2015/11/3 16:13:14 整车操纵稳定性虚拟仿真分析

由于汽车使用条件以及汽车系统本身的复杂性, 国家标准包括项试验,目的在于从不同角度反映汽车在运行过程中的稳态响应和瞬态响应,便于综合评价汽车的操纵稳定性。这项试验内容包括蛇行试验、转向盘转角阶跃输入转向瞬态响应试验、转向盘转角脉冲输入转向瞬态响应试验、转向回正试验、转向轻便试验、稳态回转试验。本章主要进行了转向盘转角阶跃输入转向瞬态响应试验、转向盘转角脉冲输入转向瞬态响应试验、转向回正试验、稳态回转试验。随着对汽车操纵稳定性方法和评价方法标准也进行了修订和完善,现阶段主要根据一和一来进行了汽车操纵稳定性的试验和评价。

汽车虚拟仿真整车操纵稳定性分析

应用模块对整车进行仿真一般步骤分为建立整车模型、设置仿真参数、仿真分析、开始仿真且输出绘图四个步骤。其仿真工况包括转向盘阶跃、斜坡和脉冲输入、蛇行穿越试验、移线试验、加速试验、制动试验和静态转向试验,同时设定试验过程中的节气门开度、变速器档位等。根据各个仿真要求设置不同的参数来实现不同的仿真工况,如可以利用软件自带界面设置。另外对于复杂的工况,也可以利用编写驾驶员控制文件来实现。在本章中利用模块进行整车操纵稳定性仿真试验时,涉及到一个很重要的方面,那就是驾驶员控制文件,为格式文件。在一些复杂工况仿真试验中,没有现成的界面可以模拟这些工况,此时就会经常用到驾驶员控制文件,如双纽线试验。驾驶员控制文件的作用是描述驾驶员在试验分析中如何操纵驱动汽车模型的,例如,驾驶员在何时驱动汽车,何时加速,何时停止仿真试验,何时转弯等等,驾驶员控制文件还可以调用其它类型文件如驾驶员控制数据文件。总之,通过编制驾驶员控制文件可以实现更为复杂的仿真工况。驾驶员控制文件主要包括以下结构头文件块、单位量纲块、初始实验块以及操纵试验块。头文件块中,主要是交代版本信息及指明该文件为格式文件单位量纲块主要是说明在文件中出现的各种参数的数量单位初始试验块中指明了初始静态时的工况设置,初始车速,并且交代出将要在操纵试验块中进行的全部的试验操作操纵试验块中设定各种操作,包含转向、制动、离合器,档位等子块,同时还要有定义控制方法和仿真结束条件的子块。

汽车虚拟仿真软件案例分析

转向盘角阶跃输入瞬态响应试验

所谓转向盘转角阶跃输入下的转向瞬态响应,即是指汽车在等速直线行驶时,急速转动转向盘,然后维持其不变,即给汽车转向盘转角阶跃输入时的响应。一般汽车经过短暂时间后便进入等速圆周行驶,在等速直线行驶和等速圆周行驶这两个稳态运动之间的过度过程便是一种瞬态,相应的瞬态运动响应称为转向盘角阶跃输入下的瞬态响应。本项试验测定从转向盘转角阶跃输入开始,到所测变量达到新的稳态值为止,这一段时间内汽车的瞬态响应过程,与其他瞬态响应试验一起,共同评价汽车的动态特性。

试验方法

汽车以试验车速行驶过程中,然后以尽快的速度起跃时间不大于了或者起跃速度不超过'转动转向盘达到预先选好的位置,并在这个位置固定转向盘数秒钟直到所测变量过渡到新的稳定值为止,记录整个过程的变量的变化特性。

试验中转向盘预选位置阶跃输入角按照稳态侧向加速度值一'来确定,本次仿真试验取稳态侧向加速度为'试验车速按最高车速的来确定,取圆整后的、、或加的车速进行试验,本次仿真试验取车速为加。

仿真结果分析

横摆角速度响应时间是指以转向盘转角达到终值的的多疾日为时间原点,到所测变量过渡到新稳态值的所需的时间。响应时间越小表明车辆在试验过程中达到稳定状态越快,驾驶员感到转向迅速、及时。超调量指的是横摆角速度最大值与稳态值之比的百分数,它表明瞬态响应中执行指令误差的大小。

从上述结果分析来说,该车具有良好的瞬态响应特性和反应灵巧等特点。

转向盘角脉冲输入瞬态响应试验

通常以汽车横摆角速度频率特性来表征汽车的转向动特性。因此频率特性的测量成为一个重要的试验。这个试验要确定给转向盘正弦角位移输入时,输出汽车横摆角速度与输入的响应振幅比与相位差。通过直接给转向盘正弦角位移输入来测量汽车的频率特性是很困难的,一般经常用转向盘脉冲角位移输入试验来确定汽车的频率特性。通过求得的输入、输出结果的傅立叶变换来求得频率特性。

试验方法

根据一中规定,转向盘角脉冲输入试验在平坦的场地上进行。试验车速为最高车速的,并且圆整为、或。汽车以试验车速直线行驶,然后给转向盘一个三角脉冲输入,转向盘转角输入脉冲宽度一0.65,其最大转角应使汽车的侧向加速度达到一。该仿真试验中取车速为,给转向盘的脉冲输入见图一,输入转角最大值为,脉冲宽度取为。

仿真结果

幅频特性反映了驾驶员以不同频率输入指令时,汽车执行驾驶员指令失真的程度。幅频特性在低频区接近于一水平线,随着频率的增高,幅值比增加,至某一频率时幅值比达到最大,此时系统处于共振状态。频率再增高,幅值比逐渐减小。相频特性反映了汽车横摆角速度滞后于转向盘转角的失真程度。从操纵稳定性出发,希望幅频特性能够平些,共振频率高一点,通频带宽些,以保证不同工况下失真度较小,都有满意的操纵性能同时希望相位差小些,以保证汽车有快速灵活的反应

结果分析

稳态增益,频率为零时的幅值比,从图一中可以看出稳态增益值为共振峰频率指的是幅值比达到最高时对应的频率,从图一可以得到其值为,共振峰频率越高,操纵稳定性越好。相关研究表明,共振峰频率越高,主观评价越好〔共振频率处增幅为共振与稳态时增益差值,其应当小些,该车模型中其值为时的相位滞后角代表缓慢转动转向盘时响应的快慢,这个数应接近于零,从图一可以看出其值为一5.6°二时的相位滞后角代表快速度转动转向盘时响应的快慢,其数应当小些

稳态转向特性试验

稳态转向特性试验的目的是测定汽车对转向盘转角输入达到稳定行驶状态时汽车的稳态横摆响应。稳态转向特性决定了汽车作为一个动力学系统在转向输入下是否稳定。本试验通过测定汽车运动的稳态响应,来评价轿车、客车、载货汽车及越野汽车等车型的操纵稳定性。我国国家标准一中,明确规定稳态回转试验不合格的车辆,其操纵稳定性的总评价为不合格。对汽车的稳态转向特性,曾经提过多种多样的试验方法,到现在为止,得到普遍应用的有采用固定转向盘转角,连续加速的试验方法和定转弯半径的试验方法。本次仿真采用固定转向盘转角,连续加速的试验方法。

试验方法

根据一,在水平场地上,测定汽车在转向盘给定一个转角输入时,汽车运动的稳态响应,用连续加速的方法进行试验。驾驶员操纵汽车以最低稳定车速沿所画圆周行驶,缓慢连续而均匀地加速纵向加速度应满足不能超过,直到汽车侧向加速度达到为止。以此为依据编写驾驶员控制文件进行定转向盘转角试验仿真。

仿真结果分析

前悬架对操纵稳定性的影响

采用软件,可以对虚拟样机模型参数作一定的调整来考察不同参数对汽车性能的影响,为今后的设计工作提供参考。如改变悬架系统的横向稳定杆刚度可以看出其对整车稳态转向运动特性有着明显的影响,另外转向系统的刚度也对整车操纵稳定性有着一定的影响〔。基于此点,也可以对整车模型的某些性能做优化设计工作。本文中,研究了不同的前悬架模型对整车操纵稳定性某几项仿真试验的影响。

前悬架刚度对瞬态转向特性的影响

通过设计不同的汽车前悬架刚度来研究其对整车在转向盘角阶跃输入下转向瞬态响应特性试验结果的影响。曲线、曲线和曲线分别是原始刚度、刚度增大一半和刚度减小一半对应的仿真结果曲线

优化前后悬架模型对转向回正性能的影响

两个模型仿真结果的差别可以看出不同的车轮定位参数对操纵稳定性具有一定的影响。第三章已经说明,主销轴线的位置会影响到汽车的回正性能,保持直线行驶的能力。其反映到车轮定位参数上即是主销内倾角和主销后倾角的不同。图一是在汽车以较低的车速行驶时候,优化前后悬架对应的横摆角速度响应曲线对应悬架优化前,曲线对应悬架优化后。可以得出,随着主销内倾角的增大,其回正能力相对增大,稳定时间和残留横摆角速度都有减少,然而,反映执行指令误差的横摆角速度超调量相对变大。这主要是由于前悬架系统中还有许多其它因素会影响到汽车的回正能力特性,如转向横拉杆的位置、刚度对汽车回正能力也具有一定的影响,而优化前后悬架模型中的这些参数设置均有变化。

虚拟仿真软件参数功能分析

优化前后模型最重要的差别在于其定位参数的不同,由此上述仿真结果可以看出,前悬架定位参数及其结构参数对于汽车操纵稳定性具有一定的影响,并且其在运动过程中的动态变化也将会影响到汽车的操纵稳定性。为了得到较好的瞬态特性、稳态特性、操纵轻便特性、回正特性等各方面操纵稳定性能,应该充分地考虑到各个参数的综合影响,采用较好的评价方法。另一方面,整车的布置结构形式在很大程度上影响着汽车的操纵稳定性,然而,更改整车的布置结构需要更大的成本和更多的时间精力,所以研究某一子系统对汽车操纵稳定性的影响,调整整车动力性参数来改善整车的操纵稳定性能具有很重要的意义。

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