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乘用车悬架KnC特性试验技术与装备研究

李宁  
【摘要】:汽车动力学主要与汽车惯性参数、轮胎力学特性、悬架KnC特性、减振器特性和汽车空气动力学特性等因素有关。目前主要通过调整悬架KnC特性改善汽车动力学性能,因为其它参数可调整的余地较小。而悬架KnC特性试验台则是底盘调校过程中使用率非常高的测试设备。 本文主要内容包括:利用开发的汽车悬架KnC特性试验台测量转向系阿克曼误差以及车轮相对车身的六自由度位移;研究主销定位参数的解算方法;研究轮胎转偏力矩的实车测试方法;建立汽车低速转向动力学模型计算转弯时轮胎力变化特性和方向盘转矩,研究悬架KnC特性对汽车低速转向轻便性的影响。 文章从理论、试验及应用三方面详细研究乘用车悬架KnC特性。悬架抗侧倾及抗纵倾特性和主销定位参数均需要应用动力学理论进行解算,属于论文理论研究部分;参数解算所需数据均来源于汽车悬架KnC特性试验台,试验台的开发属论文试验部分;部分主销定位参数及转向阿克曼误差随车轮转向角不断变化,研究悬架KnC特性对汽车低速转向轻便性的影响属论文应用部分。本文主要工作分为五部分,如下所示: 首先,研究悬架抗纵倾特性和悬架抗侧倾特性的测试方法。 其次,建立轮毂定轴转向模型研究转向过程中主销定位参数对车轮位移的影响。之后,建立ADAMS悬架模型仿真研究车轮上下跳动时等速万向节与水平面夹角对主销驱动力臂的影响。研究结果表明,转向时主销后倾距变化量等于车轮转动角变化量与轮胎负载半径的乘积。转向重力回正力矩与主销内倾角相关,与主销后倾角无关。轮毂定轴转向模型能够根据转向试验数据辨识麦弗逊悬架或双横臂悬架的主销定位参数。 再次,建立轮毂瞬时轴转向模型,根据悬架KnC特性试验台转向工况测试数据解算麦弗逊悬架、双横臂悬架和多连杆悬架的主销定位参数。研究结果表明,当车轮转向角为零时,车轮转动角或轮胎侧倾角对车轮转向角的导数分别等于主销内倾角或主销后倾角的正切值;轮心纵向或侧向位移对车轮转向角的导数分别等于主销侧偏距或主销纵偏距;名义轮胎接地中心纵向或侧向位移对车轮转向角的导数分别等于主销偏移距或主销后倾距。应用ADAMS仿真结果及国外汽车悬架KnC特性试验台测试结果进行验证,对比结果说明轮毂瞬时轴转向模型解算结果准确,满足使用要求。 然后,开发汽车悬架KnC特性试验台测量悬架系统特性。试验台由随动式车轮六向运动测量机构、六分力传感器、四轴解耦加载平台、自动转向机构和电器软件等系统组成。利用开发的随动式车轮六向运动测量机构辨识其相对轮心的位置参数,修正解算模型参数,减小测量误差,保证主销定位参数解算精度。试验台模拟汽车俯仰、侧倾、制动、转弯等工况下车轮受力及垂直运动,测量车轮定位参数变化特性。开发的试验台能够在悬架结构未知的情况下一次性完整测量悬架系统特性,为汽车设计提供巨大便利,目前已在国内多家汽车企业投入使用。 最后,研究轮胎转偏力矩实车测试方法,并建立汽车低速转向动力学模型研究汽车低速转向特性。试验结果显示,前轴驱动汽车低速转弯时后轴轮胎侧偏角为零,轮胎回正力矩等于轮胎转偏力矩。仿真结果表明,轮胎转偏力矩、轮胎转向力矩、转向重力回正力矩及汽车侧向加速度增大方向盘转矩;轮胎侧向力减小方向盘转矩;对于前轴驱动的汽车,转向过程中外侧轮胎纵向力指向汽车后端,保证轮胎力对转弯中心合力矩为零,左右轮胎纵向力与主销侧偏距共同作用,使方向盘转矩增大。 论文主要创新点如下: 首先,利用开发的随动式车轮六向运动测量机构辨识测量机构相对轮心的位置参数,根据位置参数、测量机构结构尺寸及传感器数据解算车轮六自由度位移。 其次,建立轮毂瞬时轴转向模型解算主销定位参数。模型能够根据转向工况车轮六自由位移变化特性解算麦弗逊悬架、双横臂悬架和多连杆悬架主销定位参数。 最后,研究轮胎转偏力矩实车测试方法,建立汽车低速转向动力学模型研究汽车低速转向轻便性。阐明轮胎转偏力矩和转向重力回正力矩是后轴驱动汽车低速转向轻便性的主要影响因素。


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