整车操纵稳定性仿真分析实施报告分析解析.docx

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整车操纵稳定性仿真分析实施报告分析解析

L11整车操纵稳定性仿真分析报告

（HB11A/HB12A）

编制（日期）

校对（日期）

审核（日期）

批准（日期）

简式国际汽车设计（）

L11整车操纵稳定性仿真分析报告（HB11A/HB12A）

1.定半径稳态圆周试验

1.1试验方法

HB11A处于满载状态，沿半径为40m的定半径圆周进行回转运动，开始以最低稳定速度进入圆周，找准方向盘的位置，使汽车可以沿圆周进行回转运动，开始记录，然后缓慢连续而均匀地加速（纵向加速度不超过0.2m/s2），加速的同时调整方向盘转角以维持定半径圆周运动，这个过程中车辆不应超出车道0.5m，直至不能维持稳态定半径圆周运动条件时或受发动机功率限制所能达到的最大侧向加速度为止。

记录整个过程，建议使用满足试验条件的最高档位。

试验按向左转和向右转两个方向进行，每次试验开始时车身应处于正中位置。

1.2数据处理

1.2.1不足转向梯度

“方向盘转角——侧向加速度”拟合曲线线性部分的斜率，取侧向加速度为0.25g时的曲线斜率。

1.2.1.1左转

图1方向盘转角—侧向加速度（左转）

从图1计算得到左转不足转向梯度为137º/g

1.2.1.2右转

图2方向盘转角—侧向加速度（右转）

右转不足转向梯度为134.5º/g，则HB11A平均不足转向梯度为135.75º/g。

1.2.2不足转向梯度/转向系角传动比

HB11A的角传动比约为23.333，则不足转向梯度/转向系角传动比为5.817º/g。

1.2.3侧偏角梯度

“质心侧偏角——侧向加速度”拟合曲线线性部分的斜率，取侧向加速度为0.25g时的曲线斜率。

1.2.3.1左转

图3质心侧偏角——侧向加速度（左转）

左转侧偏角梯度为5.987º/g。

1.2.3.2右转

图4质心侧偏角——侧向加速度（右转）

右转侧偏角梯度为5.987º/g，则HB11A平均侧偏角梯度为5.987º/g。

1.2.4侧倾角梯度

“车身侧倾角——侧向加速度”拟合曲线线性部分的斜率，取侧向加速度为0.25g时的曲线斜率。

1.2.4.1左转

图5车身侧倾角——侧向加速度（左转）

左转侧倾角梯度为8.995º/g。

1.2.4.2右转

图6车身侧倾角—侧向加速度（右转）

右转侧倾角梯度为8.94º/g，则HB11A平均侧倾角梯度为8.967º/g。

2.方向盘转角阶跃输入试验

2.1试验方法

HB11A处于满载状态，以70ｋｍ/ｈ的车速稳定直线行驶，开始记录数据，以尽可能快的速度（阶跃时间为0.4s）转动方向盘，达到预定的转角，保持方向盘转角不变直至汽车恢复稳定状态，试验过程中油门踏板开度应尽可能保持不变。

方向盘转角初始值是10°，每次增加5°，直到车辆达到附着极限，试验分为向左、向右两个方向进行。

2.2数据处理

2.2.1横摆角速度—方向盘转角滞后时间

横摆角速度达到50%稳态值时相对于方向盘转角达到50%阶跃值时的滞后时间。

2.2.1.1稳态侧向加速度为0.3g时

图70.3g时横摆角速度—方向盘转角滞后时间

左转时，横摆角速度——方向盘转角滞后时间为0.0308s

右转时，横摆角速度——方向盘转角滞后时间为0.0312s

HB11A横摆角速度——方向盘转角平均滞后时间为0.031s

2.2.1.2稳态侧向加速度为0.4g时

图80.4g时横摆角速度—方向盘转角滞后时间

左转时，横摆角速度——方向盘转角滞后时间为0.0326s；

右转时，横摆角速度——方向盘转角滞后时间为0.0331s；

HB11A横摆角速度——方向盘转角平均滞后时间为0.03285s。

2.2.2侧向加速度——方向盘转角滞后时间

侧向加速度达到50%稳态值时相对于方向盘转角达到50%阶跃值时的滞后时间。

2.2.2.1稳态侧向加速度为0.3g时

图90.3g时侧向加速度——方向盘转角滞后时间

左转时，侧向加速度——方向盘转角滞后时间为0.1127s；

右转时，侧向加速度——方向盘转角滞后时间为0.1137s；

HB11A侧向加速度——方向盘转角平均滞后时间为0.1132s。

2.2.2.2稳态侧向加速度为0.4g时

图100.4g时侧向加速度——方向盘转角滞后时间

左转时，侧向加速度——方向盘转角滞后时间为0.1397s；

右转时，侧向加速度——方向盘转角滞后时间为0.1408s；

HB11A侧向加速度——方向盘转角平均滞后时间为0.14025s。

2.2.3侧倾角——方向盘转角滞后时间

车身侧倾角达到50%稳态值时相对于方向盘转角达到50%阶跃值时的滞后时间。

2.2.3.1稳态侧向加速度为0.3g时

图110.3g侧倾角——方向盘转角滞后时间

左转时，侧倾角——方向盘转角滞后时间为0.1733s；

右转时，侧倾角——方向盘转角滞后时间为0.1741s；

HB11A侧倾角——方向盘转角平均滞后时间为0.1737s。

2.2.3.2稳态侧向加速度为0.4g时

图120.4g侧倾角——方向盘转角滞后时间

左转时，侧倾角——方向盘转角滞后时间为0.1773s；

右转时，侧倾角——方向盘转角滞后时间为0.1779s；

HB11A侧倾角——方向盘转角平均滞后时间为0.1776s。

2.2.4侧偏角——方向盘转角滞后时间

质心侧偏角达到50%稳态值时相对于方向盘转角达到50%阶跃值时的滞后时间。

2.2.4.1稳态侧向加速度为0.3g时

图130.3g侧偏角——方向盘转角滞后时间

左转时，侧偏角——方向盘转角滞后时间为0.1408s；

右转时，侧偏角——方向盘转角滞后时间为0.1411s；

HB11A侧偏角——方向盘转角平均滞后时间为0.14095s。

2.2.4.2稳态侧向加速度为0.4g时

图140.3g侧偏角——方向盘转角滞后时间

左转时，侧偏角——方向盘转角滞后时间为0.1698s；

右转时，侧偏角——方向盘转角滞后时间为0.1702s；

HB11A侧偏角——方向盘转角平均滞后时间为0.17s。

3.转向回正性能试验

3.1试验方法

HB11A处于满载状态，沿半径为20m的圆周行驶，调整车速，使侧向加速度达到4±0.2m／s2，固定转向盘转角，稳定车速并开始记录，驾驶员突然松开转向盘，至少记录松手后4s的汽车运动过程。

记录时间油门开度保持不变。

试验按向左转与向右转两个方向进行，每个方向三次。

3.2数据处理

3.2.1车辆轨迹

图15车辆轨迹

3.2.2侧向加速度时间历程

图16侧向加速度时间历程

3.3.3车速及油门开度时间历程

图17车速及油门开度时间历程

3.3.4横摆角速度评价

图18横摆角速度变化曲线

3.3.4.1残留横摆角速度

松开方向盘3s时刻的横摆角速度值（包括0值）。

左转时，残留横摆角速度为0.4011º/s；

右转时，残留横摆角速度为0.4363º/s；

HB11A平均残留横摆角速度为0.4187º/s。

3.3.4.2横摆角速度超调量

横摆角速度响应第一个峰值超过新稳态值的部分与初始值之比。

左转时，横摆角速度超调量为55.813%；

右转时，横摆角速度超调量为55.759%。

HB11A平均横摆角速度超调量为55.786%。

3.3.4.3横摆角速度自然频率

式中：

——横摆角速度自然频率，Hz

——横摆角速度响应时间历程曲线的峰峰值，（º）/s

——横摆角速度响应时间历程曲线上两相邻波峰的时间间隔，s

n——横摆角速度响应时间历程曲线的波峰数

左转时，横摆角速度自然频率为0.7719Hz；

右转时，横摆角速度自然频率为0.7447Hz；

HB11A平均横摆角速度自然频率为0.7583Hz。

3.3.4.4横摆角速度相对阻尼系数

衰减率

式中：

——横摆角速度响应历程曲线的第一个峰峰值，（º）/s

可得相对阻尼系数

左转时，横摆角速度相对阻尼系数为0.1992；

右转时，横摆角速度相对阻尼系数为0.1961；

HB11A平均横摆角速度相对阻尼系数为0.1976。

3.3.4.5横摆角速度总方差

式中：

——横摆角速度总方差，s

——横摆角速度响应时间历程曲线瞬时值，（º）/s

——横摆角速度响应初始值，（º）/s

n——采样点数

Δt——采样时间间隔，s

左转时，横摆角速度总方差为0.4722s；

右转时，横摆角速度总方差为0.473s；

HB11A平均横摆角速度总方差为0.4726s。

4.中间位置转向试验

4.1试验方法

HB11A处于满载状态，以70ｋｍ/ｈ的固定车速直线稳定行驶，以0.2Hz的频率进行连续的正弦曲线方向盘转角输入，产生的最大侧向加速度为0.25g，正弦输入以外的过程中要始终保持方向盘转角不变，试验过程中，转向角最大幅度和方向盘中心位置的角速度应尽可能稳定。

此外，油门踏板位置变化应保持最小，与车速限值要求保持一致。

4.2数据处理

4.2.1侧向加速度—方向盘转角

图19侧向加速度—方向盘转角

转向灵敏度：

方向盘最大转角的±20%围的曲线平均斜率，为0.0036g/º

最小转向灵敏度：

侧向加速度在±0.1g围的曲线最小瞬间斜率，为0.0036g/º。

侧向加速度为0.1g时的转向灵敏度：

远离转向中心侧向加速度为0.1g时的曲线斜率，为0.0038g/º。

转向线性度：

最小转向灵敏度与侧向加速度0.1g时的转向灵敏度的比值，为0.9474。

转向迟滞：

在侧向加速度为±0.1g围的曲线区域面积，为3.166º·g

方向盘平均转角静态区：

转向迟滞除以0.2g，为15.83º。

4.2.2横摆角速度——方向盘转角

图20横摆角速度——方向盘转角

横摆角速度响应系数：

方向盘最大转角的±20%围的曲线平均斜率，为0.11/s。

5.扫频试验

5.1试验方法

HB11A处于满载状态，以70ｋｍ/ｈ车速稳定直线行驶，开始记录数据，给方向盘转角正弦扫描输入，频率围从0.2Hz到4Hz连续变化，转向幅度使侧向加速度峰值达到0.25g，试验过程中油门开度保持不变。

5.2数据处理

5.2.1侧向加速度v—方向盘转角

图21侧向加速度v—方向盘转角

初始增益为0.0034g/º，最小增益频率为2.9053Hz。

5.2.2横摆角速度—方向盘转角

图22横摆角速度—方向盘转角

初始增益为0.09571/s，最大增益频率为1.4893Hz，放大率为2.3762

5.2.3侧偏角—方向盘转角

图23侧偏角—方向盘转角

初始增益为0.0088，最大增益频率为1.3428Hz，放大率为2.6818。

5.2.4侧倾角—侧向加速度

图24侧倾角—侧向加速度

初始增益为8.673º/g。

6.平顺性脉冲输入试验

6.1试验方法

采用如图25所示三角形状的凸块作为脉冲输入，将凸块放置在试验道路（干燥平整长直的水泥路面或者沥青路面）中间，并按汽车轮距调整好两个凸块间的距离，为保证汽车左右车轮同时驶过凸块，应将两凸块放在与汽车行驶方向垂直的一条线上。

图25三角形状的凸块示意图

图25中：

h——80mm；B——按需要而定，但必须大于轮宽。

HB11A处于满载状态，分别以10、20、30、40、50、60

的实验车速直线匀速驶过凸块，在汽车通过凸块前50m应稳住车速和方向盘，并启用测速装置测量车速。

当汽车前轮接近凸块时开始记录，待汽车驶过凸块并冲击响应消失后，停止记录。

6.2数据处理

各测点在不同车速下的最大垂直加速度的绝对值如表1所示：

表1不同车速下的最大垂直加速度

加速度

单位：

g

驾驶员

座椅

驾驶员

底部

地板

货箱

地板

中心

货箱地板

距前边板、

左边板各300mm处

货箱地板

距前边板、

右边板各300mm处

货箱地板

距后边板、

左边板各300mm处

货箱地板

距后边板、

右边板各300mm处

10km/H

0.0024

0.0031

1.99

1.4704

1.4891

5.2347

5.2178

20km/H

0.0019

0.0029

3.2371

1.0887

1.1008

7.3223

7.3081

30km/H

0.0015

0.0033

3.4393

1.0787

1.0943

7.6851

7.6707

40km/H

0.0011

0.0034

3.4563

1.0789

1.0953

8.008

7.9916

50km/H

0.0009

0.0029

2.9689

0.9226

0.9368

6.8746

6.8604

60km/H

0.0007

0.0026

2.7578

0.8042

0.817

6.3326

6.3198

7.仿真试验结果汇总

表2仿真试验结果汇总表

定半径稳态圆周试验

不足转向梯度

135.75º/g

不足转向梯度/转向系角传动比

5.817º/g

侧偏角梯度

5.987º/g

侧倾角梯度

8.967º/g

方向盘转角阶跃输入试验

横摆角速度——方向盘转角时滞（0.3g）

0.031s

横摆角速度——方向盘转角时滞（0.4g）

0.03285s

侧向加速度——方向盘转角时滞（0.3g）

0.1132s

侧向加速度——方向盘转角时滞（0.4g）

0.14025s

侧倾角——方向盘转角时滞（0.3g）

0.1737s

侧倾角——方向盘转角时滞（0.4g）

0.1776s

侧偏角——方向盘转角时滞（0.3g）

0.14095s

侧偏角——方向盘转角时滞（0.4g）

0.17s

转向回正性能试验

残留横摆角速度

0.4187º/s

横摆角速度超调量

55.786%

横摆角速度自然频率

0.7583Hz

横摆角速度相对阻尼系数

0.1976

横摆角速度总方差

0.4726s

中间位置转向试验

转向灵敏度

0.0036g/º

最小转向灵敏度

0.0036g/º

侧向加速度为0.1g时的转向灵敏度

0.0038g/º

转向线性度

0.9474

转向迟滞

3.166º·g

方向盘平均转角静态区

15.83º

横摆角速度响应系数

0.11/s

扫频试验

侧向加速度初始增益

0.0034g/º

侧向加速度最小增益频率

2.9053Hz

横摆角速度初始增益

0.09571/s

横摆角速度最大增益频率

1.4893Hz

横摆角速度放大率

2.3762

侧偏角初始增益

0.0088

侧偏角最大增益频率

1.3428Hz

侧偏角放大率

2.6818

初始增益为

8.673º/g

平顺性脉冲输入试验结果曲线拟合

（1）驾驶员座椅处最大垂直加速度的绝对值——车速

图26驾驶员座椅处最大垂直加速度—车速

（2）驾驶员底部地板处最大垂直加速度的绝对值——车速

图27驾驶员底部地板处最大垂直加速度—车速

（3）货箱地板中心处最大垂直加速度的绝对值——车速

图28货箱地板中心处最大垂直加速度—车速

（4）货箱地板距前边板、左边板各300mm处最大垂直加速度的绝对值——车速

图29货箱地板距前边板、左边板各300mm处最大垂直加速度—车速

（5）货箱地板距前边板、右边板各300mm处最大垂直加速度的绝对值——车速

图30货箱地板距前边板、左边板各300mm处最大垂直加速度—车速

（6）货箱地板距后边板、左边板各300mm处最大垂直加速度的绝对值——车速

图31货箱地板距后边板、左边板各300mm处最大垂直加速度—车速

（7）货箱地板距后边板、右边板各300mm处最大垂直加速度的绝对值——车速

图32货箱地板距后边板、右边板各300mm处最大垂直加速度—车速

8.结论

本仿真模型中，轮胎、衬套等对操纵稳定性和平顺性有重要影响的参数未能获取，只能以较接近的经验数据代替；后桥板簧仅复现了主副簧刚度，并未考虑片间摩擦；整车转动惯量无法应用SAE经验公式估算，只能人为按数量级近似。

从初步仿真结果看，HB11A稳态特性中的侧偏角梯度和侧倾角梯度较大，瞬态反应较灵敏（实车试验时驾驶员难以像仿真试验中那么快速的转动方向盘，故瞬态反应会响应延迟），中间位置转向时线性度较好、迟滞较小，转向回正性能较差，频响特性的放大率较大，货箱后部的平顺性较差。