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某城市越野车平顺性优化分析
长安汽车股份有限公司 彭旭阳 董益亮
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摘 要：针对某城市越野车粗糙路面行驶车体俯仰较多，抓地性差，过坑洼、减速带时前后悬收敛较差，冲击较大且生硬的问题，应用MSC ADAMS/CAR 软件，建立了该车虚拟样机模型，并对模型进行了验证。对平顺性进行仿真分析，提出了兼顾操纵稳定性的改进方案。
关键词：MSC ADAMS/CAR，虚拟样机，平顺性，改进
1 概述
与欧美用户相比，中国乘用车用户普遍注重汽车的平顺性，近年来，中国市场上销量大的乘用车一般都是平顺性较好的汽车。影响汽车平顺性的因素很多，平顺性优化必须从轮胎、悬架系统、转向系统、车身、座椅、动力总成等方面综合考虑，系统解决。但方案阶段后期目标确定后，允许有大改动的部分很有限，通常的做法是对样车悬架系统性能参数进行多轮调教，使整车性能最终达到设计目标要求。
汽车作为重要的工业产品，在交通运输及人民的日常生活中起到了越来越重要的作用。国内、国际市场的竞争日趋激烈，各汽车厂家都希望使自己的产品尽早进入市场。按照传统的产品开发方式，需要进行多轮的样车试制及路面试验，这样会花费大量的人力、物力，财力，甚至会延误抢占市场的宝贵时间。为了降低产品开发风险,在实车匹配试验前,利用电子样车进行平顺性和操纵稳定性的仿真分析,为实车匹配试验提供优化的匹配方案就显得十分必要了。
公司某城市越野车粗糙路面行驶车体俯仰较多，抓地性差，过坑洼、减速带时前后悬收敛较差，冲击较大且生硬。针对该问题，本文建立了该车的虚拟样机模型，对模型进行平顺
性仿真分析，提出了改善平顺性的优化方案，提高了实车匹配效率，缩短了匹配周期。
2 模型建立与校验
为了提高虚拟样机的建模速度及精度,将整车分解成多个子系统：前悬架、后悬架、转向系、动力总成、轮胎以及车身，对其进行单独建模和调试，最后得到整车模型。该城市越野车操纵稳定性和平顺性多体模型如图1所示，在建模过程中，充分考虑弹性和阻尼元件的力学特性，连接处橡胶衬套的刚度、阻尼，缓冲块间隙、刚度，螺旋弹簧刚度和减震器阻尼，他们对整车操纵稳定性和平顺性都有很大影响，这些参数主要通过试验手段获得。为保证建模的精度，扭梁式半独立悬架后轴经过了有限元软件的柔性化处理，横向稳定杆采用梁单元建模，几何信息来源于横向稳定杆CAD实体数模。

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图1 操纵稳定性和平顺性多体模型

对前后悬架K&C特性及整车平顺性和操纵稳定性进行仿真与试验结果的对比，验证模型的准确性。限于篇幅，本文只给出了定圆仿真与试验结果的对比。图2、图3分别为定圆试验不足转向度和侧倾角的对比结果，图中实线代表试验结果，虚线代表仿真结果，可以看出仿真与试验结果吻合较好，模型精度满足工程分析要求。

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图2 方向盘转角随侧向加速度变化曲线

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图3 侧倾角随侧向加速度变化曲线

3 平顺性仿真分析
该城市越野车开发过程中，其乘坐舒适性主观评价不满足设计要求，利用上述经过校验的模型，分析前后悬架系统垂向刚度、阻尼、缓冲块间隙、缓冲块刚度和和横向稳定杆直径对平顺性的影响，在此基础上提出了优化方案，在尽量不改变对整车操纵稳定性影响较大悬架参数前提下，新方案调高了前减震器的阻尼，前缓冲块刚度降低20%，后缓冲块间隙增加20mm。通过与原方案对比分析，新方案提高了乘坐舒适性，基本解决了主观评价存在的问题。

表1 优化前后平顺性计算结果

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平顺性分析工况包括随机粗糙路面和三角形脉冲路面输入两种，载荷状态3人，随机输入车速60kph，三角脉冲路面输入车速40kph。优化前后平顺性计算结果见表1，图4、图5给出了三角形脉冲路面输入优化前后后排中间位置加速度变化及车身俯仰角的变化，实线代表原方案仿真结果，虚线代表优化后的仿真结果。
从优化前后对比结果可以得出：优化后粗糙路面平顺性略有好转，车身俯仰减少；前轮抓地性提高，后轮抓地性基本不变；过障碍冲击明显减弱，过坑洼、减速带时前后悬收敛得到改善，俯仰角明显减小。

（图片）

4 操纵稳定性仿真分析
前后悬架参数的变化会对整车操纵稳定性带来影响，有必要对优化前后整车操纵稳定性进行对比分析，考查前减震器阻尼增加，前缓冲块刚度降低20%，后缓冲块间隙增加20mm对整车操纵稳定性的影响。
操纵稳定性分析工况包括：方向盘中间位置输入，定圆行驶稳定性，角阶跃输入，载荷状态3人，方向盘中间位置车速100kph，侧向加速度达0.2g，角阶跃输入车速100kph,侧向加速度达0.6g。优化前后操纵稳定性计算结果见表2所示，可以看出悬架参数优化后对整车操纵稳定性影响很小，没有降低整车操纵稳定性，表明采用新方案提高平顺性是可行的。

表2 优化前后操纵稳定性计算结果

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5 结束语
原方案前减震器阻尼小，前缓冲块刚度大以及后缓冲块间隙小是造成该城市越野车粗糙路面行驶车体俯仰较多，抓地性差，过坑洼、减速带时前后悬收敛较差，冲击较大且生硬的主要原因。优化方案在确保整车操纵稳定性不降低的同时，大大改善了车辆平顺性，可以作为实车匹配试验的依据，提高了匹配效率，缩短了匹配周期。
6 参考文献
1 王望予.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，2004.8.
2 陈立平，张云清，等.机械系统动力学分析及ADAMS 应用教程[M].北京：清华大学出版社，2005.
3 王国权, 等.虚拟试验技术[M].北京：电子工业出版社,2004.142-143.
4 郭孔辉. 汽车操纵动力学[M].长春：吉林科学技术出版社,1991.11-24. 3/19/2011

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