技术领域
[0001] 本
发明涉及车辆动
力学性能分析领域,具体是一种用于商用车整车性能指标分解分析平台及分解分析方法。
背景技术
[0002] 随着我国商用车行业的快速发展,国内多家
汽车行业开始与世界汽车工业强国进行双向合作,并在国外先进技术的引领和自主创新研发技术背景下,自主研发了多种新型
的商用车车型。商用车的整车性能主要包括操纵
稳定性和平顺性等,其中操纵稳定性是指
驾驶室在不过分紧张和疲劳的条件下,汽车能够按照驾驶员的指令通过转向系和转向
车轮给定的方向行驶,且当受到侧向
风,不平路面等条件的影响下依然能够保持稳定行驶的能
力,常见的汽车操作稳定性评价指标包括:横摆
角速度稳态值和峰值、侧向
加速度稳态值和
峰值、
横摆角速度的峰值响应时间和超调量、前后左右车轮的
侧偏角平均绝对值、汽车质心
侧偏角、汽车因素、稳定性因素、
转弯半径等。而驾驶平顺性是指汽车在通常车速状态下行
驶时,汽车在行驶过程中所产生的振动和冲击使得人体产生不舒适性甚至损害身体健康的
性能,汽车行驶平顺性评价指标包括:振动
频率、振动幅值、振动加速度、振动加速度变化率
等。但国内研发车型时对性能测试和评价系统依然存在着成本较高,普适性较差同时测试
周期长的
缺陷,特征参数的分析方法简化手段也仅仅针对特定目标进行简化,这将在一定
程度上依赖于测试人员自身的经验,同时也容易造成不同测试人员由于自身的主观想法,
使得部分参数因为未受考虑而影响分析结果的不同,影响最终整车性能的评价。
发明内容
[0003] 本发明的目的是针对
现有技术的不足,而提供一种用于商用车整车性能指标分解分析平台及分解分析方法。这种分析平台成本低廉、可
操纵性和普适性好,可用于对车辆的
驾驶平顺性和操纵稳定性性能的测试。这种方法简单可行,能降低整车性能分析的成本和
测试工作量。
[0004] 实现本发明目的的技术方案是:
[0005] 一种用于商用车整车性能指标分解分析平台,包括测试台,与现有技术不同处在于,所述测试台上设有2条平行的且间距可调的第一滑道和第二滑道,为了适应不同
轮距型
号的车辆,2滑道间的距离可调,第一滑道上设有第一轮胎座和第二轮胎座,第二滑道上设
有第三轮胎座和第四轮胎座,其中第一轮胎座、第二轮胎座、第三轮胎座和第四轮胎座的上
端部与测试台的上表面在同一平面上且均与
信号采集仪电连接,信号采集仪外接计算机终
端。
[0006] 所述第一轮胎座和第二轮胎座、第三轮胎座和第四轮胎座的间距可调与被测车辆车轴一致。
[0007] 所述第一轮胎座、第二轮胎座、第三轮胎座和第四轮胎座的结构相同,第一轮胎座包括轮胎
支撑柱和与轮胎支撑柱连接的轮胎滚筒座,轮胎滚筒座设有向内凹陷的凹坑,凹
坑的底部为通孔,轮胎支撑柱的一端设有托板,轮胎支撑柱的另一端穿过通孔,使得轮胎支
撑柱连带托板在凹坑内上下移动,轮胎支撑柱上设有位移
传感器与信号采集仪连接,轮胎
支撑柱还外接驱动
电机。
[0008] 所述轮胎滚筒座上凹坑的内壁上设有滑槽,滑槽上设有可在滑槽内滑动的结构相同的第一滚筒支座、第二滚筒支座、第三滚筒支座和第四滚筒支座、其中第一滚筒支座与第
三滚筒支座相向对应,第二滚筒支座与第四滚筒支座相向对应。
[0009] 所述第一滚筒支座包括气腔管和与气腔管一端活动连接的滚筒槽,滚筒槽内设有一组带
摩擦片的摩擦滚筒,每个摩擦滚筒上设有与采集仪电连接的转
角加速度传感器、扭
矩传感器和
压力传感器,气腔管的另一端可在滑槽内滑动。
[0010] 所述第一滑道和第二滑道道宽小于轮胎的侧向宽度且不会与轮胎侧向面发生干涉。
[0011] 上述用于商用车整车性能指标分解分析平台的分解分析方法,包括如下步骤:
[0012] 1)驾驶平顺性测试:按照整车参数分布,确定平顺性相关参数,待测试车辆的平顺性参数种类分布为:
[0013] ,
[0014] 其中,轮胎座激励使得待测试车辆整车的驾驶室单元的振动加速度az作为平顺性优化目标,对整车平顺性参数值进行
整理,包括座椅悬置单元的
刚度ks、座椅悬置单元阻尼
cs、座椅悬置单元
质量ms、座椅悬置单元频率fs,驾驶室悬置单元的驾驶室前悬置刚度kfz、驾
驶室前悬置固有频率ffz、驾驶室前悬置质量mfz、驾驶室前悬置阻尼cfz、驾驶室后悬置刚度
krz、驾驶室后悬置固有频率frz、驾驶室后悬置质量mrz、驾驶室后悬置阻尼crz,前悬置运动限
位值Δzfz、后悬置运动限位值Δzrz、车架单元的车架质量Mb、车架
转动惯量Ib、
车身俯仰跳
动θb、车身垂直跳动zb、车架前侧等效垂向位移量zff、车架后侧等效垂向位移量zss,前车桥
离车架质心的距离a、平衡桥铰接点离车架质心距离b、前车桥单元的刚度ksf、前车桥固有频
率fsf、前车桥质量msf、后车桥刚度ksr、后车桥固有频率fsr、后车桥质量msr、中车桥刚度ksm、
中车桥固有频率fsm、中车桥质量msm、后车桥板簧阻尼csr、中车桥板簧阻尼csm、中车桥轮胎跳
动垂向跳动限位值zm、后车桥轮胎跳动限位值zr、前车桥轮胎单元跳动频率ftf、前车桥轮胎
单元质量mtf、平衡杆的质量Mc、平衡杆的转动惯量Ic、平衡杆转动
自由度θc、前轮胎刚度ktm、
中车桥轮胎刚度ftm、中车桥轮胎质量mtm、后车桥轮胎刚度ktr、后车桥轮胎跳动频率ftr、后车
桥轮胎质量mtr,依据待测试车型轮距的不同将轮胎座
定位,待测试车辆缓慢从平台沿着滑
道行驶,在待测试车辆轮胎行驶到第一轮胎座、第二轮胎座、第三轮胎座、第四轮胎座上中
心区域时,待测试车辆
怠速停止状态,对前后轮固定支撑柱外接的
驱动电机按照计算机终
端设定的驱动信号控制前后轮固定支撑柱进行的上下位移振动,使得待测试车辆轮胎被施
加
指定的振动信号的轮胎激励,第一轮胎座、第二轮胎座、第三轮胎座、第四轮胎座上的压
力传感器可测得前车桥轮胎质量mtf、前后轮胎的中车桥轮胎质量mtm指标参数值,以及进一
步换算得到前车桥轮胎单元跳动频率ftf、后车桥轮胎跳动频率ftr,在测试台1对轮胎的振
动激励下,结合待测车辆的驾驶室、车架、车桥、
发动机上预先设置的振动加速度传感器、角
度传感器、位移传感器,可确定整车其余平顺性的指标参数值;
[0015] 2)操纵稳定性实验测试:按照整车参数分布,确定操纵稳定性相关参数,待测试车辆的操纵稳定性参数种类分布为:
[0016]
[0017] 其中,32为整车操纵稳定性能评价指标参数,包括驾驶室横摆角速度w、侧向加速度al,33为驾驶室单元操纵稳定性能指标参数,包括驾驶室前围到驾驶室质心的距离l1、驾
驶室质心到驾驶室后
围板距离l2、驾驶室车身静刚度kc、驾驶室质量mc,34为驾驶室悬置单
元性能指标参数,包括驾驶室前悬置刚度比系数α驾驶室后悬置刚度比系数α1、驾驶室前悬
置阻尼比系数β、驾驶室后悬置的阻尼比系数β1、后悬置斜置角度θz、驾驶室前悬刚度kfz、驾
驶室后悬刚度krz、mfz—驾驶室前悬质量、驾驶室后悬质量mrz,35为车架单元层,包括车架刚
度kfra、车架质量mfra、车架横摆角速度wr,36为前后车桥单元层,包括前桥
钢板
弹簧刚度比
例系数α2、前桥
减振器阻尼比例系数β2、前桥刚度ksf、前桥质量msf、前桥横向稳定杆扭转刚
度kroll、中桥前空
气弹簧阻尼比例系数β3、中桥刚度ksm、中桥质量msm、后桥前空气弹簧阻尼
比例系数β4、后桥刚度ksr、后桥质量msr,37为轮胎单元层子系统,包括:前桥车轮
前束角γ、
前轮胎最小偏移角λ1、中轮胎最小偏移角λ2、后轮胎最小偏移角λ3、前轮侧偏角αf、中轮侧偏
角αm、后轮侧偏角αr,依据待测试车型轮距的不同将轮胎座定位,待测试车辆缓慢从平台沿
着滑道行驶,在待测试车辆轮胎行驶到第一轮胎座、第二轮胎座、第三轮胎座、第四轮胎座
上中心区域时,待测试车辆怠速停止状态,计算机终端对前后轮固定支撑柱外接的驱动电
机施加定时长的位移信号驱动指令,驱动前后轮固定支撑柱在通孔中向下移动,直到待测
车辆的轮胎与轮胎滚筒座上的滚筒
接触时,由摩擦滚桶内的压力传感器
感知压力变化经过
信号采集仪将反馈到计算机终端,计算机终端在收到反馈信息后对驱动电机进行控制,终
止对前后轮固定支撑柱下行位移指令,此时,待测试车辆车轮已经完好的与摩擦滚筒接触,
进一步驱动待测试车辆按照预设的初始速度进行行驶,待测试车辆轮胎此时会与摩擦滚筒
间产生相互滚动,在驾驶员对车辆发出转弯的指令后,与轮胎滚筒座相连接的气腔管的另
一端可在滑槽内滑动,并由摩擦滚筒上的转角传感器和
扭矩传感器来记录轮胎滚筒座此时
的转角加速度,扭矩参数值信号经过
数据采集仪传递给计算机终端,计算机终端在预处理
后便可得到待测试车辆前桥车轮
前束角γ、前轮胎最小偏移角λ1、中轮胎最小偏移角λ2、后
轮胎最小偏移角λ3、前轮侧偏角αf、中轮侧偏角αm、后轮侧偏角αr,结合在测试车辆驾驶室、
座椅和
方向盘上预设的传感器可获得整车其他的操纵稳定性参数值如车架横摆角速度wr、
驾驶室横摆角速度w、侧向加速度al,完成对测试车辆在操纵稳定性所需参数值的获取;
[0018] 基于某型号商用车设计标准,将整车的参数信息分为整车构件的静态的固有特性参数信息和动态的行驶运行参数跃动变化参数信息,其中,静态测试的固有特性参数信息
包括:整车空载和满载质量分布、整车零件尺寸、前后轮胎垂直刚度、前后车架悬架的初始
刚度和阻尼值、驾驶室悬置刚度和阻尼值;动态的行驶运行参数跃动变化信息包括在操纵
稳定性实验中,摩擦滚筒上的转角传感器和扭矩传感器来记录轮胎滚筒座此时的转角加速
度,扭矩参数值信号经过数据采集仪传递给计算机终端,计算机终端在预处理后便可得到
待测试车辆前桥车轮前束角γ、前轮胎最小偏移角λ1、中轮胎最小偏移角λ2、后轮胎最小偏
移角λ3、前轮侧偏角αf、中轮侧偏角αm、后轮侧偏角αr,结合在测试车辆驾驶室、座椅和方向
盘上预设的传感器可获得整车其他的操纵稳定性参数值如车架横摆角速度wr、驾驶室横摆
角速度w、侧向加速度al,完成对测试车辆在操纵稳定性所需参数值的获取;在平顺性实验
中,第一轮胎座、第二轮胎座、第三轮胎座、第四轮胎座上的压力传感器可测得前车桥轮胎
质量mtf、前后轮胎的中车桥轮胎质量mtm指标参数值,以及进一步换算得到前车桥轮胎单元
31跳动频率ftf、后车桥轮胎跳动频率ftr,在测试台对轮胎的振动激励下,结合待测车辆的
驾驶室、车架、车桥、发动机上预先设置的振动加速度传感器、角度传感器、位移传感器,可
确定整车其余平顺性的指标参数值;
[0019] 3)各单元参数指标的甄别换算和归档:
[0020] (1)甄别换算:依据步骤2)中的获得的待测试整车的参数值,按照平台1对轮胎在所述步骤2)中振动激励,对收集的平顺性和操纵稳定性参数进行收集和换算,操纵稳定性
相关的关联参数换算公式如下:
[0021] 前轮侧偏角: 其中 δf是前轮转角,μ为行驶速度
[0022] 中轮侧偏角: 其中wr是车身横摆角速度
[0023] 后轮侧偏角: 其中,
[0024] 稳态横摆角速度增益: 其中 表示稳态横摆角速度, Caf、Cam分别
为前中桥侧偏刚度,Car为后桥侧偏刚度,平顺性关联的指标参数可设定为前后悬架的固有
频率,换算公式如下:
[0025] 前悬架固有频率:
[0026] 后悬架的固有频率为:
[0027] 前桥车轮部分固有频率:
[0028] 后桥车轮部分的固有频率:
[0029] (2)归档:按照整车和各单元参数关系,将影响整车操纵稳定性和平顺性参数特征划分归档,按照换算和测试获得指标参数,确定归档分析因子包括单元靠近响应端的操纵
稳定性主贡献参数因子38、靠近激励端的操纵稳定性主贡献参数因子39、操纵稳定性和平
顺性参数耦合效应参数因子41、靠近激励端的操纵稳定性主贡献参数因子40、靠近响应端
的驾驶平顺性主贡献参数因子42,不同参数因子将归档特征划分为三类:
[0030] 一、操纵稳定性主贡献参数:该类参数在所分析的参数对整车操纵稳定性性能的影响贡献大,主贡献率超过50%,主贡献率是按照参数性能响应值改变量占整车性能响应
值的比率来计算,该参数的单因素和多因素耦合分析过程难受耦合效应干扰,具备良好的
稳定性;
[0031] 二、驾驶平顺性主贡献参数:该类参数在所分析的参数对整车平顺性性能的影响贡献大,主贡献率超过50%,主贡献率是按照参数性能响应值改变量占整车性能响应值的
比率来计算,该参数的单因素和多因素耦合分析过程难受耦合效应干扰,具备良好的平顺
性;
[0032] 三、平顺性和操纵稳定性耦合参数:该部分参数具备操纵稳定性和平顺性的联合影响效应,具备性能效应的突变性,在特定的参数范围内,参数体现的主特征是操纵稳定性
或平顺性的主贡献效应,当在驾驶的某时刻使得参数变动范围超过设定的特定范围时,就
可使得参数失去主贡献效应,出现单效应性能表现或无效应性能表现,主贡献率超过50%
或为接近为零的比率值,依据归档原则对步骤2)中获取的参数进行特征归档,将整车性能
按照操纵稳定性和平顺性能在各单元进行筛选和归纳为:操纵稳定性主贡献参数有l1,l2,
kc,mc,α,α1,β,β1,θz,kfz,Δzfz,Δzrz,mfz,krz,mrz,wr,kfra,mfra,α2,β2,ksf,msf,kroll,β3,ksm,msm,β4,ksr,msr,γ,λ1,αf,λ2,αm,λ3,αr,平顺性和操纵稳定性耦合参数有kfz,mfz,krz,mrz,ksm,msm,ksr,msr,Δzfz,Δzrz,驾驶平顺性主贡献参数有ks,ms,fs,cs,kfz,ffz,mfz,cfz,krz,frz,mrz,crz,Δzfz,Δzrz,Mb,Ib,θb,zb,zff,zss,a,b,ksf,fsf,mbf,csf,ksr,fsr,msr,ksm,fsm,msm,csr,csm,zm,zr,ftf,mtf,Mc,Ic,θc,ktm,ftm,mtm,ftr,mtr
[0033] 4)参数分析优先级排序:平顺性和操纵稳定性耦合参数值在优化时能兼顾平顺性和操纵稳定性的性能调整需求,而操纵稳定性或者驾驶平顺性的主贡献参数由于仅仅只兼
顾到单侧性能的影响效应,在优化时,不可避免的会牺牲另外一种性能的需求来满足优化
目的,因而采用平顺性和操纵稳定性耦合参数值可以同时匹
配对操纵稳定性和平顺性的设
计需求,降低工程师人员在优化过程中分析强度和分析周期,将步骤3)分类后的参数进行
排序:
[0034] (1)确定一级优先级:确定在所分类的参数中的耦合参数平顺性和操纵稳定性耦合参数为第一优先级,在优化参数的选择时,也是第一需要考虑的优化对象;
[0035] (2)确定二级优先级:整车参数中的驾驶平顺性或操纵稳定性主贡献参数为二级优先级参数,在一级参数优化为达到最佳的性能效果时,可针对其中一种预期希望改善的
驾驶平顺性或操纵稳定性主贡献参数进行优化,在约束条件下,以牺牲部分另外一种性能
代价来获得目标性能的提升;
[0036] 5)实施验证:(1)确定实施试验安排:对于平顺性和操纵稳定性耦合参数,设定优化设计变异边界条件和约束范围
节点,同时按照多点阵列式的试验安排进行驾驶测试如下
表所示:
[0037]
[0038] 以参数1在约束范围(t1,t2)进行的试验为试验一,以参数1在约束范围(t2,t3)进行的试验为试验二,同理类推,直到参数4在约束范围(t5,t6)进行的试验为试验20完成在约
束条件下20次参数试验安排,其中Ti(i=1,...,20)为操纵稳定性指标响应,Ui(i=1,...,
20)为驾驶室平顺性的评价指标,按照标准的操纵稳定性的评价指标值δ和标准的驾驶平顺
性评价值γ,可分别计算出各参数对单元的性能响应比例,可表示为:
[0039] 参数在约束条件下的操纵稳定性主贡献率:G(i)=Ti/δ×100%,i=1,...,20 (8),
[0040] 参数在约束条件下的驾驶平顺性主贡献率:L(i)=Ui/γ×100%,i=1,...,20 (9),
[0041] (2)实验参数优化
[0042] 试验参数的优化选择顺序按照参数的优先级进行实施,依次为一级优先级参数,二级优先级参数,按照所述步骤(1)中试验安排,配合结构运行环境参数如结构的预紧力,
摩擦系数调整,依次设定参数的变动范围后进行试验,收集整车的性能响应改善情况。并结
合优化响应情况分析,在优先级的
基础上进一步缩减约束参数的个数,最终完成对整车性
能的调教。
[0043] 上述技术方案中26-驾驶室单元27-座椅悬置单元28-驾驶室悬置单元29-车架单元30-前车桥单元31-前车桥轮胎单元32-整车操纵稳定性能评价指标参数33-驾驶室单元
操纵稳定性能指标参数34-驾驶室悬置单元性能指标参数35-车架单元层36-前后车桥单元
层37-轮胎单元层子系统38-靠近响应端的操纵稳定性主贡献参数因子39-靠近激励端的操
纵稳定性主贡献参数因子40-靠近激励端的操纵稳定性主贡献参数因子41-操纵稳定性和
平顺性参数耦合效应参数因子42-靠近响应端的驾驶平顺性主贡献参数因子。
[0044] 本技术方案平台结构简单,维护和使用成本低廉;平台能调节各支撑座间的间距,因而能够适用于多种开发车型的性能测试,具备较好的普适性。该平台能够满足于对整车
多种工况的模拟,降低了车型实验成本,对于车辆轮胎层系统数据全面,基本满足于现存性
能测试实验数据要求。
[0045] 本技术方案还提出了一种针对整车性能参数的双扭指标分解分析方法,该方法利用各性能参数在一定的约束边界条件下对整车性能的影响,进行了特征的提取和归类,该
方法极大的减少研发人员对调教车型参数性能调教的周期,减少了企业对自主研发车型性
能的二次调教强度和工作量,具备较好的普适性和应用前景。
[0046] 这种分析平台成本低廉、可操纵性和普适性好,可用于对车辆的驾驶平顺性和操纵稳定性性能的测试。这种方法简单可行,能降低整车性能分析的成本和测试工作量。
附图说明
[0048] 图2为实施例中分解分析平台的结构示意图;
[0049] 图3为实施例中第一轮胎座的结构示意图;
[0050] 图4为实施例中轮胎滚筒座的结构示意图;
[0051] 图5为实施例中参数归档分类原理示意图。
[0052] 图中,1.测试台 2.第一滑道 3.第二滑道 4.第一轮胎座 5.第二轮胎座 6.第三轮胎座 7.第四轮胎座 8.信号采集仪 9.计算机终端 10.轮胎支撑柱 11.轮胎滚筒座 12.
托板 13.滑槽 14.第一滚筒支座 15.第二滚筒支座 16.第三滚筒支座 17.第四滚筒支座
18.驱动电机 19.位移传感器 20.气腔管 21.滚筒槽 22.摩擦滚筒 23.转角传感器 24.扭
矩传感器 25.压力传感器。
具体实施方式
[0053] 下面结合附图和实施例对本发明内容做进一步的阐述,但不是对本发明的限定。
[0054] 实施例:
[0055] 参照图2,一种用于商用车整车性能指标分解分析平台,包括测试台1,所述测试台1上设有2条平行的且间距可调的第一滑道2和第二滑道3,为了适应不同轮距型号的车辆,2
滑道间的距离可调是,第一滑道2上设有第一轮胎座4和第二轮胎座5,第二滑道3上设有第
三轮胎座6和第四轮胎座7,其中第一轮胎座4、第二轮胎座5、第三轮胎座6和第四轮胎座7的
上端部与测试台1的上表面在同一平面上且均与信号采集仪8电连接,信号采集仪8外接计
算机终端9。
[0056] 所述第一轮胎座4和第二轮胎座5、第三轮胎座6和第四轮胎座7的间距可调与被测车辆车轴一致。
[0057] 所述第一轮胎座4、第二轮胎座5、第三轮胎座6和第四轮胎座7的结构相同,第一轮胎座4包括轮胎支撑柱10和与轮胎支撑柱10连接的轮胎滚筒座11,轮胎滚筒座11设有向内
凹陷的凹坑,凹坑的底部为通孔,轮胎支撑柱10的一端设有托板12,轮胎支撑柱10的另一端
穿过通孔,使得轮胎支撑柱10连带托板12在凹坑内上下移动,轮胎支撑柱10上设有位移传
感器19与信号采集仪8连接,轮胎支撑柱9还外接驱动电机18,如图3所示。
[0058] 所述轮胎滚筒座11上凹坑的内壁上设有滑槽13,滑槽13上设有可在滑槽13内滑动的结构相同的第一滚筒支座14、第二滚筒支座15、第三滚筒支座16和第四滚筒支座17、其中
第一滚筒支座14与第三滚筒支座16相向对应,第二滚筒支座15与第四滚筒支座17相向对
应。
[0059] 所述第一滚筒支座14包括气腔管20和与气腔管20一端活动连接的滚筒槽21,滚筒槽21内设有一组带摩擦片的摩擦滚筒22,每个摩擦滚筒22上设有与采集仪8电连接的转角
加速度传感器23、扭矩传感器24和压力传感器25,气腔管20的另一端可在滑槽13内滑动,如
图4所示。
[0060] 所述第一滑道2和第二滑道3道宽小于轮胎的侧向宽度且不会与轮胎侧向面发生干涉。
[0061] 上述用于商用车整车性能指标分解分析平台的整车性能分解分析方法,包括如下步骤,如图1所示:
[0062] 1)驾驶平顺性测试:按照整车参数分布,确定平顺性相关参数,待测试车辆的平顺性参数种类分布为:
[0063] ,
[0064] 其中,轮胎座激励使得待测试车辆整车的驾驶室单元26的振动加速度az作为平顺性优化目标,对整车平顺性参数值进行整理,包括座椅悬置单元24的刚度ks、座椅悬置单元
27阻尼cs、座椅悬置单元27质量ms、座椅悬置单元27频率fs,驾驶室悬置单元28的驾驶室前
悬置刚度kfz、驾驶室前悬置固有频率ffz、驾驶室前悬置质量mfz、驾驶室前悬置阻尼cfz、驾驶
室后悬置刚度krz、驾驶室后悬置固有频率frz、驾驶室后悬置质量mrz、驾驶室后悬置阻尼crz,
前悬置运动限位值Δzfz、后悬置运动限位值Δzrz、车架单元29的车架质量Mb、车架转动惯量
Ib、车身俯仰跳动θb、车身垂直跳动zb、车架前侧等效垂向位移量zff、车架后侧等效垂向位移
量zss,前车桥离车架质心的距离a、平衡桥铰接点离车架质心距离b、前车桥单元30的刚度
ksf、前车桥固有频率fsf、前车桥质量msf、后车桥刚度ksr、后车桥固有频率fsr、后车桥质量
msr、中车桥刚度ksm、中车桥固有频率fsm、中车桥质量msm、后车桥板簧阻尼csr、中车桥板簧阻
尼csm、中车桥轮胎跳动垂向跳动限位值zm、后车桥轮胎跳动限位值zr、前车桥轮胎单元31跳
动频率ftf、前车桥轮胎单元质量mtf、平衡杆的质量Mc、平衡杆的转动惯量Ic、平衡杆转动自
由度θc、前轮胎刚度ktm、中车桥轮胎刚度ftm、中车桥轮胎质量mtm、后车桥轮胎刚度ktr、后车
桥轮胎跳动频率ftr、后车桥轮胎质量mtr,依据待测试车型轮距的不同将轮胎座定位,待测
试车辆缓慢从平台沿着滑道行驶,在待测试车辆轮胎行驶到第一轮胎座4、第二轮胎座5、第
三轮胎座6、第四轮胎座7上中心区域时,待测试车辆怠速停止状态,对前后轮固定支撑柱10
外接的驱动电机18按照计算机终端9设定的驱动信号控制前后轮固定支撑柱10进行的上下
位移振动,使得待测试车辆轮胎被施加指定的振动信号的轮胎激励,第一轮胎座4、第二轮
胎座5、第三轮胎座6、第四轮胎座7上的压力传感器可测得前车桥轮胎质量mtf、前后轮胎的
中车桥轮胎质量mtm指标参数值,以及进一步换算得到前车桥轮胎单元31跳动频率ftf、后车
桥轮胎跳动频率ftr,在测试台1对轮胎的振动激励下,结合待测车辆的驾驶室、车架、车桥、
发动机上预先设置的振动加速度传感器、角度传感器、位移传感器,可确定整车其余平顺性
的指标参数值;
[0065] 2)操纵稳定性实验测试:按照整车参数分布,确定操纵稳定性相关参数,待测试车辆的操纵稳定性参数种类分布为:
[0066]
[0067] 其中,32为整车操纵稳定性能评价指标参数,包括驾驶室横摆角速度w、侧向加速度al,33为驾驶室单元操纵稳定性能指标参数,包括驾驶室前围到驾驶室质心的距离l1、驾
驶室质心到驾驶室后围板距离l2、驾驶室车身静刚度kc、驾驶室质量mc,34为驾驶室悬置单
元性能指标参数,包括驾驶室前悬置刚度比系数α驾驶室后悬置刚度比系数α1、驾驶室前悬
置阻尼比系数β、驾驶室后悬置的阻尼比系数β1、后悬置斜置角度θz、驾驶室前悬刚度kfz、驾
驶室后悬刚度krz、mfz—驾驶室前悬质量、驾驶室后悬质量mrz,35为车架单元层,包括车架刚
度kfra、车架质量mfra、车架横摆角速度wr,36为前后车桥单元层,包括前桥
钢板弹簧刚度比
例系数α2、前桥减振器阻尼比例系数β2、前桥刚度ksf、前桥质量msf、前桥横向稳定杆扭转刚
度kroll、中桥前空气弹簧阻尼比例系数β3、中桥刚度ksm、中桥质量msm、后桥前空气弹簧阻尼
比例系数β4、后桥刚度ksr、后桥质量msr,37为轮胎单元层子系统,包括:前桥车轮前束角γ、
前轮胎最小偏移角λ1、中轮胎最小偏移角λ2、后轮胎最小偏移角λ3、前轮侧偏角αf、中轮侧偏
角αm、后轮侧偏角αr,依据待测试车型轮距的不同将轮胎座定位,待测试车辆缓慢从平台沿
着滑道行驶,在待测试车辆轮胎行驶到第一轮胎座4、第二轮胎座5、第三轮胎座6、第四轮胎
座7上中心区域时,待测试车辆怠速停止状态,计算机终端9对前后轮固定支撑柱10外接的
驱动电机施加定时长的位移信号驱动指令,驱动前后轮固定支撑柱10在通孔中向下移动,
直到待测车辆的轮胎与轮胎滚筒座11上的滚筒接触时,由摩擦滚桶22内的压力传感器25感
知压力变化经过信号采集仪8将反馈到计算机终端9,计算机终端在收到反馈信息后对驱动
电机进行控制,终止对前后轮固定支撑柱10下行位移指令,此时,待测试车辆车轮已经完好
的与摩擦滚筒22接触,进一步驱动待测试车辆按照预设的初始速度进行行驶,待测试车辆
轮胎此时会与摩擦滚筒22间产生相互滚动,在驾驶员对车辆发出转弯的指令后,与轮胎滚
筒座11相连接的气腔管20的另一端可在滑槽13内滑动,并由摩擦滚筒22上的转角传感器23
和扭矩传感器24来记录轮胎滚筒座11此时的转角加速度,扭矩参数值信号经过数据采集仪
8传递给计算机终端9,计算机终端9在预处理后便可得到待测试车辆前桥车轮前束角γ、前
轮胎最小偏移角λ1、中轮胎最小偏移角λ2、后轮胎最小偏移角λ3、前轮侧偏角αf、中轮侧偏角
αm、后轮侧偏角αr,结合在测试车辆驾驶室、座椅和方向盘上预设的传感器可获得整车其他
的操纵稳定性参数值如车架横摆角速度wr、驾驶室横摆角速度w、侧向加速度al,完成对测试
车辆在操纵稳定性所需参数值的获取;
[0068] 基于某型号商用车设计标准,将整车的参数信息分为整车构件的静态的固有特性参数信息和动态的行驶运行参数跃动变化参数信息,其中,静态测试的固有特性参数信息
包括:整车空载和满载质量分布、整车零件尺寸、前后轮胎垂直刚度、前后车架悬架的初始
刚度和阻尼值、驾驶室悬置刚度和阻尼值;动态的行驶运行参数跃动变化信息包括在操纵
稳定性实验中,摩擦滚筒22上的转角传感器23和扭矩传感器24来记录轮胎滚筒座11此时的
转角加速度,扭矩参数值信号经过数据采集仪8传递给计算机终端9,计算机终端9在预处理
后便可得到待测试车辆前桥车轮前束角γ、前轮胎最小偏移角λ1、中轮胎最小偏移角λ2、后
轮胎最小偏移角λ3、前轮侧偏角αf、中轮侧偏角αm、后轮侧偏角αr,结合在测试车辆驾驶室、
座椅和方向盘上预设的传感器可获得整车其他的操纵稳定性参数值如车架横摆角速度wr、
驾驶室横摆角速度w、侧向加速度al,完成对测试车辆在操纵稳定性所需参数值的获取;在
平顺性实验中,第一轮胎座4、第二轮胎座5、第三轮胎座6、第四轮胎座7上的压力传感器可
测得前车桥轮胎质量mtf、前后轮胎的中车桥轮胎质量mtm指标参数值,以及进一步换算得到
前车桥轮胎单元31跳动频率ftf、后车桥轮胎跳动频率ftr,在测试台1对轮胎的振动激励下,
结合待测车辆的驾驶室、车架、车桥、发动机上预先设置的振动加速度传感器、角度传感器、
位移传感器,可确定整车其余平顺性的指标参数值;
[0069] 3)各单元参数指标的甄别换算和归档:
[0070] (1)甄别换算:依据步骤2)中的获得的待测试整车的参数值,按照平台1对轮胎在所述步骤2)中振动激励,对收集的平顺性和操纵稳定性参数进行收集和换算,操纵稳定性
相关的关联参数换算公式如下:
[0071] 前轮侧偏角: 其中 δf是前轮转角,μ为行驶速度
[0072] 中轮侧偏角: 其中wr是车身横摆角速度
[0073] 后轮侧偏角: 其中,
[0074] 稳态横摆角速度增益: 其中 表示稳态横摆角速度, Caf、Cam分别
为前中桥侧偏刚度,Car为后桥侧偏刚度,平顺性关联的指标参数可设定为前后悬架的固有
频率,换算公式如下:
[0075] 前悬架固有频率:
[0076] 后悬架的固有频率为:
[0077] 前桥车轮部分固有频率:
[0078] 后桥车轮部分的固有频率:
[0079] (2)归档:按照整车和各单元参数关系,将影响整车操纵稳定性和平顺性参数特征划分归档,分类的原理如图5所示,按照换算和测试获得指标参数,确定归档分析因子包括
单元靠近响应端的操纵稳定性主贡献参数因子38、靠近激励端的操纵稳定性主贡献参数因
子39、操纵稳定性和平顺性参数耦合效应参数因子41、靠近激励端的操纵稳定性主贡献参
数因子40、靠近响应端的驾驶平顺性主贡献参数因子42,不同参数因子将归档特征划分为
三类:
[0080] 一、操纵稳定性主贡献参数:该类参数在所分析的参数对整车操纵稳定性性能的影响贡献大,主贡献率超过50%,主贡献率是按照参数性能响应值改变量占整车性能响应
值的比率来计算,该参数的单因素和多因素耦合分析过程难受耦合效应干扰,具备良好的
稳定性;
[0081] 二、驾驶平顺性主贡献参数:该类参数在所分析的参数对整车平顺性性能的影响贡献大,主贡献率超过50%,主贡献率是按照参数性能响应值改变量占整车性能响应值的
比率来计算,该参数的单因素和多因素耦合分析过程难受耦合效应干扰,具备良好的平顺
性;
[0082] 三、平顺性和操纵稳定性耦合参数:该部分参数具备操纵稳定性和平顺性的联合影响效应,具备性能效应的突变性,在特定的参数范围内,参数体现的主特征是操纵稳定性
或平顺性的主贡献效应,当在驾驶的某时刻使得参数变动范围超过设定的特定范围时,就
可使得参数失去主贡献效应,出现单效应性能表现或无效应性能表现,主贡献率超过50%
或为接近为零的比率值,依据归档原则对步骤2)中获取的参数进行特征归档,将整车性能
按照操纵稳定性和平顺性能在各单元进行筛选和归纳为:操纵稳定性主贡献参数有l1,l2,
kc,mc,α,α1,β,β1,θz,kfz,Δzfz,Δzrz,mfz,krz,mrz,wr,kfra,mfra,α2,β2,ksf,msf,kroll,β3,ksm,msm,β4,ksr,msr,γ,λ1,αf,λ2,αm,λ3,αr,平顺性和操纵稳定性耦合参数有kfz,mfz,krz,mrz,ksm,msm,ksr,msr,Δzfz,Δzrz,驾驶平顺性主贡献参数有ks,ms,fs,cs,kfz,ffz,mfz,cfz,krz,frz,mrz,crz,Δzfz,Δzrz,Mb,Ib,θb,zb,zff,zss,a,b,ksf,fsf,mbf,csf,ksr,fsr,msr,ksm,fsm,msm,csr,csm,zm,zr,ftf,mtf,Mc,Ic,θc,ktm,ftm,mtm,ftr,mtr;
[0083] 4)参数分析优先级排序:平顺性和操纵稳定性耦合参数值在优化时能兼顾平顺性和操纵稳定性的性能调整需求,而操纵稳定性或者驾驶平顺性的主贡献参数由于仅仅只兼
顾到单侧性能的影响效应,在优化时,不可避免的会牺牲另外一种性能的需求来满足优化
目的,因而采用平顺性和操纵稳定性耦合参数值可以同时匹配对操纵稳定性和平顺性的设
计需求,降低工程师人员在优化过程中分析强度和分析周期,将步骤3)分类后的参数进行
排序:
[0084] (1)确定一级优先级:确定在所分类的参数中的耦合参数平顺性和操纵稳定性耦合参数为第一优先级,在优化参数的选择时,也是第一需要考虑的优化对象;
[0085] (2)确定二级优先级:整车参数中的驾驶平顺性或操纵稳定性主贡献参数为二级优先级参数,在一级参数优化为达到最佳的性能效果时,可针对其中一种预期希望改善的
驾驶平顺性或操纵稳定性主贡献参数进行优化,在约束条件下,以牺牲部分另外一种性能
代价来获得目标性能的提升;
[0086] 5)实施验证:(1)确定实施试验安排:对于平顺性和操纵稳定性耦合参数,设定优化设计变异边界条件和约束范围节点,同时按照多点阵列式的试验安排进行驾驶测试如下
表所示:
[0087]
[0088] 以参数1在约束范围(t1,t2)进行的试验为试验一,以参数1在约束范围(t2,t3)进行的试验为试验二,同理类推,直到参数4在约束范围(t5,t6)进行的试验为试验20完成在约
束条件下20次参数试验安排,其中Ti(i=1,...,20)为操纵稳定性指标响应,Ui(i=1,...,
20)为驾驶室平顺性的评价指标,按照标准的操纵稳定性的评价指标值δ和标准的驾驶平顺
性评价值γ,可分别计算出各参数对单元的性能响应比例,可表示为:
[0089] 参数在约束条件下的操纵稳定性主贡献率:G(i)=Ti/δ×100%,i=1,...,20 (8),
[0090] 参数在约束条件下的驾驶平顺性主贡献率:L(i)=Ui/γ×100%,i=1,...,20 (9);
[0091] (2)实验参数优化
[0092] 试验参数的优化选择顺序按照参数的优先级进行实施,依次为一级优先级参数,二级优先级参数,按照所述步骤(1)中试验安排,配合结构运行环境参数如结构的预紧力,
摩擦系数调整,依次设定参数的变动范围后进行试验,收集整车的性能响应改善情况。并结
合优化响应情况分析,在优先级的基础上进一步缩减约束参数的个数,最终完成对整车性
能的调教。