汽车抗干扰性仿真分析

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试验以汽车直线行驶速度 ｌＯｍ ｈ为例 ，方向盘的力感是 Ｏｋ ／ 此时驾驶员最主要关 注的。 因此在方向盘上施加方向盘力矩干扰 输入 ， 如图 ２所示。 通过仿真分析对比车辆在有无静摩擦时， 车辆
抵 抗 微小 转 向干 扰 输 入的 能 力 。
０． Ｏ４
０
２
４
６
８
【 摘
要】 利用机械 系统动力学软件 Ａ Ａ Ｓ ａ 建立 了整车虚拟样机模型，其 中转向系统考虑 了 Ｄ Ｍ／ｒ Ｃ
静摩擦环节 ， 动力学系统嵌入 了面向结构的差速器模型， 在结构上保证 了左右车轮的相互协调。对整车
模型进行典型工况仿真分析 ， 结果表 明引入静摩擦后 ， 汽车能够抵抗驾驶 员的微 小转向干扰输入 ； 受到 路面不平干扰和左右车轮有转速差异时， 驾驶 员操纵方向盘 自由和固定状态的曲线比较说明， 两侧车轮 的耦合能减小侧向偏移距 离， 整车仍然具备 良 好的线路保持性， 使车辆具备了良 好稳定性。
关键词 ： 抗干扰性 ； 仿真； 线路保持性 ； Ｄ Ｍｓｃ ｒ Ａ Ａ ／ａ
【 ｂｔ ｃ】 ｉｕｌ ｒ ｏ ｐ ｏｅ ｏ ｈ ｌ ｗ ｓ ｕ ｔ ｙｔ ｓ ｏ ｅｈｎ ａ ｓ ｔ ｙａ ｃ Ａ ｓ ａｔ Ａ ｖ ｔ ｏ ｔ ｅ ｄｌｆｖ ｉｅ ａ ｂｉ ｂ ｅｕｅ ｆｍ ｃａｉ ｌ ｙ ｅ ｄ ｎ ｓ ｒ ｒ ａｐ ｔｙ ｍ ｅ ｃ ｌ ｈ ｃ ｓｍ ｍｉ
异， 体现在模型直线行驶抗 干扰性较差 ， 微小的干扰就会造成模 型的跑偏等方面［ 正是针对这些问题进行研究 ， ６ １ 。 结合对影响稳定 性关键环节的阐述 ， 进行相应工况 的仿真分析 ， 验证模 型的有效
性和可信度 。
图 １整车动力学模型
３直线线路保持性的干扰 因素
车辆在正常行驶工况下 ， 由于不确定因素的影响 ， 会产生不 同的微小干扰 。依靠 自身的抗干扰能力 ， 实车并不会产生某些不
机 械 设 计 与 制 造
２１ ６
Ｍａ ｈｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅｙ ｓ ｇ
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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Ｍａ ｕａ ｔ ｒ ｎ ｆｃｕ ｅ
第７ 期 ２１ ０ ２年 ７月
文章编号 ：０ １ ３ ９ （ ０２ ０ — ２ ６ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）７ ０ １— ３
汽车抗干扰性仿真分析 木
王 南 王 晶 卢 军广 李 伟 李鹏 飞 （河北工程大学 机电学院， ’ 邯郸 ０６ ３ ）（中煤邯郸设计工程有限责任公司， ５０ ８ ２ 邯郸 ０６ ３ ） ５０ ８ Ｓｉ ｌｔ ｎｏ ｈｃｅＡｎｉｉｔ ｒ ｒ ｎ ｅ Ｐ ｒ ｍａ ｃ ｍｕａ ｉ ｆ ｏ Ｖｅ ｉｌ ｔ． ｅ ｅ ｅ ｃ ｅ ｏｒ ｎ ｅ ．ｎ ｆ ｆ
１ ０
时 间 （ｅ ） ｓｅ
图 ５横摆角速度
仿真结果 ， 如图 ３ 图 ５ ～ 所示 。通过仿真结果可以看 出， 向 转 系统无静摩擦时 ， 方向盘在零转角附近 ， 微小的转 向干扰输入就 会影 响到车辆 的波动， 这与实际情况不符 。在转 向系统嵌入 了静
摩擦环节后 ， 车轮转角、 侧向加速度 、 横摆 角速度几乎没有变化 ， 使整车具备了抵抗方向盘微小于扰输入的能力 ， 引入静摩擦环节
Ｓ ｔｔｅＡ Ａ ／ａ， ｈｃ ｅｓ ｔ ｒ ｔｎｉ ｃｎｉｅｅ ｎｔｅｓ ｅｉｇｓｓ ｍ ａｄｔｅｄｆｒｎｉ ｏｗｌ Ｄ ＭＳＣｒｉ ｗ ｉ ｔ ｔｉｆｉｉ ｏｓ ｒｄｉ ｈ ｔ ｒ ｙｔ ｈ ｉｅｅｔ ｆ ｌ ＇ ｎ ｈ ｈ ａｃ ｃｏ ｓ ｄ ｅ ｎ ｅ ｎ ｆ ｌ ａ
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｔ Ｉ ｔｒｅ ｅ ｃ ｒｏ ｍ ａ ｃ ； ｉ ｌｔ ｎ Ｌｉ ｅＫｅ ｐｎ ｒｏ ｍ ａ ｃ ； ｙＷ ｒ ｓ Ａｎ ｉ ｎ ｅ ｆｒ ｎ ｅＰｅ ｆ ｒ ｎ ｅ Ｓ ｍｕ ａｌ ； ｎ ｅ ｉ ｇＰｅ ｒ ｎ ｅ ＡＤＡＭ ＳＣａ ｏ ｆ ／ ｒ
中 图分 类号 ：Ｈ１ ， ４ 文献 标识码 ： Ｔ ６Ｕ ６ Ａ
ｐ ｖｍ ｎ ｏｓ ｏｔ ｎ ｅｒｔｅｓｅｄｂｔｅｎｌ ｔ ｎ ｉ ｔ ｈｅ ｉｅｓｔｅｃｍ ａｉ ｎｃｒ ￥ｏ ａｅ ｅｔｓ ｔ ｍ ｏｈａｄｔ ｏａ ｅ ｅ ｅ ｆ ａｄｒ ｈ ｅｌｄｆｒ， ｏ ｐｒ ｏ ｕｙ ｆ ｉｎ ｈ ｔ ｐ ｗ ｅ ｇ ｗ ｓ ｆ ｈ ｓ ｅ
ｒ ｅａ ｄ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ｇｗ ｅ ｌ ｃｎｒ ｌ ｙＣ ｄｉ ｒ ｏ ｔ ｈ ｅ ｏｐｉ ｕｅｔｅ ｆｅ ｎ ｆｘ ｄｓ ｅｏ ｅｓ ｅｉ ｈ ｅ ｏ ｔ ｌ ｄｂ ａ ｒ ｅ ｈｗ ｔａ ｗ ｅｌ ｃｕ ｌ ｇｃ ｎｒｄ ｃ ｈ ｉ ｔ ｆｈ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏｅ ｒ ｖ ｓ ｈ ｓ ｎ ａ ｅ ｌ ｅａ ｏ ｓｔ ｉ ａ ｃ ， ｅｃｒｓ ｅｔｒｎｌ ｅｋｅ ｉｇ ｅ ｏｍ ￣ ｅａ ｄｓ ｂｌｙ ｔ ｌ ｆ ｓ ｎ ｈ ａ ｒ ｆｅ ｄ ｔ ｅ ｔ ａ ｔ ｎ ｅｐｎ ｐ ｒ ｒ ｉｂ ｅ ｉ ｉ ｆｏ ａ ｉｔ． ｎ ｔ ｉ
有 一定 的抗 干扰 性 。
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时 间 （ｅ ） ｓｃ
方向盘在 中间位置时车辆不会过于灵敏 ，因此驾驶员无需
图 ２方 向盘力矩
００ ．加 ００ｌ ． ６ ｏｏ ２ ．１
不断修正方向盘。车辆在高速直线行驶的过程 中， 微小的方 向盘 力矩波动不会 引起车轮绕主销 的转动， 使车辆具备 了抵抗驾驶员
产生的抗干扰效果与实际情况相符 。
在 车辆转向系统 中，摩擦是影响车辆行驶过程中稳定性的 关键 因素 ，其静动摩擦效应是车辆具备 良好线路保持性 的保证 ，
当无静摩擦环节时 ， 驾驶员将很难驾驭行驶 的车辆 ， 觉汽车方 感
向“ 发飘”正是由于静摩擦力的存在才使得车辆在行驶 过程 中具 ，
ｏ ｅｆ ｒ ｈ ｔ ｃｕｅ ｓ ｍｂ ｄ ｅ ｄ ｎｍｉ ｓｓ ｍ， ｈ ｈｅｓ ｒｄｃ － ｒｉａ ｏ ｂ ｔ ｅ ｎ ｍ ｄ ｌｏ ｅｓ ｕ ｔｒ ｉ ｅ ｅ ｄｄｉ ｙａ ｃ ｙｔ ｗ ｉ ｎｕｅ ｏ ｏｄｎ ｉ ｅ ｅｎｔｅＺ ａ ｄ ｔ ｒ ｎ ｌ ａ ｅ ｃ ｔ ｎ ｗ ｈ ｒ ｈ ｈｅｓ ｎｓ ｕ ｔｒ．ｈ ｎｔｅｍ ｄ ｌｆｔ ｅ ｉ ｅｉ ａ ａ ｚｄｂ ｍｕａ ｎ ｓ ｙ ｉ ｅａｉ ｎ ｉ ｉ ｔ ｅｌ ｉ ｔ ｃｕｅＴ ｅ ｅ ｏ ｈ ｖ ｈｃ ｎｌ ｅ ｙｓ ｌ ｉｇｉ ｐｃ ｏ ｒｔ ｇｃ ｄ — ｇ ｗ ｒ ｈｏ ｅ ｌ ｓ ｙ ｉ ｔ ｔｔ ａ ｐ ｌ ｎ ｏ ｔ ｎ．ｈ ｅｕｔ ｓ ｏ ａ ａ ａ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｔｅｉ ｉｕｂ ｃ ｎ ｕ ｉ ｔ ｉｆ ｔ ｎ Ｗｈ ｎｔｅ ｉ ｓＴ ｅｒｓｌ ｈｗ ｔｔ ｃ ｒ ｎ ｒ ｉ ｉ ｒ ｉｙｓ ｒ ｇｄｓ ｒａ ｅｉ ｔ ｔ ｓ ｔ ｃｉ ； ｅ ｏ ｓ ｈ ｃ ｅｓｄｖ ｔ ｅ ｎ ｔ ｎ ｐ ｗ ｈ ａｃ ｉ ｏ ｈ
１ 引言
随着 车速的提高 ， 汽车 的操纵稳 定性ｌ ｌ １ 日益受 到人们 的重 视。汽车的操纵稳定性包含了相互联系的两个部分 ：１操纵性 ， （） 指按驾驶员的意愿修正汽车行驶方向的性能 ；２稳定性 ， （） 指汽车 在受到路 面不平 、侧风等外部干扰后恢复原来运动状态的能力 ，
稳定性的好坏直接影响到操纵性的好坏Ｉ１以往关于车辆稳定性 ２。 － ３ 的研 究大都从车辆 的主动性能上来保证 ，主要体 现为 以下两方 面： 车辆具 备适 当的不足转向特性 以有效维持车辆的稳 定行 可 驶； 通过设计合理的悬架运动学和弹性运动学特性进行前轮 的前
第７ 期
王 南等： 汽车抗干扰性仿真分析
ＯＯ ．６
２７ １
车辆在主性能上具有较好 的一致性 ，但汽车转 向动态过程 中， 由 于缺乏对一些精细环节的描述， 导致了车辆模型的 自身抗干扰能 力反 映不够准确 ， 仿真逼真度下 降， 在微小干扰下出现仿真 的结 果与实际车辆的响应不符 的现象 。由于车辆在制造过程 中， 误差
（ ｎ ａ ｅｉ ｎ ｉｅｒ ｇＣ ｉａｏｌ ｏ，ｔ， ａ ｄ ｎ０ ６ ３ ，ｈｎ ） ２ ｄ ｎＤ ｓ ｎＥ ｇｎｅ ｎ ｈｎｃ ａ Ｃ ． ｄ Ｈ ｎ ａ ５ ０ ８ Ｃ ｉａ Ｈａ ｇ ｉ Ｌ
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鼍 ０２ ． ０
存在不可避免 ， 其中包括前轴后轴 的不平行和左右结构的不对称 等。因此， 干扰汽车直线线路保持性的因素主要有驾驶员的微小 转 向干扰输入 ， 不平路面干扰 ， 左右车轮转速差等。
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鐾ｏ －２ ０
－
４仿真分析
４１抵抗 微小转 向干扰输入 ．
后将上述子系统进行组装构建成一部整车虚拟样机模型 ， 如图 １
所示
束控制 ， 满足车辆稳定性行驶的要求。
但是 由于在车辆动力学模型１ ５ １ 中缺乏对转向系统 中的摩擦
环节 的描述 ， 使得模型的仿真结果尽管在稳态性能上与实际车辆
有较好 的一致性 ，在动态过程方面却 与实际车辆存在一定 的差
ＷＡ Ｇ Ｎ ｎＷＡＮ ｎ ， ＵＪ ｎ ｇ ａ ｇＬ ｉＬ ｅｇ ｆｉ Ｎ ａ 。 Ｇ ｊ ｇ Ｌ —ｕ ｎ ，Ｉ ｉ ｕ Ｗｅ，Ｉ ｎ —ｅ Ｐ
（ ｏｌ ｅｏ ｅ ｈ ｎ ａ ａｄＥｅｔｃ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｈ ｂ ｉ ｎ ｅｓ ｙｏ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｈ ｎ ａ ５ ０ ８ Ｃ ｉａ ‘ ｌ ｇ ｆ ｃ ａ ｉ ｌ ｎ ｌ ｒ ａ Ｅ ｇ ｅ ｎ ， ｅ ｅ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｆ ｇ ｅｉ ， ａ ｄ ｎ０ ６ ３ ， ｈｎ ） Ｃ ｅ Ｍ ｃ ｃｉ ｎ ｉ ｖ ｉ Ｅ ｎ ｎ
提供了 良好 的建模环境 ， 通过标准模 式 ， 利用已有的子 系统模板
建立各子系统 ， 其中转 向系统采用齿 轮齿条式 ， 向球头销处建 转
立了静动摩擦分离模型 ，前后悬架 系统采用双横臂独立悬架 ， 车
身系统简化成一个刚体 ， 使用一个质量中心模型 ， 动力系统模 型 采用面向结构 的动力传动系 ，前后轮胎模型参照已有子系统模 型。 建立各子系统 以后 ， 根据汽车的一些实际数据参数进行修改 ， 其 中包括质量参数 、 运动学几何定位参数和力学特性参数等。最
２建立整车动力学模型
－
利用 Ａ Ａ ／ａ 建立了整车的虚拟样机模型。Ａ Ａ ＳＣ ｒ 良反应 ， Ｄ ＭＳＣ ｒ Ｄ Ｍ ／ａ 还会维持原有的行驶路线 。尽管车辆动力学模型与实际
ｋ来稿 日期 ：０ １０ — ３ ★基金项 目： ２ １－ ９ １ 国家 自然科学基金资助项 目（ １７ １８ ， ５ ０ ５ ｌ ）河北省教育厅研究计划项 目（０ ９ ２ ） ２０ ４ ０
微小转 向干扰输入的能力 ， 车辆的行驶状态不会发生变化。因此
降低 了驾驶员 的驾驶负担 ， 提高 了车辆模 型的逼真度 ， 准确描述
了车辆的线路保持性， 使车辆具备 了良好稳定性 。
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娄０４ ． ０ ０
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４２ 抵抗 路面不平干 扰 ．
路面不平是指道路表面相对 于基准平面的偏离 ，路 面的凹 凸现象引起了车辆的振动 。 本试验 以汽车直线行驶速度 ｌＯ ｍｈ Ｏ ｋ ／ 为例 ， 单侧车轮遇到地面微小 凸起发生偏离时 ， 汽车的方向盘处 于自由状态 ， 依靠转 向系统 的相互作用协调两侧 车轮各 自的运动