于車體坐標(biāo)系； 所述建立懸架模型的步驟具體為: B1、獲取汽車單側(cè)非簧載質(zhì)量mu1、懸架剛度k#、懸架阻尼系數(shù)b#、質(zhì)心高度h、質(zhì)心與側(cè)傾中心高度差hM1、輪胎半徑1^、輪胎垂向剛度kti ； B2、參照建立車體模型中的步驟A2建立的車體坐標(biāo)系、輪胎印跡坐標(biāo)系、輪胎坐標(biāo)系、慣性坐標(biāo)系，并假定前后懸架側(cè)傾中心高度固定不變，而且側(cè)傾中心是懸架將載荷傳遞到車體的作用點，建立車體右前懸置點的載荷方程:
，其中 Uurf、Vurf、Wurf 分別表示右前非簧載質(zhì)量在車體坐標(biāo)系下的速度，而Uurf的導(dǎo)數(shù);;_表示加速度，ksrt右前懸架剛度Isrf表示右前懸輪心至車體懸置點長度，muf表示單側(cè)前懸非簧載質(zhì)量，h?f表示質(zhì)心至前懸側(cè)傾中心距離，F(xiàn)xgsrf, Fygsrf, Fzgsrf是基于車體坐標(biāo)系的輪胎接地點載荷，由基于輪胎印跡坐標(biāo)系的輪胎力Fxgrf, Fygrf, Fzgrf通過坐標(biāo)變換計算得到； B3、然后計算非簧載質(zhì)量速度，其中非簧載質(zhì)量縱向速度Uurf與側(cè)向速度Vmf由下式計算得到:
，其中Usrt、Vsrt為右前懸置點速度，而非簧載質(zhì)量的垂向速度由下式求得:
而右前懸置點速度由車體質(zhì)心速度根據(jù)坐標(biāo)變換求得:
其中C表示輪距，a表示車體質(zhì)心至前軸距離； B4、然后得到右前輪胎載荷:
:Fxtrf、Fytrf表示基于輪胎自身坐標(biāo)系的輪胎縱向力、輪胎側(cè)向力，而相對于輪胎自身坐標(biāo)系的輪胎垂向載荷可由輪胎垂向變形計算得到Fzgrf =Fztrf = xtrfktf? ktf表示前輪胎垂向剛度，Xtrt表示右前輪胎垂向變形量；而右前輪胎的垂向變形由下式計算得到:
同理得到左前、左后、右后點的速度和載荷方程； 建立計算車輪等效轉(zhuǎn)角模型的具體步驟為: Cl、獲取前后輪胎側(cè)偏剛度Ca1、輪胎外傾剛度CH，以及前后懸架相關(guān)K&C特性，包括懸架側(cè)傾轉(zhuǎn)向梯度E1、側(cè)傾外傾梯度Y1、側(cè)向力變形轉(zhuǎn)向梯度Ap側(cè)向力變形外傾梯度Yy1、回正力矩變形轉(zhuǎn)向梯度Emi ； C2、根據(jù)得到的輪胎特性及懸架K&C特性參數(shù)，計算前輪胎側(cè)偏特性導(dǎo)致的轉(zhuǎn)角
后輪胎側(cè)偏特性導(dǎo)致的轉(zhuǎn)角
前懸側(cè)傾轉(zhuǎn)向EfLay、后懸側(cè)傾轉(zhuǎn) 向EJVy、前懸側(cè)傾外傾轉(zhuǎn)向
、后懸側(cè)傾外傾轉(zhuǎn)向
前懸側(cè)向力變形轉(zhuǎn) 向AfFyf、后懸側(cè)向力變形轉(zhuǎn)向ArFyr、前懸側(cè)向力外傾轉(zhuǎn)向
、后懸側(cè)向力外傾轉(zhuǎn)向
前懸回正力矩變形轉(zhuǎn)向EmfHifPtf、后懸回正力矩變形轉(zhuǎn)向及由轉(zhuǎn)向系運動 學(xué)導(dǎo)致的前輪轉(zhuǎn)角δ Mf，將求出的各項車輪轉(zhuǎn)角分量疊加及可得到前后輪的綜合轉(zhuǎn)角，其中mf、m,為前后軸荷，caf>car為前后輪胎側(cè)偏剛度,Ef、E,為前后懸側(cè)傾轉(zhuǎn)向梯度,R4l為車體側(cè)傾梯度，rf>rr為前后懸側(cè)傾外傾梯度，crf> crr為前后輪胎外傾剛度,Af>Ar為前后懸側(cè)向力變形轉(zhuǎn)向梯度，ryf、ryr為前后懸側(cè)向力外傾梯度，Emf, Emr為前后懸回正力矩變形轉(zhuǎn)向梯度，Ptf、Pte為前后懸側(cè)向力臂，而ay為車體側(cè)向加速度，由車體運動狀態(tài)變量計算得到:oy = V+UW1? Fyf、Pw為前后輪側(cè)向力，分別為輪胎基于輪胎自身坐標(biāo)下的力Fytij, ij表示左前l(fā)f，右前rf，左后Ir，右后rr，完成建立計算車輪等效轉(zhuǎn)角模型，根據(jù)所建立的等效轉(zhuǎn)角計算模型，結(jié)合車體模塊輸入的車體運動狀態(tài)變量計算出前后輪胎的側(cè)偏角，進而將前后輪側(cè)偏角帶入輪胎模型計算出輪胎力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于懸架KC特性的汽車底盤操穩(wěn)性能分析模型，其特征在于:所述輪胎模型、車體模型、懸架模型、車輪等效轉(zhuǎn)角模型簡化為九自由度，其中車體為側(cè)向y、垂向z、橫擺《P、側(cè)傾Φ、縱傾Θ五個自由度，以及四個車輪的垂向跳動自由度Zijtl
【文檔編號】G06F17/50GK104077459SQ201410341089
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】邵凱, 吳俊剛, 劉振聲, 黃睿 申請人:中國汽車工程研究院股份有限公司