侧倾转向和侧倾外倾系数的计算与分析

《侧倾转向和侧倾外倾系数的计算与分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

万方数据设计·研究汽车科技增刊2008年2月周忠胜(东风汽车公司技术中心，武汉430056)摘要：论述了侧倾转向和侧倾外倾系数的意义和获得方法．然后以某汽车为例计算了侧倾转向系数和侧倾外倾系数，并对其进行了分析。探索了一种计算不同侧向加速度下侧倾转向和侧倾外倾系数的方法。关键词：汽车；车身侧倾角；侧倾转向系数：侧倾外倾系数中图分类号：U461．6文献标识码：A文章编号：1005-2550(2008)S1-0044-051侧倾转向系数和侧倾外倾系数文献[1]、[2]在分析车辆的操纵特性时都是从最基本的两自由度模型人手来分析．虽然两自由度模型非常简单．但为车辆操纵性能分析提供了十分重要的基础。经过对二自由度基本模型的动力学分析．得到了一个关于车辆操纵特性的基本概念．即车辆的“不足或过度转向”特性。分析结果表明不足转向与过度转向的区别取决于一个重要物理量．叫车辆的“稳定裕度”，定义为6·Cc-a·cf，其中，口和b分别为前轴和后轴至车辆质心的距离，cf和cr分别代表了前后轮胎的综合侧偏刚度。如果稳定裕度为正值。车辆表现为不足转向；否则为过度转向。可以看出稳定裕度中收稿日期：2007—12-03的第一项b·cf代表了“后轮产生力的能力”(更严格地讲指后轮产生的力绕车辆质心的力矩)；而第二项a-cf代表了“前轮产生力的能力”。设计者利用前后轮胎力(或力矩)的平衡关系，扩展稳定裕度这一概念，并以此来理解以下因素的影响：①与负载有关的车辆质心位置；②与轮胎的结构、尺寸和胎压有关的轮胎侧偏刚度；③前后轮外倾角；④前后轴左右车轮的载荷转移；⑤侧倾转向效应；⑥变形转向效应。在车辆转弯过程中．车身侧倾会导致前后轴左右车轮的载荷变化。会导致轮胎侧偏刚度、外倾角、侧倾转向效应、变形转向效应等多个因素的变化．从而导致车辆稳态转向特性的变化。在车身侧倾时，特别是独立悬架。车轮定位参数的变化相当重要。由车身侧倾引起的重要的位移变量有：绕z轴转动的车轮转向角(6)；绕戈轴转动的车轮外倾角(y)。当车身侧倾角较小时．以上两个变量与车身侧4结论道路试验结果和驾驶员的主观评价表明．该越野汽车的制动踏板的设计是成功的。失效试验时驾驶员对新的踏板位置感觉比较适应。制动踏板的设计和制动主缸及助力器的设计是紧密联系的．三者应统一考虑。参考文献：[1]余志生．汽车理论[M]．北京：机械工业出版社，1999．[2]张洪欣．汽车设计[M]．北京：机械工业出版社，1999．[3]L·鲁道夫．汽车制动系统的分析与设计[M]．张蔚林，陈名智，译．北京：机械工业出版社．1985．·44·TheResearchofBreakPedalDesigninHydraulicBrakingSystemRUANRen-xin．PENGGang(DFMTechnicalCenter，Wuhan430056，China)Abstract=Pedaltravelisoneofthemostimportantparameterwhichaffectsthebrakingdecelerationofvehicle．Brakepedalmechanismmusthaveenoughtravel．asthereservedtravelistoolong,whenoneofthecircuitinvalid，thepedaltravelwillincrease，itwillincreasethetimetllatbrakestakeseffect．thenleadstOtheincreaseofthebrakedistance，besides。thedrivermayfeelnervousbecauseoftheunfamiliarpedallocation．Thisarticlederivatestherelationbetweenvehiclebrakingdecelem-tionandbrakepedaltravel，statesageneralmethodofhydraulicbrakingsystembreakpedalmechanismdesign．Keywords：pedaltravel；brake；deceleration；reservedtravel 万方数据侧倾转向和侧倾外倾系数的计算与分析，周忠胜设计-硼究倾角关系可假定为线性．并分别由每一项对侧倾角的偏导数(当侧倾角西=0时)来表示，这些偏导数实际上描述了悬架杆系的线性运动学效应．被统称为“悬架运动学系数”。它们是“侧倾转向系数”、“侧倾，．^J．J外倾系数”，分别定义为：昔I卿和孑l卿。当车身产生侧倾西时，会在前轴和后轴上分别产生附加的转向角瓯和瓯，它们与车身侧倾角的关系如下：耻芳。咖耻芳‘咖(1)对于后轴即非转向轴而言．侧倾转向指车身侧倾时由于悬架导向杆系的运动学关系所产生的车轮转向角；对于前轴即转向轴而言．侧倾转向还包括了悬架导向杆系与转向杆系在运动学上不协调而发生干涉的结果，所以它也称为“侧倾干涉转向”。发生侧倾转向时．非独立悬架的车轴也发生绕垂直轴的转动．所以侧倾转向也称为轴转向。从运动学的观点来看．车轴及车轮绕垂直于地面的轴线转动的效果与轮胎发生(弹性)侧偏角后的效果是一样的。轮胎在既有侧偏角又有外倾角的情况下．如果轮胎侧偏力和外倾侧向力均为线性条件下．车轮总的侧向力E有：r,=-c-a+q-y(2)式中，C为轮胎侧偏刚度；or为侧偏角；G为轮胎外倾刚度。当车身产生侧倾西时。会在前轴和后轴上分别产生附加的车轮外倾角％为：忙吾·咖(3)忙畜’币‘j)车轮外倾角的变化，通过式(2)导致外倾侧向力的变化，进而导致侧偏角a的变化，从而对车辆的转向特性产生影响。关于悬架运动学参数的获得一般有两种途径。一种是通过汽车力学参数试验台来测量。清华大学汽车安全与节能国家重点实验室于1995年建成了汽车力学参数试验台。该试验台能够测量悬架侧倾角刚度、悬架侧倾转向系数、悬架侧倾外倾系数、侧向力变形转向系数、侧向力变形外倾系数、回正力矩变形转向系数、汽车车身侧倾敏感度等参数。文献[3]和[4]分别介绍了怎样测量这些参数，怎样分析汽车各力学参数间、力学参数与汽车稳态转向特性之间的相互关系的一些实际工作。另一种就是运用ADAMS或其它多体系统动力学软件建立整车多自由度分析模型进行分析和计算。在小侧向加速度下这两种方法得到的悬架运动学参数在小侧向加速度即线性区域还是比较准确。但是实车测量的方法依赖于力学参数试验台．同时车辆必须已经试制出来了才能测量这些参数．因此限制了在方案设计阶段分析和计算整车操纵性能。第二种方法依赖于大型多体动力学软件。在汽车研发部门计算机仿真一般有专门的人员和部门来进行．整车设计人员没有时间和精力来掌握和运用这种复杂的仿真软件。本文试图在没有大型多体动力学仿真软件和不实车测量的条件下．探索出一些工程设计人员容易掌握和使用的简易计算侧倾转向和侧倾外倾系数的方法．在方案设计阶段对新车型的操纵稳定性进行简单计算。同时清楚地了解各个参数实际意义。避免计算机仿真造成的“黑箱”现象。2车身侧倾角计算侧倾转向系数和侧倾外倾系数均是因为车辆转弯时车身侧倾引起的．因此车身侧倾角的计算是侧倾转向系数和侧倾外倾系数计算的基础。在整车满载情况下．根据整车布置情况。悬架结构和布置位置．前后弹性元件的基本尺寸、安装位置、横向稳定杆的尺寸和安装尺寸、橡胶件的刚度等指标、前后轮胎的径向刚度．分别计算出弹性元件的自由刚度、悬架线刚度、悬架提供的角刚度、横向稳定杆提供的角刚度、前后悬架的总的角刚度、整车角刚度&等指标。根据前后悬架的布置型式和位置计算出满载时前后轴处侧倾中心离地高度．然后计算出整车侧倾中心离地高度．根据悬挂质量的重心高度得出侧倾力臂h。根据整车质量参数得出总的簧载质量砜。根据文献[2]，汽车在稳态圆周运动时，车身侧倾角取决于侧倾力矩与悬架总的角刚度。如果汽车在稳态圆周行驶时的侧倾力矩只考虑悬挂质量离心力引起的侧倾力矩和侧倾后悬挂质量重心引起的侧倾力矩。忽略非悬挂质量离心力引起的侧倾力矩。假设在转向时整车侧倾角刚度、侧倾中心的高度不变(在小侧向加速度情况下成立)。那么在侧向加速度为19时的稳态圆周运动时车身侧倾角可用下式计算。西一善鳖压生r(4)^rmb‘g‘厅将‰、h、‰代人式(4)，可以分别求出满载时不同侧向加速度下车身侧倾角，具体数值见表1。·45· 万方数据没计·研究汽车科技增刊2008年2月表1车身侧倾角、车轮跳动量计算结果侧向加速度。瞻O．1O．2O．3O．4O．5O．6车身侧倾角西，(。)o．7221．4442．1672．8893．6114．333内外车轮前轮119238358477596715载荷转移，kg后轮1422855056牾726790车轮跳动前轮24497398122146量，哪后轮183563809098假设前后侧倾高度不变．前后悬架的侧倾角刚度不变。根据文献[2]第139页计算公式，可以计算出前后悬架左右车轮的垂直载荷转移量。具体数值见表l。假设前后悬架弹簧换算到车轮接地点的刚度在车轮跳动过程中不变。将不同侧向加速度下载荷转移量除以单侧悬架的线刚度值就可以得到车轮跳动量。这样得到的左右车轮的上跳量和下跳量是相同的。具体数值见表1。不同侧向加速度下的车身侧倾角、前后轴左右车轮的载荷转移量、车轮上下跳动量计算结果如表1所示。车轮的跳动量即悬架的拉伸量或压缩量．车辆在转向时内侧车轮下跳，悬架拉伸，外侧车轮上跳，悬架压缩。但内外车轮的跳动量要受悬架动行程的限制。该车型前悬架的上行程即压缩行程为173mm。下行程即拉伸行程为105mm；后悬架的上行程即压缩行程为170mm．下行程即拉伸行程为65mm。但是表1计算出的大侧向加速度下的车轮跳动量有些已经超过了悬架动行程．因此这种情况下左右车轮的跳动量还按照表l计算是不符合实际的。因此在下面章节中车轮跳动量．即内外车轮的压缩和拉伸量按照表2进行修正。表2不同侧向加速度下车轮拉伸和压缩量侧向加速摩『／gO．1O．2O．30．4O．50．6车轮跳前轮内轮拉伸24497398105动量／外轮压缩24497398122146内轮拉伸18356365mm后轮外轮压缩1835638090983侧倾转向系数计算前后悬架的侧倾转向角是通过车身侧倾导致前后车轮前束的变化来实现的．因此侧倾转向角和前后车轮的前束存在对应关系。根据前悬架的结构型式、布置位置、尺寸和转向拉杆系统的约束关系得到前悬架前束和车轮跳动量的变化曲线。即知道了前轮侧倾转向角与车轮跳动量的关系。某汽车前悬架单边前束随车轮跳动量的变化曲线和曲线拟合方程见图1。·46．D＼墨20＼《15⋯≮20100曾，=60埘一一5；、6080100≤1201401601‘拉伸叼-10-15-20图1前悬架前束随车轮跳动量的变化曲线前面已经得到了侧向加速度、车身侧倾角、车轮上下跳动量的关系。这样前悬架的侧倾转向角就和车身侧倾角(车辆侧向加速度)通过车轮跳动量联系在一起．就可得到车轮跳动量和前轮侧倾转向角系数的关系曲线．得到不同侧向加速度下的侧倾转向角系数的数值。根据前束值和轮胎的自由半径．根据三角几何关系可以将前束换算为前轮的侧倾转向角．将左右车轮的侧倾转向角转化为二自由度模型前轴中心处的当量前轮转角，根据式(1)就可以计算在不同侧向加速度下前悬架侧倾转向系数的数值，如表3所示。表3不同侧向加速度下前悬架侧倾转向系数侧向加速度．治O．10．2O．3O．40．5O．6侧倾转向角系数畸脚0．3140．3180．3300．346o．3260．291前后悬架侧倾转向的方向不同．汽车的不足转向量可能增加或减少。根据图l前悬架前束变化曲线，车轮在转弯行驶时车身侧倾。外侧车轮与车身的距离减小，处于压缩状态；内侧车轮与车身之间的距离加大，处于复原行程。因此前悬架外侧的前束减少，车轮向外转动；内侧的车轮的前束增加。车轮向汽车纵向中心线方向转动。前悬架的侧倾转向系数为正，趋势是增加车辆的不足转向。后轴侧倾转向角系数也通过同样的思路计算。某汽车后悬架单边前束随车轮跳动量的变化曲线和曲线拟合方程见图2。；；。．／；‘／童；i一堪5餐；{f2040608010012014016018拉乡／兰60／--40-泖二；"·压缩车轮踺动量／m图2后悬架单边前束随车轮跳动量的变化曲线 万方数据侧倾转向和侧倾外倾系数的计算与分析，周忠胜设计一硼究，根据前束值和轮胎的自由半径．可以将前束换算为后轮的摆角．将左右车轮的摆角转化为后轴中心处的当量车轮转角，根据式(1)可以计算在不同侧向加速度下后悬架侧倾转向系数的数值如表4所示。表4不同侧向加速度下后悬架侧倾转向系数侧向加速摩膪O．1O．2O．30．4O．5O．6侧倾转向角系数aS,／劬O．069O．0710．0940．0830．0680．057后悬架侧倾转向对稳态转向的影响见图3。图3后悬架的侧倾转向对稳态转向特性的影响根据后轮前束的变化曲线可知后悬架的侧倾转向系数也为正．趋势是增加车辆的不足转向。4侧倾外倾系数计算●可以根据前后悬架布置型式、尺寸和位置可以得到前悬架外倾角和车轮跳动量的变化曲线．前面已经得到侧向加速度、车身侧倾角、车轮上下跳动量的关系．这样前悬架外倾角就和车身侧倾角通过车轮跳动量联系在一起．就可得到车轮跳动量和前轮外倾角系数关系曲线．得到不同侧向加速度下的前轮侧倾外倾系数的数值。前悬架外倾角随车轮跳动量的变化曲线和曲线拟合方程见图4。三、j，一1之＼20一100一∞枷枷锄0；～≮8拉伸一1-2—3-4—5』图4前悬架外倾角随车轮跳动量的变化曲线根据不同侧向加速度下车辆跳动量、相应的车身侧倾角及外倾角数值根据式(2)可以计算出不同侧向加速度下前悬架侧倾外倾系数(见表5)。表5不同侧向加速度下前悬架侧倾外倾系数侧向加速摩俺O．1O．20．3O．4O．50．6侧倾外倾系数卸脚0．7280．6810．3340．088-0．076·-0．178悬架侧倾外倾系数对汽车稳态转向的影响是。不足”还是“过多”的判断稍复杂一些。可以简单的这样判断：当车轮外倾倾斜的方向与地面的侧向反作用力一致时，侧偏角的绝对值减小；反之则增大。前悬架侧倾外倾系数在0．铝侧向加速度下为正，0．铂侧向加速度以上为负，即首先增加车辆的不足转向．然后过渡到减小车辆的不足转向。后悬架外倾角随车轮跳动量的变化曲线和曲线拟合方程见图5。￡：———、!、＼II．-m-60-40．20Y；20◆i伸一1—2—3-4—5-6图5后悬架外倾角随车轮跳动量的变化曲线根据不同侧向加速度下车辆跳动量、相应的车身侧倾角及外倾角数值根据式(2)可以计算出不同侧向加速度下后悬架侧倾外倾系数(见表6)。表6不同侧向加速度下后悬架侧倾外倾系数侧向加速摩膪ofl0．2o．30．4o．5o-6侧倾外倾系数却／a咖c-0．534—0．309-0．0850．032O．0730．093后悬架侧倾外倾系数在0．39侧向加速度下为负，o．49侧向加速度以上为正，即首先增加车辆的过多转rllIll势．然后过渡到增加车辆不足转向。5侧倾转向和侧倾外倾系数分析根据式(I)侧倾转向角和车身侧倾角、侧倾转向系数为线性关系。在0．铂侧向加速度时该车型车身侧倾角为2．8890．此时前悬架侧倾转向系数为0．346．后悬架侧倾转向系数为0．083，则前轮侧倾转向角为lo，后轮侧倾转向角为0．240，特别是前轮的侧倾转向角还是很大的。根据式(2)t!I倾外倾角与车身侧倾角、侧倾外倾系数也成线性关系。从数值上侧倾外倾角也很大。根据试验结果该车型满载时前轮侧偏刚度为75343N／rad。后轮侧偏刚度为98342N／rad，而相应的前轮外倾刚度为2868N／rad．后轮外倾刚度为4309．6N／rad。可以看出轮胎的侧偏刚度是外倾刚度的25倍左右．虽然侧倾外倾角较大．但是轮胎总侧向力变化并不大。因此虽然前后侧倾外倾系数变化·47· 万方数据没计·研究汽车科技增刊2008年2月陈健，杨诚，祝挺(东风汽车公司技术中心，武汉430056)摘要：介绍了军用越野车电磁兼容性在应用中的解决方法，通过试验对比应用效果，为后期的汽车设计提供参考。关键词：军用越野车；电磁兼容；隔离技术；干扰；接地技术；滤波；屏蔽中图分类号：TMl53文献标识码：A文章编号：1005—2550(2008)SI-0048-05信息技术在军事领域的广泛应用．使现代战争的触角伸向电磁战场。未来信息化战争。将是“陆、海、空、天、电”五维一体的联合作战。现代高技术局部战争昭示：电子战将贯穿战争全程。随着武器装备电子信息化程度的提高和现代一体化联合作战的发展，使战场电磁环境变得更加复杂。军事领域的电磁干扰问题．会严重影响武器装备效能和战斗力的发挥。射频能量对人体、军械、燃油有潜在的危害性．它可使人员、电子设备、军械系统使用性和安全性降低，以致不能完成预期的战斗任务。武器装备的电磁兼容工作．就是要运用合理的措施使武器装备上的设备、电引爆武器、燃油、人员收稿日期：2007—12—17作者简介：陈健(1973一)，男，东风汽车公司技术中心工程师．主要从事汽车电气系统的研究开发与设计工作。规律不同且数值较大．但对车辆稳态转向特性影响不大。因此侧倾转向效应比侧倾外倾效应对车辆的稳态转向特性影响大得多。前轮的侧倾转向效应实际上包含了侧倾干涉转向的作用。该越野车前悬架为独立悬架．转向机构为断开式转向机构。转向横拉杆断开点的布置会对侧倾干涉转向产生很大的影响。该车型就是利用了这种侧倾干涉转向特性．在设计改进过程中将前悬架侧倾转向效应由过多转变为不足转向。6结论本文以某车型为例子探索了简单计算不同侧向加速度下侧倾转向系数和侧倾外倾系数的方法。并对其侧倾转向系数和侧倾外倾系数进行了分析．指出侧倾转向效应的重要性。下一步的工作：通过整车试验台测量悬架侧倾刚度、前后轮侧倾转向系数、侧倾外倾系数。验证简单计算的准确程度。·48·等在所处的电磁环境中互不引起电磁危害．避免系统、设备出现性能降低。EMC可译为“电磁兼容”．而作为一个设备或系统的电磁兼容能力，可称为“电磁兼容性”。由定义可以看出，EMC包括两个方面的含义。即设备或系统产生的电磁发射，不致影响其它设备或系统的功能：而本设备或系统的抗干扰能力．又足以使本设备或系统的功能不受其它干扰的影响。这就又引出了另外两个概念，电磁干扰(ElectromagneticInterference。EMI)和电磁敏感度(ElectmmagneticSuseeptibilkr,EMS)。电磁干扰就是电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。根据干扰传播的途径．电磁干扰可分为辐射干扰和传导干扰。辐射干扰(RadiatedInterferencel是通过空间并以电磁波的特性和规律传播的。但不是任何装置都能辐射电磁波的。传导干参考文献：[1]DanveCrolla，喻凡．车辆动力学及其控制[M]．北京：人民交通出版社．2004．[2]余志生．汽车理论[M]．北京：机械工业出版社，2002．[3】郑安文．汽车力学参数的测量与数据处理[J]．汽车技术，1998，(12)：21-24．[4]郑安文，宋健．汽车的力学参数与稳态转向特性[J]．汽车工程，1999，21(5)：269—274．CalculationandAnalysisoftheRo¨SteerCoefficientandRollCamberCoefficientZHOUZhong--sheng(DFMTechniealCenter，Wuhan430056，China)Abstract：Thispaperdiscussesthesignificanceoftherollsteercoefficientandrollcambercoefficient，andhowtotakethem．Anoff—roackvehicle鹊allexampleiscalculatedandanalyzed．nispaperdeducesamethodcalculatingrollsteercoefficientandrollcamberofcoefficientdifferentlateralaccelerationKeywords：vehicle；bodyrollangle；rollsteercoefficient；rollcambercoeffieient 侧倾转向和侧倾外倾系数的计算与分析作者：周忠胜，ZHOUZhong-sheng作者单位：东风汽车公司,技术中心,武汉,430056刊名：汽车科技英文刊名：AUTOMOBILESCIENCE&TECHNOLOGY年，卷(期)：2008(z1)参考文献(4条)1.郑安文;宋健汽车的力学参数与稳态转向特性1999(05)2.郑安文汽车力学参数的测量与数据处理1998(12)3.余志生汽车理论20024.DanveCrolla;喻凡车辆动力学及其控制2004本文读者也读过(10条)1.牟向东.陶健民.唐新蓬轿车随动悬架侧倾转向特性的初步研究[期刊论文]-公路交通科技2002,19(3)2.朱五二冷藏车侧倾稳定性分析[学位论文]20053.刘合法.花家寿汽车侧倾稳定性动态仿真(二)--试验校验和模型分析及应用[期刊论文]-传动技术2003,17(3)4.赵亦希.黄宏成.刘奋悬架侧倾特性参数及动力学仿真[期刊论文]-传动技术2001,15(1)5.吴生玉.赵又群.张海滨.WuShengyu.ZhaoYouqun.ZhangHaibing非线性车辆瞬态侧倾模型研究分析[期刊论文]-上海汽车2006(11)6.于国飞.艾维全.王承.吴光强.YUGuofei.AIWeiquan.WANGCheng.WUGuangqiang车辆稳态转向特性中车身侧倾角的影响因素[期刊论文]-同济大学学报（自然科学版）2006,34(9)7.肖杰.雷雨成.张平.汤涤军.白冰.XIAOJie.LEIYu-cheng.ZHANGPing.TANGDi-jun.BAIBing汽车静态最大侧倾稳定角及其影响因素敏感度分析[期刊论文]-中国制造业信息化2006,35(11)8.韩锐.毛务本矢量代数在双横臂独立悬架运动分析中的应用[期刊论文]-公路交通科技2003,20(6)9.刘合法.花家寿汽车侧倾稳定性的动态仿真(一)--数学模型的建立[期刊论文]-传动技术2003,17(2)10.何锋车辆平面运动与侧倾运动关系的分析[期刊论文]-现代机械2004(2)本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_qckj2008z1014.aspx