车身侧倾时前轮主销后倾角对转向稳定性的影响

车身侧倾时前轮主销后倾角对转向稳定性的影响

2009年(第31卷)第1期

汽 车 工 程AutomotiveEngineering

2009(Vo.l31)No.1

2009007

车身侧倾时前轮主销后倾角对转向稳定性的影响

魏道高,王霄锋,金达锋,李克强

1

2

2

2

*

(1 合肥工业大学机械与汽车工程学院,合肥 230009; 2 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京 100084)

[摘要] 为了提高4 4越野车弯道高速行驶的稳定性,计及前轮定位参数的影响,建立了转向行驶时整车4自由度动力学模型;计算了车辆在不同车速下,不同前轮主销后倾角时的横摆角速度瞬态响应。结果表明,车速提高时,横摆角速度超调量增大,稳定时间延长;而在适当范围内增大主销后倾角,可减小横摆角速度超调量和稳定时间,改善高速行驶车辆的转向稳定性。同时说明主销后倾角对横摆角速度超调量有阻尼作用。

关键词:转向稳定性;车身侧倾;主销后倾角;横摆角速度;阻尼

TheEffectsofFrontWheelCasterAngleonVehicleSteering

StabilitywithConsiderationofBodyRoll

WeiDaogao,WangXiaofeng,JinDafeng&LiKeqiang

1

2

2

2

1 ScoolofMechanicalandAutomotiveEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei 230009;2 StateKeyLaboratoryofAutomotiveSafetyandEnergy,TsinghuaUniversity,Beijing 100084

[Abstract] Forimprovingthehigh speedstabilityofa4 4off roadvehiclecorneringonbentroad,a4 DOFsdynamicsmodelforavehicleisbuil,tandtheyawratetransientresponseswithdifferentcasteranglesatdif ferentvehiclespeedsarecalculated.Theresultsshowthatwhenvehiclespeedgoingup,theovershootofyawrateincreasesandstabilizingtimeextends;butbothyawrateovershootandstabilizingtimetendtoreducewiththein creaseofcasterangleincertainrange,enhancingthecorneringstabilityofvehicleathighspeed.Thisalsoindicatessomedampingnatureofcasteranglewithrespecttoyawrateovershoo.t

Keywords:steeringstability;bodyrol;lcasterangle;yawrate;damping

[5]在分析前轮主销后倾角对高速转向稳定性影响

时,没有考虑车身侧倾的影响。作者在文献[2]~文献[6]的基础上,考虑车身侧倾时前轮主销后倾

汽车弯道高速转向行驶的稳定性与多方面因素有关(如整车质量、尺寸、轮胎和悬架的性能等),其中前轮定位参数的影响较大。轮胎总拖距由气胎拖距与主销后倾拖距组成,气胎拖距随车速增加而减小,它是影响稳定极限车速的主要因素,而前轮主销后倾角则是轮胎总拖距的主要且稳定的影响因素。在试制4 4越野车辆时,需要对其前轮主销后倾角进行合理设计,文献[2]~文献[4]考虑车身侧倾影响建立汽车弯道行驶动力学模型,但没有定量分析前轮主销后倾角对转向稳定性的影响。文献

[1]

前言

角对车辆弯道行驶品质的影响及其变化规律,为样车主销后倾角的确定提供了理论基础。

1 整车动力学方程

1 1 建立整车模型假设条件

4 4越野车前后为不等长双横臂独立悬架,考虑车厢侧倾运动(将其质量分为悬挂与非悬挂质量两部分)和前轮定位参数影响,建立该车转向行驶4自由度的动力学模型,且作如下假设:(1)车辆以小

*清华大学汽车安全与节能国家重点实验室开放基金项目(KF2007-05)和中国博士后科学基金项目(2005037338)资助。

车身侧倾时前轮主销后倾角对转向稳定性的影响

34 汽 车 工 程2009年(第31卷)第1期

转角恒速行驶,此时忽略内外车轮转角差别;(2)轮胎性能与悬架的特性在线性范围;(3)不计空气阻力;(4)设前后侧倾中心相同,以其为坐标原点,前进方向为x轴,向内为y轴,竖向为z轴,如图1所

示。

Y=Y1+Y2=(k1+k2)#+!Y1 !

+!Y2!

1

(ak1-bk2) r-v

(4)

-k1%+k1 1

式中#是车辆质心侧偏角;a、b是质心到前后桥的距离; r是车辆横摆角速度;%是前轮转向角;v是车辆行驶速度。

设:Y#=(k1+k2);Y r=Y =-!Y1 !Y2+;Y%=-k1。! !

(5)

1

(ak1-bk2);v

则式(4)改写为

Y=Y##+Y r r+Y +Y%%+k1 1

图1 样车转向行驶前后桥受力示意图

式中Y#是单位整车侧偏角引起的地面侧向反作用力;Y r是单位横摆角速度引起的地面侧向反作用力;Y 是单位侧倾角引起的地面侧向反作用力;Y%是单位前轮转向角引起的地面侧向反作用力。1 2 2 y轴方向惯性力

车辆以速度v转向行驶时,沿y轴方向惯性力Fy为

Fy=M(v+ rv)+Ms(h2-h1)

1 2 y轴方向力平衡方程式1 2 1 y轴方向外力

独立悬架样车弯道行驶时沿y轴方向总侧向力来自两方面,其一是轮胎外倾侧向力与侧偏力;其二是由于前后独立悬架车厢侧倾引起的附加车轮倾角产生侧倾外倾侧向力,见图1。

(1)前后桥侧向力

直线行驶时左右前轮前束角产生的前束侧向力在y轴方向与各自的外倾侧向力相互抵消(即k1 1=k1 1),但前轮小转向角转向行驶时,两车轮近似平行,要计及前轮前束角 1作用,此时前轮侧偏角为( 1+ 1),侧偏力为

Y 1=k1( 1+ 1)

[6]

(6)

当#较小时,切向加速度v=v#代入式(6)得Fy=M(v#+ rv)+Ms(h2-h1)

(7)

式中M是车辆满载质量;#是质心侧偏角速度;Ms为悬挂部分质量; 为车厢侧倾角加速度;h1是前、后悬架侧倾中心高度;h2是悬挂部分质心高度。1 2 3 y轴方向力平衡方程式

由

(1)

式中k1为前轮侧偏刚度; 1是前轮侧偏角; 1是前轮前束角。因此,在前桥上总侧偏力为

Y1=k1( 1+ 1)+

!Y1 ! 1

1-!Y1 !

(2)

!F

y

=0和式(5)、式(7)得沿y轴方向力

平衡方程式为

Y##+Y r r+Y +Y%%+k1 1=M(v#+ rv)+Ms(h2-h1) 1 3 绕x轴力矩平衡方程式1 3 1 绕x轴的惯性力矩

由图1可见,车辆转向行驶时,作为悬挂部分的车厢将绕x轴作侧倾运动,其惯性力矩为

!Y1 ! 1

式中Y1是前桥侧偏力;是前轮外倾刚度;是

! ! 1前轮侧倾外倾系数; 1是前轮外倾角; 是车厢侧倾

角。后桥为非转向桥,作用在后桥上总侧向力为

Y2=(k2 2-k2 2)+

!Y2 !

=

!Y2 !

(3)

(8)

式中Y2是后桥侧向力;k2后轮侧偏刚度; 2是后轮!Y2 ! 2

侧偏角; 2是后轮前束角;是后轮外倾刚度;

! ! 2是后轮侧倾外倾系数。

(2)y轴方向总外力

(式中

!Mxg=Isx -Isx r+Msv(h2-h1)(#+ r)

(9)

!M

xg

是车厢绕x轴的惯性力矩;Isx是车厢绕x

轴的惯性积。

1 3 2 悬挂部分外力矩

车身侧倾时前轮主销后倾角对转向稳定性的影响

2009(Vo.l31)No.1魏道高,等:车身侧倾时前轮主销后倾角对转向稳定性的影响 35

!M

xw

=Gs (h2-h1)-(k 1+k 2) -

!L1!p

+

!L2!p

p

z轴力矩平衡方程式为

M##+M r r+Mpp+M +M%%=Iz r-Ixz

(14)

1 5 转向系统动力学方程式

将转向系统简化为绕前轮主销的转动,忽略系统的摩擦阻力矩和黏滞阻力矩,其力输入动力学方程为

[5]

(10)

式中p= 是车 …… 此处隐藏：7286字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……