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车辆工程技术68 车辆技术0 引言 伴随新概念技术的日益成熟以及现代社会对于汽车的大量需求，且人们因为物质水平的提高对于汽车的舒适性能和动力性能有了新的要求，汽车生产相关企业面临的新的挑战。
传统的汽车大多是发动机与汽车的底盘是属于刚性连接，但是发展到现代非传统汽车的悬架系统则是由汽车的发动机和多个联结和汽车车体悬架组成，现代汽车与传统汽车相比，因为悬架系统结构的特点在很大程度上降低了汽车发动机发动造成的振动和噪音，可以说在一定程度上改善了汽车乘坐的舒适性，但是随着汽车的普遍性推广应用，人们对于汽车乘坐的安全性和舒适性能有着更高的需求，与此同时，新兴技术的发展和应用使得汽车不得不需要去思考降低成本和汽车重点等难题[1]。
因此，本文针对汽车悬架结构的设计、非线性动力学行为展开研究分析，旨在提升汽车在复杂不平的路面高速行驶时具备更高的平稳性能和快速相应能力。
1 悬架系统国内外研究现状1.1 国外研究进展 国外针对汽车悬架系统的研究最初是从汽车主动半主动悬架结构开始的，即在被动悬架上组建形成一套主动悬架结构，并在实际工程设计过程中获得应用。
随后在此基础上持续进行优化设计，获得主动悬架的相关研究成果[2]。
经过几十年的不断工程验证和优化设计使得汽车主动悬架结构日趋成熟稳定，并形成一系列的故障诊断和隔离的算法模型[3]。
1.2 国内的相关研究进展 国内的相关研究者是立足于国外的研究成果上展开的，主要是针对汽车模型中的悬空阻尼器和主动悬架的动力学性能展开研究，并在这一过程中引入非线性动力学行为分析，使得汽车的悬架系统结构能够适应更为复杂的汽车运行工况。
在这一漫长的研究历程中不断引入更为复杂的行为约束指标以及控制算法模型，对汽车的悬架系统非线性动力学行为进行优化设计。
2 汽车悬架系统非线性动力学行为研究分析2.1 非线性动力学相关理论基础 汽车运动过程中非线性运动是其极为重要的一种工况，因此，需要针对非线性动力学的相关基础理论进行调研分析，伴随科学理论的发展逐步形成了两套理论方法用以解决非线性动力学行为，即是混沌理论和分岔理论[4]。
汽车底盘系统的动力学特性与操控性能当我们驾驶汽车在道路上飞驰时，很少有人会深入思考汽车底盘系统所发挥的关键作用。
然而，这个看似隐藏在车身之下的复杂系统，却对汽车的动力学特性和操控性能产生着深远的影响。
汽车底盘系统，就像是汽车的“骨架”和“关节”，它由多个部件组成，包括悬架、制动、转向和传动系统等。
这些部件协同工作，决定了汽车在行驶中的稳定性、舒适性和操控精准度。
首先，让我们来谈谈悬架系统。
悬架的主要作用是连接车轮和车身，并在车辆行驶过程中吸收路面的冲击和振动。
一个优秀的悬架系统能够在保持车辆稳定性的同时，提供良好的舒适性。
例如，麦弗逊式悬架结构简单、成本较低，常用于前轮；而多连杆式悬架则能够提供更精确的车轮控制和更好的操控性能，常见于高端车型的后轮。
悬架系统的刚度和阻尼特性对车辆的动力学特性有着重要影响。
较硬的悬架可以减少车身侧倾，提高车辆在弯道中的稳定性，但可能会牺牲一定的舒适性；较软的悬架则能更好地过滤路面颠簸，但在高速行驶和弯道中可能会导致车身晃动较大。
此外，悬架的行程也会影响车辆的通过性和越野能力。
接下来是制动系统。
制动系统的性能直接关系到车辆的安全性和操控性。
强大而稳定的制动能力可以让驾驶者在紧急情况下迅速停车，同时也有助于在弯道中控制车速。
盘式制动和鼓式制动是常见的两种制动类型，盘式制动散热性能好，制动效果较为稳定，因此在大多数现代汽车中得到广泛应用。
制动系统的调校也非常关键。
合理的制动踏板行程和力度反馈能够让驾驶者更准确地控制制动力度，增强驾驶信心。
此外，防抱死制动系统（ABS）、电子制动力分配系统（EBD）等电子辅助装置的出现，进一步提高了制动系统的性能和安全性。
转向系统则决定了车辆的转向响应和精准度。
传统的机械转向系统逐渐被电子助力转向系统所取代。
电子助力转向系统可以根据车速调整助力大小，在低速时提供轻盈的转向手感，方便停车和掉头；在高速时则增加转向阻力，提高行驶稳定性。
转向系统的几何参数，如转向比和主销内倾角等，也会影响车辆的操控性能。
第1篇一、实验背景随着汽车工业的快速发展，汽车悬架系统在车辆行驶的舒适性、操控稳定性和安全性等方面发挥着至关重要的作用。
为了提高悬架系统的设计质量和性能，本实验采用仿真软件对悬架系统进行了详细的模拟和分析。
本次实验旨在通过仿真验证悬架设计的合理性和优化潜力，为实际工程应用提供理论依据。
二、实验目的1. 建立悬架系统的数学模型。
2. 仿真分析不同工况下悬架系统的性能。
3. 优化悬架系统参数，提高车辆行驶的舒适性和操控稳定性。
4. 为实际工程应用提供理论支持和设计指导。
三、实验方法1. 数学建模：根据悬架系统的物理特性，建立悬架系统的动力学模型，包括弹簧、减震器、转向系统等主要部件。
2. 仿真软件：采用专业的仿真软件（如ADAMS、MATLAB等）进行仿真实验。
3. 实验方案：设计多种工况，如直线行驶、曲线行驶、紧急制动等，模拟不同路况下悬架系统的性能。
4. 数据分析：通过对比仿真结果与实际测试数据，分析悬架系统的性能，并找出存在的问题。
四、实验结果与分析1. 直线行驶工况：在直线行驶工况下，仿真结果显示悬架系统能够有效地抑制车身振动，提高行驶的舒适性。
2. 曲线行驶工况：在曲线行驶工况下，仿真结果显示悬架系统对车辆侧倾有较好的抑制效果，提高了车辆的操控稳定性。
3. 紧急制动工况：在紧急制动工况下，仿真结果显示悬架系统能够迅速响应制动需求，保证车辆的稳定性。
4. 参数优化：通过对悬架系统参数进行优化，仿真结果显示在保持车辆稳定性的同时，舒适性得到了进一步提高。
五、实验结论1. 通过仿真实验，验证了悬架系统在直线行驶、曲线行驶和紧急制动工况下的性能。
2. 仿真结果表明，通过优化悬架系统参数，可以显著提高车辆的舒适性、操控稳定性和安全性。
3. 仿真实验为实际工程应用提供了理论支持和设计指导，有助于提高悬架系统的设计质量和性能。
六、实验展望1. 进一步完善悬架系统的数学模型，提高仿真精度。
2. 结合实际工程需求，开发具有自适应功能的悬架系统。
汽车底盘的动力学性能测试方法介绍汽车底盘的动力学性能测试是评估汽车在不同路况下的悬挂系统、制动系统、转向系统等方面表现的重要手段。
通过测试，可以全面了解汽车底盘部件的工作状态，为提高汽车性能和安全性提供依据。
下面将介绍几种常见的汽车底盘动力学性能测试方法。
一、悬挂系统测试
悬挂系统测试是评估汽车悬挂系统性能的关键环节。
常见的测试项目包括悬挂系统的弹簧刚度、阻尼特性、悬架几何参数等。
测试方法主要包括悬架台架试验、车辆路试和模态分析等。
其中，悬架台架试验是通过模拟实际行驶路况进行加载，检测悬挂系统在不同条件下的反应，以评估其性能指标。
二、制动系统测试
制动系统测试是评估汽车制动性能的重要手段。
常见的测试项目包括制动力分布、制动距离、制动稳定性等。
测试方法主要包括制动台架试验、车辆路试和紧急制动测试等。
制动台架试验通过模拟实际制动工况进行加载，检测制动系统的响应速度和制动效果，以评估其性能表现。
三、转向系统测试
转向系统测试是评估汽车转向性能的关键环节。
常见的测试项目包括转向舒适性、转向精度、方向盘回正力等。
测试方法主要包括转向台架试验、车辆路试和操纵稳定性评价等。
转向台架试验通过模拟实
际转向工况进行加载，检测转向系统的响应速度和转向精度，以评估其性能表现。
综上所述，汽车底盘的动力学性能测试方法涵盖了悬挂系统、制动系统和转向系统等多个方面，通过科学、全面的测试手段可以准确评估汽车在不同工况下的性能表现，为汽车制造商和用户提供可靠的参考依据。
在未来的发展中，汽车底盘动力学性能测试将继续致力于提高测试精度和有效性，为汽车行业的发展贡献力量。
1悬架：悬架模块计算了悬架的运动学特性以及作用在弹簧、减震器、稳定杆上的力。
悬架运动学特性的含义是：轮胎中心的相对位置，轮胎方向，弹簧阻尼减震器的全坐标运动（例如，垂直轮胎的左边（q1）和右边（q2）运动）以及转向栏杆对前悬和后悬造成的位移。
通过计算弹簧、阻尼器和减震器的运动来确定它们施加的力。
平顺性运动学将由于悬架弹性引起的有限运动描述为关于轮胎力和扭矩的函数。
悬架运动学由8个查询表格或几何连接点配置而成。
柔顺性由查询表格配置而成。
运动学和柔顺性查询表格由K&C Tester (Kinematics and Compliances Tester)或者一个如ADAMS/Car Suspension Ki t的悬架分析软件生成。
几何连接点包含在悬架设计数据中。
悬架在下面描述的更加详细。
通过查询System of Coordinates ( ASM Vehicle Dynamics Addendum)可以获取坐标系统的细节描述。
1.1前悬前悬子系统计算前悬的运动学，平顺性运动学和悬架在弹簧、阻尼器、减震器上的力。
子系统悬架动力学是通过对称或不对称查询表格或者几何类型来计算的(McPherson Strut)。
在这个模型中的每个悬架动力学系统可以由ASM汽车动力学库的中的相关系统替换。
要想获取如何替换悬架动力学的详细信息，可以查找How to Change Suspension Kinematics Model （ASM Vehicle Dynamics Model Description）。
悬架平顺性子系统计算弹性位移和方向作为轮胎所受力和扭矩的函数。
有5个变量来计算前悬的悬架动力学：通过对称或不对称查询表格（作为两个或三个变量的函数）或者通过几何描述（McPherson strut）。
每个悬架动力学系统都要计算车轮中心，车轮方向和弹簧、阻尼器以及减震器的位移。
1.1.1前悬运动学特性（对称）在这个模块中计算了车轮中心的位置，车轮方向，弹簧，阻尼器和减震器的的位移。
这些运动学由含两个输入量的2维查询表格来描述：转向拉杆位置q St⏹车轮垂直自身方向的位移q FL, q FR⏹这些是用于前悬的自由度。
查询表格的输出如下⏹轮胎中心x方向的的位移⏹ 轮胎中心y 方向的的位移 ⏹ α角，绕x 轴旋转 ⏹ β角，绕y 轴旋转 ⏹ γ角，绕z 轴旋转⏹ z sp ，弹簧在z 方向的位移 ⏹ z d ，阻尼器在z 方向的位移 ⏹z st ，减震器在z 方向的位移例如，对左前轮而言，车轮相对位置的改变可以如下计算：(,)FL FL FL st q r r q ∆=∆总的车轮相对位置可以如下计算：FLFLO FL r r r =∆+FLOr就是车轮中心在零位置时所测量的运动学位移。
轮胎方向FLθ的方程是：(,)FLFLFLstq q θθ=其中[,,]FLFLFLFLθαβγ=使车轮万向节的角度。
转动顺序是先绕z 轴，然后是y 轴，然后是x 轴，即：otZY ‘X ’。
下面的图示说明了旋转顺序：这些角度用来计算车轮相对于汽车系统的方向：()()()FLZFLyFLXFLT v T T T γβα=弹簧、阻尼器和减震器的连接点在运动学上也取决于车轮中心的位移和转向输入。
主要依赖于车轮中心的垂直位移。
(,)spspFLstz z q q =,(,)ddFLstz z q q =,(,)stabstabFLstz z q q =这些位移用来计算弹簧，阻尼器和减震器的力。
为了建立这个运动方程，必须对上面所述关系的求偏微分，即车轮中心和方向关于车轮垂直运动和转向输入的变化1_FLq Front r ∂∂,2_FLq Front r ∂∂,FLsttr q ∂∂,1_FL Front q ω∂∂,2_FLFront qω∂∂,FLstq ω∂∂同样，为了计算在转向轮中心运动方向的等效力，也必须求下面的微分：____1_2_1_2_1_2_,,,,,sp FLsp FLD FLD FLstabistabiFrontFrontFrontFrontFrontFrontzz z z z z qqqqqq∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂参数⏹依据ASM命名传统，以“Map”开头的参数名是查询表格。
在前悬运动学中，有以转向拉杆位移为行，以车轮垂直位移为列的二维查询表格。
⏹仅仅定义了左侧的运动学表格，右侧通过镜像获得。
相关主题参考●132页前悬运动学（不对称的）1.1.2前悬运动学特性（对称的，3DOF）这一部分计算了车轮中心点的位置，车轮方向，弹簧、阻尼器和减震器的位移这些运动学被描述为带有3个输入量的2维和1维查询表格： ⏹ 转向拉杆位置steer q⏹ 车轮在左侧的垂直位移left q ⏹ 车轮在右侧的垂直位移right q 每个悬架有三个自由度。
查询表格的输出如下：⏹ 车轮中心在x 方向的位移 ⏹ 车轮中心在y 方向的位移 ⏹ α角，绕x 轴旋转 ⏹ β角，绕y 轴旋转 ⏹ γ角，绕z 轴旋转⏹ spring z ，弹簧在z 轴方向的位移 ⏹ damper z ，阻尼器在z 方向的位移⏹ stabi z ，减震器在z 方向的位移例如，对左车轮来说，车轮相对位置的改变可以如下计算：(,)()leftleftleftrightleftsteerr r q q r q ∆=∆+∆总的车轮相对位置可以如下计算：,0leftleft leftr r r =+∆,0left r 是车轮中心在0位置时，所测量的运动学位移。
车轮方向leftθ的方程是：left(,)()leftleftrightleftsteerq q q θθθ=+ [,,]θαβγ= 是车轮万向节的角度。
转动顺序是先绕z 轴，然后是y 轴，最后是x 轴。
即RotZY’X’。
下面的图示说明了旋转顺序这些角度用来计算车轮相对于汽车系统的方向：()()()FLFLFLFLT zyxv T T T γβα=弹簧、阻尼器和减震器连接点在运动学上也依赖于车轮中心位移和转向输入。
基本上主要取决于车轮中心的垂直位移和转向拉杆的位移：(,)()damperdamperleftrightdampersteerz z q q z q =+(,)()springspringleftrightspringsteerz z q q z q =+(,)()stabistabileftrightstabisteerz z q q z q =+这些位移用来计算弹簧、阻尼器和减震器的受力。
为了建立这个运动方程，必须对上面所述关系的求偏微分，即车轮中心和方向关于车轮垂直运动和转向输入的变化：,,,,,leftleftleftleftleftleftleftrightsteerleftrightsteerr r r q q q q q qωωω∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂另外，为了计算悬架在车轮中心运动方向的等效力，必须计算下面的微分：,,,,,,,,springspringspringdamperdamperdamperstabistabistabileftrightsteerleftrightsteerleftrightsteerz z z z z z z z zq q q q q q q q q∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂输入 下表表明了输入参数⏹依据ASM命名传统，以“Map”开头的参数名是查询表格。
在前悬运动学中，有以车轮左侧垂直方向位移为行，以车轮右侧垂直方向位移为列的二维查询表格。
一维查询表格以转向拉杆位移作为列。
⏹仅仅定义了左侧的运动学特性表格，右侧通过镜像获得。
1.1.3前悬动力学特性（非对称）模块实体在这个子系统中，通过一系列的查询表格分别定义了每个车轮的轮胎动力。
这与前悬运动学特性（对称）相比不同，在前悬运动学特性（对称）中，仅仅定义了左侧轮子的表格，右侧是镜像得到的。
这个模块以这种方式来实现：自由度是可配置的而且是广义的。
例如，它们不需要时车轮垂直运动和转向。
另外，前后悬架可以配置为可转动而且独立的。
ModelDesk尚不支持这些特点。
仅仅不对称功能可以通过ModelDesk使用。
在标准配置中，q1_Front is z_FL_Wheel （左前轮垂直位移）和q2_Front is z_FR_Wheel（右前轮垂直位移）。
运动学特性被描述为有两个输入的二维查询表格。
转向拉杆位置stq⏹ 车轮垂直于自身的位移,FL FR q q这些是用于前悬的自由度。
这些查询表格的输出是： ⏹ 车轮x 方向的位移 ⏹ 车轮y 方向的位移 ⏹ α角，绕x 轴旋转 ⏹ β角，绕y 轴旋转 ⏹ γ角，绕z 轴旋转⏹sp z弹簧z 轴方向的位移 ⏹d z 阻尼器z 轴方向的位移 ⏹st z减振器z 轴方向的位移 例如，左前轮相对位置的的改变可以如下计算：(,)FL FL FL st q r r q ∆=∆总的车轮相对位移可以如下计算：FLFLO FL r r r =∆+FLOr就是车轮中心在零位置时所测量的运动学位移。
轮胎方向FLθ的方程是：(,)FLFLFLstq q θθ=其中[,,]FLFLFLFLθαβγ=使车轮万向节的角度。
转动顺序是先绕z 轴，然后是y 轴，然后是x 轴，即：otZY ‘X ’。
这些角度用来计算车轮相对于汽车系统的方向：()()()FLZFLyFLXFLT v T T T γβα=弹簧，阻尼器，减震器连接点取决于运动学上车轮的中心位移和转向输入。
主要取决于车轮中心的垂直位移。
(,)spspFLstz z q q =,(,)ddFLstz z q q =,(,)stabstabFLstz z q q =这些位移用来计算弹簧、阻尼器和减震器的受力。
为了建立这个运动方程，必须对上面所述关系的求偏微分，即车轮中心和方向关于车轮垂直运动和转向输入的变化1_FLq Front r ∂∂,2_FLq Front r ∂∂,FLsttr q ∂∂,1_FL Front q ω∂∂,2_FLFront qω∂∂,FLstq ω∂∂另外了计算在转向轮中心运动方向的等效力，也必须求下面的微分：____1_2_1_2_1_2_,,,,,sp FLsp FLD FLD FLstabistabiFrontFrontFrontFrontFrontFrontzz z z z z qqqqqq∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂输入下表表明了输入输出下表表明了输出参数依据ASM命名传统，以“Map”开头的参数名是查询表格。
在前悬运动学中，有以转向拉杆位移为行，以车轮垂直位移为列的二维查询表格。
查询前悬动力学特性（对称）1.1.4前悬动力学特性（非对称，3DOF）这一部分计算了车轮中心点的位置，车轮方向，弹簧、阻尼器和减震器的位移。
