用汽车力学参数预测汽车稳态转向特性

ISSN 100020054CN 1122223 N

清华大学学报(自然科学版)J T singhua U niv (Sci &Tech ),1999年第39卷第4期

1999,V o l .39,N o .420 34

71～72

用汽车力学参数预测汽车稳态转向特性

郑安文,　宋　健,　吴凯辉,　林　建,　吴大文

清华大学汽车工程系,汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084

收稿日期:1998207201

第一作者:男,1957年生,副教授,汽车安全与节能国

家重点实验室访问学者,现地址:武汉冶金科技大学汽车工程系,430070

文　摘　汽车的稳态转向特性目前主要通过场地试验的方法获得,文章探讨采用汽车力学参数的测量结果预测汽车稳态转向特性的方法。根据影响汽车稳态转向特性的各项因素与不足转向度之间的内在关系,以在汽车力学参数试验台上实测的汽车力学参数数据为基础,采用曲线拟合方法,并加入汽车的轮胎特性,对被试车辆的不足转向度进行了预测。预测结果与试验场地实测结果的对比表明两者具有较好的吻合性。研究结果表明利用汽车的力学参数预测稳态转向特性具有不受环境影响、易于辩识影响因素等优点。关键词　汽车力学参数;稳态转向特性分类号　U 46111

目前,汽车的稳态转向特性主要通过场地试验获得。虽然场地试验具有方便、快捷的优点,但易受到试验条件、专用设备、操作人员水平的限制,并且场地试验所获得的结果受多种因素综合影响,对深入分析影响汽车稳态转向特性的各项因素之间的内在关系十分不便。为此,本文探讨了一种根据汽车力学参数预测汽车稳态转向特性的方法。即以汽车力学参数试验台实测的汽车力学参数数据为基础,加入汽车的轮胎特性,采用曲线拟合方法,对被试车辆的不足转向度进行预测。

1　力学参数试验台的测试结果

汽车的不足转向度为前、后轴总侧偏角(D 1,D 2)之差。即

U =D 1-D 2(1)车轴的侧偏角包括

D i =D a i +D b i +D c i +D d i +

D e i +D f i +D g i (2)

式中:i =1,2(1表示前轴,2表示后轴);D a i ,D b i ,

D c i ,D d i ,D e i ,D f i ,D g i 分别为侧向惯性力引起的轮胎弹性侧偏角、侧倾外倾引起的侧偏角、侧向力变形外倾引起的侧偏角、轮胎回正力矩引起前、后轮侧偏力的变化而产生的侧偏角、侧倾转向引起的车轮转向角、侧向力变形转向引起的车轮转向角、回正力矩变形转向引起的车轮转向角[1]。

某旅行车在汽车力学参数试验台上相当于左转条件下测得的前、后轴的各项侧偏角数据经整理后见图1的(a ),(b )

。

(a )

前轴

(b )后轴

图1　某旅行车左转条件下前、后轴的五项侧偏角

随侧向加速度变化的曲线图

图1中的D b,D e在汽车力学参数试验台上分别测出的是车轮外倾角和车轮转向角随车身侧倾角的变化关系,根据车身侧倾角与侧向加速度以及车轮外倾角与侧偏角的关系即可确定D b,D e随侧向加速度的变化关系;D c,D f在汽车力学参数试验台上分别测出的是车轮外倾角和车轮转向角随侧向力的变化关系,根据侧向力与侧向加速度以及车轮外倾角与侧偏角的关系即可确定D c,D f随侧向加速度的变化关系;D g在汽车力学参数试验台上测出的是车轮转向角随回正力矩的变化关系,根据回正力矩与侧偏角、侧偏角与侧向力的关系[2]以及侧向力与侧向加速度的关系即可确定D g随侧向加速度的变化关系。

2　汽车力学参数与不足转向度的关系图1的测试结果包括了影响前后轴总侧偏角的7项因素中的5项,即D b,D c,D e,D f,D g,已基本概括了汽车悬挂和转向系对汽车稳态转向特性的影响。如果在此基础上进一步加入轮胎的侧偏特性(包括侧向力、回正力矩与侧偏角间的关系)、汽车质心的位置对稳态转向特性的影响,则影响汽车稳态转向特性(不足转向度)的主要因素均已包括。据此即可对汽车的稳态转向特性进行预测。

根据文[3]给出的轮胎侧偏特性半经验模型和文[2]给出的轮胎试验数据,即可确定相关轮胎的侧向力与侧偏角、回正力矩与侧偏角之间的关系,并可进一步导出回正力矩与侧向力之间的关系。由质心的位置可以确定不同侧向加速度时前、后轴轮胎所受的侧向力,根据相关轮胎的侧向力与侧偏角之间的关系即可确定D a与侧向加速度之间的关系。根据回正力矩与侧向力之间的关系和侧向力与侧向加速度之间的关系即可以确定D d与侧向加速度之间的关系。

将D a,D d与侧向加速度之间的关系加入到图1(a),(b)之中,根据式(2)进行线性叠加即可得到该旅行车左转条件下的前、后轴侧偏角总和与侧向加速度之间的关系,如图2所示。

为了对预测结果进行检验,对该旅行车在相同条件下进行了场地试验。试验是在清华大学汽车研究所前的广场上进行的,试验按照GB6323.1286规定的方法进行,向左和向右转向均做了试验。试验结果见图3中的(a),(b),图中同时给出了按照(1)式计算出的该旅行车左右转向时的不足转向度的预测结果

。

图2　某旅行车左转条件下前、后轴侧偏角总和

随侧向加速度的曲线图

(a)

左转条件下

(b)右转条件下

图3　某旅行车左、右转向条件下不足转向度的预测

结果和路试结果的比较

由图3可以看出:

1)根据力学参数试验台的测试数据归纳出的不足转向度的预测结果U随侧向加速度a y的变化趋势与路试实测出的U随a y的变化趋势是一致的。即:左转条件下U随a y变化的对应定量值小于右转条件下U随a y变化的对应定量值;

2)在a g为0.5的侧向加速度时,左、右转向条件下的预测结果与实测结果的误差小于10%,这表明预测精度是比较高的。

(下转第99页)

27清华大学学报(自然科学版)1999,39(4)