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重型汽车空气悬架侧倾角刚度分配对稳态回转试验影响

2019-04-15 23:53:53·  来源：期刊《重型汽车》  作者：陈洪燕，唐振华  
　
摘要：前后轴侧倾角刚度的分配，会影响侧倾时车辆的轴荷转移，进而影响轮胎的侧偏特性，对车辆的稳态回转有重要影响。本文运用Adams/Car软件建立车辆的动力学模
摘要：前后轴侧倾角刚度的分配，会影响侧倾时车辆的轴荷转移，进而影响轮胎的侧偏特性，对车辆的稳态回转有重要影响。本文运用Adams/Car软件建立车辆的动力学模型，前悬架不变，匹配不同的后空气悬架侧倾角刚度，用定转弯半径法仿真分析对车辆稳态回转试验的影响。

引言
 
汽车曲线行驶时，由于侧倾力矩的作用，垂直载荷在两侧车轮上是不相等的，这会影响轮胎的侧偏特性，而根据大量的试验，轮胎的侧偏特性是随着载荷的变化而变化，因此，在研究操纵稳定性时，首先要确定各个车轮的负荷及其变化趋势，根据轮胎的侧偏特性，合理的设计力矩中心高度及前后的匹配，可以改变汽车转向时的姿态，得到不同的转向特性。对于非独立悬架而言，在车辆的重量参数、外形参数、轮胎型号悬架结构相同的情况下，各个轮胎的负荷及变化取决于前、后悬架侧倾角刚度分配。
针对某型6×4重型汽车的设计，在空气悬架结构尺寸确定情况下，仿真分析不同侧倾角刚度分配对车辆稳态回转试验的影响。

一、重型汽车的基本参数和悬架形式
 
6×4重型汽车的应用较普遍，前、后悬架分别为纵置钢板弹簧悬架、双纵臂式空气悬架，基本参数见表1。前悬架为纵置钢板弹簧悬架，匹配稳定杆，见图1。后悬架为双纵臂式空气悬架，匹配稳定杆，见图2。空气悬架的导向机构为四连杆，上部为V 型推力杆。由于空气弹簧的垂向刚度很小，因此其产生的侧倾角刚度很小，主要由稳定杆提供足够的侧倾角刚度。在稳定杆材料、安装点、形状确定情况下，横向稳定杆的直径是影响侧倾角刚度主要参数。

表1 6×4重型汽车参数

图1 纵置钢板弹簧悬架

图2 双纵臂式空气悬架

二、车辆动力学模型建立
 
运用Adams/Car软件，建立车辆动力学模型。汽车是一个复杂又庞大的系统，影响因素较多，给汽车的动力学分析带来了很大的困难，而对模型做一定的简化，有利于仿真计算。建立的模型，除橡胶衬套、承载元件、减震器外，其余为刚体。建立的整车动力学模型，以某6×4重型汽车为参照，所有的结构及参数均从技术文件或试验中测得。建立的模型包括动力系统、驾驶室、车架、前后悬架、转向系统、制动系统、轮胎等，最后装配成整车模型，见图3。模型中的稳定杆用“Rigid Bar”方法建立，通过输入不同的“Torsional Spring Stiffness”来改变稳定杆的侧倾角刚度，见图4。前悬架、后悬架模型见图5和图6。

图3 6×4重型汽车动力学模型

图4 稳定杆模型

图5 前板簧悬架动力学模型

图6 后空气悬架动力学模型

三、稳态回转仿真试验及分析
 
Adams/Car软件中的“constant radius cornering”仿真试验，与GB/T 6323-2014《汽车操纵稳定性试验方法》中稳态回转试验的“定转弯半径法”相同，标准中有详细的试验方法，在此不再重复叙述。设置转弯半径为30m，变速器I 档，持续时间40s，侧向加速度0.05 ～ 6.5m/s2，左转、右转两个方向，软件设置界面如图7所示。

图7 定转弯半径稳态回转试验设置界面

试验中前悬架侧倾角刚度不变，后空气悬架通过更改横向稳定杆的设计参数，输入不同的侧倾角刚度进行稳态回转“定转弯半径法”试验，进而得到车辆的中性转向点an、不足转向度U、车身侧倾度K。前后悬架的侧倾角刚度匹配表见表2，仿真试验界面见图8。

表2 前、后悬架侧倾角刚度匹配

图8 稳态回转试验定转弯半径法

在Adams/Car软件中，进行稳态回转仿真试验，得到方向盘转角VS侧向加速度曲线、车身侧倾角VS 侧向加速度曲线、前后轴侧偏角差VS侧向加速度曲线，并按GB/T 6323-2014《汽车操纵稳定性试验方法》进行数据处理，得到表3。

表3 稳定回转试验结果

QC/T 480-1999《汽车操纵稳定性指标限值与评价方法》对操纵稳定性试验的指标限值和评价方法进行了规定，如表4所示。根据试验结果，可以看出三种试验没有明显的中性转向点，具有不足转向特性，不足转向度U、车身侧倾度K 随着空气悬架侧倾角刚度减小而增大。而仿真试验1、3的过小、过大的侧倾角刚度，导致稳态回转的不足转向度、车身侧倾度都超出了指标限值。

表4 稳态回转试验指标限值

四、结论
 
重型汽车稳态回转试验前悬架侧倾角刚度不变，不足转向度U、车身侧倾度K随着后悬架侧倾角刚度的减小而增大；过大、过小的后悬架侧倾角刚度不满足稳态回转试验指标限值，应与前悬架进行合理的匹配。
 
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