前轮定位参数对汽车的操纵稳定性影响的研究

1、 一. 理论准备: 1操纵稳定性 2前轮定位参数 3 ADAMS/ Car 建模 二. 仿真试验: 1分析方法 2参数修改 3仿真内容 三. 仿真结论 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，汽车能抵抗而保持稳定行驶的能力 . 前轮定位参数是指为保证汽车的操纵稳定性，前轮与主销间的装配要有的位置关系，主要包括主销后倾角，主销内倾角，车轮外倾角和前轮前束四个参数 。 主销后倾角是指主销轴线与前轮中心的垂线之间形成的夹角。主销后倾角对汽车操纵稳定性的影响主要通过“后倾拖距”使地面侧向力对轮胎产生一个回正力矩。

2、图1.1主销后倾角 主销内倾角是指主销轴线与地面垂线之间形成的夹角(如下图中)。主销内倾角对操纵稳定性的影响，主要也是回正力矩，它是在前轮转动时将车身抬高，由于系统位能的提高而产生的前轮回正力矩 图1.2主销内倾角和前轮外倾角 前轮外倾角指前轮中心线与地面垂直线所成的夹角(如下图中)。它的作用主要是当汽车行驶时，将轮毂压向内轴承，而减轻外端较小的轴承载荷，同时，可以防止因前轴变形和主销孔与主销间隙过大引起前轮内倾，防止轮胎偏磨损。同时，外倾角也使车轮与拱形路面相适应。 前轮前束指汽车转向的前端向内收使两前轮的前端距离小于后端距离。两车轮前后的距离之差，称为前束值。其作用是消除由于前轮外倾使车轮

3、滚动时向外分开，引起车轮滚动时边滚边拖的现象，引导前轮沿直线行驶。ADAMS/ Car的标准模式 (Standard)下提供了建立整车模型所需的各种模板，包括悬架、轮胎和转向机构在内的整车计算机模型,我们只需要合理的选择所需要的模板就可以在机器上模拟汽车的运动状态,显示重要参数的图形,并自动生成每次仿真的标准试验报告。 图1.3整车模型在本课题中我们通过更改汽车前轮定为参数，以同样的试验方法条件来进行仿真分析整车的操纵稳定性能，并将仿真结果对比得出我们需要的结论。我们用这几个常用的参数分析汽车的操作稳定性：横摆角速度、侧向加速度、车身侧倾角。 本课题的研究方法是将前轮定位参数进行更改然后进行同

4、样的仿真来分析整车的操纵稳定性能，所以需要一种方法来区别不同大小的参数。 前轮前束角为例，用full_toe_1来表示原始前束角的系统，用full_toe_2表示比原始值小的前束角的系统，用用full_toe_3表示比原始值大的前束角的系统。其它的定位参数以此类推即可。 前轮前束和前轮外倾角的修改 ADAMS/Car中的Adjust选项中的Parameter Variable中选中table项可以修改前轮定位参数中的前轮前束角（toe angle）和前轮外倾角(camber angle). 图2.1修改前轮前束和前轮外倾角 主销的后倾和内倾角不能够直接更改，但可以通过更改前悬架的定位位置来改，

5、在ADAMS/Car中的Adjust选项中的Hardpoint选中table项，可以得到下表： 图2.2修改主销后倾角和主销内倾角 1稳态回转试验 2转向盘转角阶跃输入试验 3双移线试验 稳态回转性能是操纵稳定性分析中使用最多的分析。通过它来评价整车的不足和过多的转向特性。仿真中汽车沿半径为20m的圆周行驶，缓缓而均匀地加速，使汽车的侧向加速度从 达到 ，记录仿真过程中汽车的横摆角速度、车身侧倾角的变化。22/m s25/m s 图2.3稳态回转试验 双移线仿真是研究汽车超车时瞬态闭环响应特性的一种重要试验方法。其模拟的是汽车以 的速度沿直线行驶中变线超车然后回到原来的车道的过程。该分析属于操

6、纵稳定性的极限工况，分析车辆在紧急避障时抗侧翻的性能。100/km h 仿真中汽车车速保持最高车速 的 70% ，第2s开始在0.2s内将方向盘转角从中间位置（0度）转到30度的位置,记录仿真过程中汽车车身侧倾角等参数的变化 .150/km h100/km h 在工具栏的Review的下拉菜单中选择Postprocessing Window,就可以弹出仿真结果的输出窗口 或者直接按F8也可以得到 图3.1 双移线仿真的侧向加速度随时间变化 图3.2双移线仿真的横摆角速度随时间变化图3.3稳态回转仿真试验中的车身侧倾角从图中可以看出，前轮前束值减小，仿真过程中的车身侧倾角均增大，汽车的操纵稳定性

7、变差；前轮前束值变大对操纵稳定性的影响很小，但有一定程度的改善作用。图3.4阶跃试验侧向加速度随时间变化 图3.5阶跃试验横摆角速度随时间变化 图3.6稳态回转试验横摆角速度随时间的变化从上面三张图中可以看出，前轮外倾角变小后，汽车的侧向加速度，横摆角速度，车身侧倾角都变大，汽车的操纵稳定性变差。增大汽车前轮外倾角可以改善汽车的操纵稳定性。 图3.7阶跃试验中横摆角速度随时间的变化 图3.8阶跃试验中侧向加速度随时间的变化图3.9稳态回转试验中车身侧倾角随时间的变化 从图中可以看出，当主销后倾角增大时，仿真过程中车辆的横摆角速度和侧向加速度都有明显的增大趋势，汽车的操纵稳定性也随之变差。同时，

8、减小汽车的主销后倾角操作稳定性有一定程度的改善。 图3.10阶跃试验中车身侧倾角随时间的变化图3.11阶跃试验中横摆角速度随时间的变化图3.12回转试验中车身侧倾角随时间的变化 从图中可以看出，当车辆的主销内倾角变小时，车辆的横摆角速度、车身侧倾角都有明显的变大趋势，车辆的操纵稳定性变差。当主销内倾角变大时，车辆的操纵稳定性有一定的改善。 从以上的分析可以看出，每一个前轮定位参数的改变都会对操纵稳定性产生明显的影响。 其中前轮前束值减小汽车的操纵稳定性降低，降低了汽车在紧急情况下回避障碍时行驶的稳定性；和前轮前束相似前轮外倾角变小后，汽车的侧向加速度，横摆角速度，车身侧倾角都变大，汽车的操纵稳定性