第五届中国CAE工程分析技术年会论文集 某轻型卡车制动稳定性某轻型卡车制动稳定性分析稳定性分析 分析 周毅 （北汽福田工程研究院 性能开发一部，北京，102206） 摘 要：本文以某轻型卡车制动分析为例，采用多体动力学的分析方法，研究悬架、转向以及制动器参数对于整车制动稳定性的影响。通过对不同方案的比较，我们可以系统地分析各种参数变化对制动稳定性的敏感度，快速地找出改进的高效方案，提高整车的制动性能。 关键词：关键词：多体动力学 制动稳定性 转向干涉 CAE The Braking Stability Analysis of A Light Truck Abstract：Based upon the braking analysis of a light truck, the paper does research on the vehicle stability of braking performance affected by parameters of suspension, steering and braking system with the application of multi-body dynamic analysis. By comparing the different modifications, we can systematically evaluate the sensitivity of those parameters to braking stability, and find out the efficient solutions to improve the vehicle braking performance Key words: Multi-Body Dynamics, Braking Stability, Steering Interference, CAE 1概述 概述 汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力，称为汽车的制动性。本文以某轻卡开发项目为背景，针对其在缓制动实验中的制动跑偏问题，采用多体动力学的分析方法，研究悬架硬点、转向干涉以及制动器参数对于整车制动稳定性的影响。通过对不同方案的比较，我们系统地分析了各种参数变化对制动稳定性的敏感度，快速地找出了改进的高效方案。并且通过实验测试，验证了其对提高整车制动性能的有效性，使得CAE在辅助工程开发方面发挥了积极的作用。 2模型的模型的建立 建立 本次分析采用MSC.Adams2005r2软件View模块作为工具。根据设计部门提供的轻卡设计状态三维数模、设计参数及二维图纸，性能开发一部首先对悬架、转向硬点坐标进行测量，并对板簧、悬架及转向系统进行建模与标定。随后将标定完成的悬架、转向子系统与车架、动力总成、驾驶室、货箱等其他大质量子系统进行装配，最终完成整车分析模型。 103 第五届中国CAE工程分析技术年会论文集 图2-1 轻卡前悬架模型 图2-2 轻卡整车分析模型 3前悬架运动学分析 前悬架运动学分析 3.1双轮同向跳动分析 双轮同向跳动分析 为考察车辆制动时的前轴载荷增加是否会引起车轮转向，首先需要对悬架及转向机构设计的合理性进行校核，即对其进行运动学分析。本次分析采用双轮同向跳动分析。车架与转向摇臂不动，车轮由整备状态竖直运动，上跳、下跳各50mm。 图3-1 轮荷变化曲线 图3-2 车轮转角变化曲线 车轮转角定义左转为正，在整备状态时，左车轮为-0.397°，右车轮-0.398°，即左、右车轮向右偏转。当车轮上跳时，由于转向直拉杆的转向干涉，车轮向左偏转。当车轮上跳达到30mm时，车轮回到正位。 3.2前悬架硬点DOE分析 分析 本次分析对转向节臂与直拉杆的连接点、转向摇臂与直拉杆的连接点进行DOE（灵敏度）分析。同样采用双轮同向跳动分析，车架与转向摇臂不动，车轮由整备状态竖直运动，上跳、下跳各50mm。 图3-3 节臂点上下偏移车轮转角变化曲线 图3-4 节臂点前后偏移车轮转角变化曲线 转向节臂与转向直拉杆的连接点在上下移动30mm后，车轮转角变化曲线如图3-3所示。 104 第五届中国CAE工程分析技术年会论文集 上移30mm后，在整备状态时，左车轮为-0.671°。当车轮上跳达到31.9mm时，车轮回到正位。下移30mm后，在整备状态时，左车轮为-0.132°。当车轮上跳达到23mm时，车轮回到正位。由此可见，转向节臂点下移对转向干涉有较好影响。 转向节臂与转向直拉杆的连接点在前后移动30mm后，车轮转角变化曲线如图3-4所示。前移30mm后，在整备状态时，左车轮为-0.37°。当车轮上跳达到29.6mm时，车轮回到正位。后移30mm后，在整备状态时，左车轮为-0.422°。当车轮上跳达到30.4mm时，车轮回到正位。由此可见，转向节臂点前移对转向干涉有较好影响，但影响量较小。 图3-5 节臂点左右偏移车轮转角变化曲线 图3-6 摇臂点上下偏移车轮转角变化曲线 转向节臂与转向直拉杆的连接点在左右移动30mm后，车轮转角变化曲线如图3-5所示。左移30mm后，在整备状态时，左车轮为-0.452°。当车轮上跳达到30mm时，车轮回到正位。右移30mm后，在整备状态时，左车轮为-0.353°。当车轮上跳达到30mm时，车轮回到正位。由此可见，转向节臂点右移对转向干涉有较好影响，但影响量较小。 转向摇臂与转向直拉杆的连接点在上下移动30mm后，车轮转角变化曲线如图3-6所示。上移30mm后，在整备状态时，左车轮为-0.125°。当车轮上跳达到20.7mm时，车轮回到正位。下移30mm后，在整备状态时，左车轮为-0.669°。当车轮上跳达到31.9mm时，车轮回到正位。由此可见，连接点上移对转向干涉有较好影响。 图3-7 摇臂点前后偏移车轮转角变化曲线 图3-8 摇臂点左右偏移车轮转角变化曲线 转向摇臂与转向直拉杆的连接点在前后移动30mm后，车轮转角变化曲线如图3-7所示。前移30mm后，在整备状态时，左车轮为-0.417°。当车轮上跳达到30.4mm时，车轮回到正位。下移30mm后，在整备状态时，左车轮为-0.374°。当车轮上跳达到29.8mm时，车轮回到正位。由此可见，连接点后移对转向干涉有较好影响，但影响量较小。 转向摇臂与转向直拉杆的连接点在左右移动30mm后，车轮转角变化曲线如图3-8所示。由曲线可以看出，连接点左后移动对转向干涉几乎没有影响。 105 第五届中国CAE工程分析技术年会论文集 4整车制动分析 整车制动分析 4.1原车制动分析原车制动分析 分析 本次分析为轻载，驾驶室3人。车辆50km/h匀速行驶，仿真在第8秒进行制动，方向盘转角固定，制动采用缓制动，减速度约为0.36g。 图4-1 主销转角 图4-2 车辆侧向偏移距离 车辆在制动过程中，主销由于杆系干涉转动0.2761°；停车后，左向偏移距离0.383m。 4.2转向节球销下移30mm 30mm 图4-3 主销转角 图4-4 车辆侧向偏移距离 车辆在制动过程中，由于球销点下移，转向节受板簧S形变形的影响加大，主销在杆系干涉作用下转动0.22°；停车后，左向偏移距离0.267m，减小30.3%。 4.3转向摇臂点上移30mm 30mm 图4-5 主销转角 图4-6 车辆侧向偏移距离 车辆在制动过程中，主销由于杆系干涉转动0.15°；停车后，左向偏移距离0.165m，减小57%。 4.4右侧制动力增大10% 10% 106 第五届中国CAE工程分析技术年会论文集 图4-7 主销转角 图4-8 车辆侧向偏移距离 车辆在制动过程中，主销由于杆系干涉转动0.274°；停车后，左向偏移距离0.113m，减小70.5%。 5结论 结论 通过悬架运动分析，在现在这种硬点布置条件下，轮胎上跳将引起车轮向左转向。增大转向直拉杆两端球铰的高度差，对减小干涉转向有很好的影响。减小转向直拉杆长度，对干涉转向也有较好影响。 表5-1 整车制动分析结果列表 序号 1 2 3 调整方式 下移转向节球销点30mm 上移转向摇臂点30mm 增大右侧制动力10% 制动偏移量（m） 降低百分比（%） 0.267 0.165 0.113 30.3% 57% 70.5 有效性 非常有效 非常有效 非常有效 通过整车制动分析，可以看出悬架的运动干涉对于制动跑偏还是有很大的影响，因此所有改善悬架干涉转向的方法都收到了较好的效果。左右制动力的分配也对制动跑偏有较大影响，如果悬架结构不能更改，适当调整左右轮的制动力分配也可以达到较好的效果。 参考文献：参考文献： [1] 余志生，《汽车理论》第四版，北京：机械工业出版社，2006 [2] 喻凡 林逸，《汽车系统动力学》，北京：机械工业出版社 2005 作者简介：作者简介： 周毅（1980-）男，工程师，北京人，北汽福田工程研究院 性能开发一部 操稳平顺性能室 室主任。研究方向为多体动力学、车辆动力学。已主持轿车、MPV、皮卡、轻卡等多个车型的操纵稳定性分析及疲劳路谱分析计算工作。（E-mail）zhouyi@foton.com.cn联系方式：北京市昌平区沙河镇沙阳路北汽福田工程研究院 性能开发一部 操稳平顺性能室；邮编：102206 论文类别：论文类别：4、CAE技术的行业应用与解决方案 107
