(10)申请公布号 (43)申请公布日 2014.10.01
C N 104077459
A (21)申请号 201410341089.8
(22)申请日 2014.07.17
G06F 17/50(2006.01)
(71)申请人中国汽车工程研究院股份有限公司
地址401122 重庆市经开区北区金渝大道9
号
(72)发明人邵凯 吴俊刚 刘振声 黄睿
(74)专利代理机构重庆市恒信知识产权代理有
限公司 50102
代理人
刘小红
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种用于计算悬架K&C 特性对
整车操稳性能影响的模型。通过对底盘操稳性能
评价指标的合理选取，基于多体动力学理论建立
相应的整车动力学模型，并对悬架K&C 特性进行
参数化，提取悬架K&C 特性的关键控制参数，并根
据底盘转向运动学机理将悬架K&C 特性控制参数
加入到整车模型中，从而得到可以用于悬架K&C
特性对操稳性能影响分析的动力学模型。一方面
该模型输入参数主要为整车级基本参数，另一方
面通过与实车试验结果进行对比分析，表明该模
型具有较高的仿真精度，因此该建模方法可以用
于底盘操稳性能开发阶段前期预测，从而用于解
决底盘性能开发过程中的性能目标控制问题。
(51)Int.Cl.
权利要求书3页 说明书10页 附图4页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书3页 说明书10页 附图4页(10)申请公布号CN 104077459 A
1.一种基于悬架KC特性的汽车底盘操稳性能分析模型，包括建立轮胎模型，所述KC特性为运动学特性与弹性运动学特性，其特征在于：还包括建立车体模型、建立悬架模型、建立计算车轮等效转角模型；其中所述悬架包括左前lf悬架，右前rf悬架，左后lr悬架，右后rr悬架， 所述建立车体模型的步骤具体为：
A1获取汽车的簧载质量m、质心至前轴距离a、质心至后轴距离b、轮距c、簧载质量绕x
轴转动惯量J
x 、簧载质量绕y轴转动惯量J
y
及簧载质量绕z轴转动惯量J
z
；
A2、建立车体坐标系、轮胎印迹坐标系、轮胎坐标系、惯性坐标系，其中轮胎印迹坐标系关于惯性坐标系的方向余弦矩阵为： 车体坐标系关于轮胎印迹坐标系的方向余弦矩阵为：
轮胎印迹坐标系关于车体坐标系的方向余弦矩阵为：
轮胎坐标系关于轮胎印迹坐标系的方向余弦矩阵为：
表示车体的横摆角、φ表示车体的侧倾角、θ表示车体的
纵倾角；
A3、根据车体受力模型，由牛顿定律得到车体平动动力学方程(1)及车体转动动力学方程(2)：所述车体平动动力学方程(1)为：
其中
u 、v 、w 分别表示车体质心处的纵向、侧向、垂向速度，F xsij 、F ysij 分别表示悬架杆系传递至车体的x 、y 方向力，F zsij 表示悬架减振器支柱与弹簧传递至车体z 方向力，F dzij 表示由悬架杆系产生并传递至车体的举升力，M xij 、M yij 、M zij 分别为悬架传递至车体的力矩在x 、y 、z 三个方向上的分力矩，ij 表示左前lf ，右前rf ，左后lr ，右后rr ，车体俯仰角θ，侧倾角φ，横摆角是相对于惯性坐标系，而车体运动角速度w x ，w y ，w z 是相对于车体坐标系；
所述建立悬架模型的步骤具体为：
B1、获取汽车单侧非簧载质量m ui 、悬架刚度k sji 、悬架阻尼系数b sji 、质心高度h 、质心与侧倾中心高度差h rci 、轮胎半径r ri 、轮胎垂向刚度k ti ；
B2、参照建立车体模型中的步骤A2建立的车体坐标系、轮胎印迹坐标系、轮胎坐标系、惯性坐标系，并假定前后悬架侧倾中心高度固定不变，而且侧倾中心是悬架将载荷传递到车体的作用点，建立车体右前悬置点的载荷方程：
其中u urf 、v urf 、w urf 分别表
示右前非簧载质量在车体坐标系下的速度，而u urf 的导数表示加速度，k srf 右前悬架刚
度l srf 表示右前悬轮心至车体悬置点长度，
m uf 表示单侧前悬非簧载质量，h rcf 表示质心至前悬侧倾中心距离，F xgsrf ，F ygsrf ，F zgsrf 是基于车体坐标系的轮胎接地点载荷，由基于轮胎印迹坐标系的轮胎力F xgrf ，F ygrf ，F zgrf 通过坐标变换计算得到；
B3、然后计算非簧载质量速度，其中非簧载质量纵向速度u urf 与侧向速度v urf 由下式计算得到：
其中u srf 、v srf 为右前悬置点速度，而非簧载质量的垂向速度由下式
求得：
而右前悬置点速度由车体质心速度根据坐标变换求得：
其中c 表示轮距，a 表示车体质心至前轴距离；
B4、然后得到右前轮胎载荷：
F xtrf 、F ytrf 表示基于轮胎自身坐标系的轮胎纵向力、
轮胎侧向力，而相对于轮胎自身坐标系的轮胎垂向载荷可由轮胎垂向变形计算得到F zgrf ＝F ztrf ＝x trf k tf ，k tf 表示前轮胎垂向刚度，x trf 表示右前轮胎垂向变形量；而右前轮胎的垂向变形由下式计算得到：同理得到左前、左后、右后点的速度和载荷方程；
建立计算车轮等效转角模型的具体步骤为：
C1、获取前后轮胎侧偏刚度c ai 、轮胎外倾刚度c ri ，以及前后悬架相关K&C 特性，包括悬架侧倾转向梯度E i 、侧倾外倾梯度γi 、侧向力变形转向梯度A i 、侧向力变形外倾梯度γyi 、回正力矩变形转向梯度E mi ；
C2、根据得到的轮胎特性及悬架K&C 特性参数，计算前轮胎侧偏特性导致的转角
后轮胎侧偏特性导致的转角前悬侧倾转向E f R φa y 、后悬侧倾转
向E r R φa y 、前悬侧倾外倾转向后悬侧倾外倾转向前悬侧向力变形转
向A f F yf 、后悬侧向力变形转向A r F yr 、前悬侧向力外倾转向后悬侧向力外倾转向
前悬回正力矩变形转向E mf m f p tf 、后悬回正力矩变形转向E mr m r p tr 及由转向系运动
学导致的前轮转角δref ，将求出的各项车轮转角分量叠加及可得到前后轮的综合转角，
其中m f 、m r 为前后轴荷，c af 、c ar 为前后轮胎侧偏刚度，E f 、E r 为前后悬侧倾转向梯度，R φ为车体侧倾梯度，r f 、r r 为前后悬侧倾外倾梯度，c rf 、c rr 为前后轮胎外倾刚度，A f 、A r 为前后悬侧向力变形转向梯度，r yf 、r yr 为前后悬侧向力外倾梯度，E mf 、E mr 为前后悬回正力矩变形转向梯度，p tf 、p tr 为前后悬侧向力臂，而a y 为车体侧向加速度，由车体运动状态变量计算得到：为前后轮侧向力，分别为轮胎基于轮胎自身坐标下的力F ytij ，ij 表示左前lf ，右前rf ，左后lr ，右后rr，完成建立计算车轮等效转角模型，根据所建立的等效转角计算模型，结合车体模块输入的车体运动状态变量计算出前后轮胎的侧偏角，进而将前后轮侧偏角带入轮胎模型计算出轮胎力。
2.根据权利要求1所述的基于悬架KC 特性的汽车底盘操稳性能分析模型，其特征在于：所述轮胎模型、
车体模型、悬架模型、车轮等效转角模型简化为九自由度，其中车体为侧向y 、垂向z 、横摆侧倾φ、纵倾θ五个自由度，以及四个车轮的垂向跳动自由度z ij 。
一种基于悬架KC特性的汽车底盘操稳性能分析模型
技术领域
[0001] 本发明涉及领域，具体为一种用于计算悬架K&C特性对整车操稳性能影响的模型。
背景技术
[0002] 在底盘操稳性能开发中，在概念开发阶段对底盘操稳性能进行快速预测是非常具有具工程意义的，而操稳性能的预测依赖于动力学模型的建立，需要根据所需要评价的整车性能指标选择所建模型的复杂程度。在底盘操稳性能概念设计阶段，最为重要任务之一就是确定悬架系统方案，悬架系统方案确定的关键就在于悬架系统硬点与系统刚度的确定，而悬架K&C特性则是对悬架外特性的综合描述(悬架K特性指的是悬架系统在轮跳过程中表现出的性能，悬架C特性指的是悬架在外部力与力矩作用下表现出的性能)，因此需要建立考虑悬架K&C特性的操稳计算动力学模型。
发明内容
[0003] 针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种用于底盘性能概念设计阶段，在无法得到详细底盘系统结构参数下，仅需输入少量底盘系统参数即可对悬架系统方案进行快速分析评价，并且具有较高仿真精度基于悬架KC特性的汽车底盘操稳性能分析模型。本发明的技术方案如下：一种基于悬架KC特性的汽车底盘操稳性能分析模型，包括建立轮胎模型，所述KC特性为运动学特性与弹性运动学特性，其还包括建立车体模型、建立悬架模型、建立计算车轮等效转角模型；其中所述悬架包括左前lf悬架，右前rf悬架，左后lr悬架，右后rr悬架，
[0004] 所述建立车体模型的步骤具体为：
[0005] A1获取汽车的簧载质量m、质心至前轴距离a、质心至后轴距离b、轮距c、簧载质量
绕x轴转动惯量J
x 、簧载质量绕y轴转动惯量J
y
及簧载质量绕z轴转动惯量J
z
；
[0006] A2、建立车体坐标系、轮胎印迹坐标系、轮胎坐标系、惯性坐标系，其中轮胎印迹坐标系关于惯性坐标系的方向余弦矩阵为：
[0007]
[0008] 车体坐标系关于轮胎印迹坐标系的方向余弦矩阵为：
[0009]
[0010] 轮胎印迹坐标系关于车体坐标系的方向余弦矩阵为：
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