CN112329133B - 一种悬架动力学模型k&c性能标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种悬架动力学模型K&C性能标定方法，涉及汽车的数字化设计技术领域，本发明采用悬架仿真模型，本发明依次进行悬架的同向跳动工况的仿真标定、悬架的回正力矩反向加载工况的仿真标定、悬架的回正力矩同向加载工况的仿真标定、悬架的侧向力反向加载工况的仿真标定；每次仿真标定所采用的被调节参数之间相关性较低，可以有效避免仿真标定过程中被调节参数导致不同工况的不同指标性能出现好坏相反变化结果的交互效应现象，使悬架仿真模型的性能指标与车辆悬架的K&C试验数据达到高度的一致性，大大提高整车仿真模型的精度。
Description
技术领域
本发明涉及汽车的数字化设计技术领域，具体涉及一种悬架动力学模型K＆C性能标定方法。
背景技术
汽车的动力学仿真，主要包含悬架K＆C性能仿真、整车操纵稳定性仿真、整车舒适性仿真、整车通过性仿真等，可用于预测车辆的动力学性能、指导设计改进方向，在产品开发过程中发挥着重要的作用。
汽车动力学仿真的准确性，依赖于仿真模型的相关参数(包括硬点、衬套刚度、弹簧刚度、减振器阻尼、轮胎动力学模型等)与对标样车实物的一致性。在详细设计阶段，工程试制样车(ET车， engineering trial)生产出来后，通常会进行样车的悬架K＆C性能试验、操纵稳定性试验、平顺性试验等性能测试及调校。为了提高悬架仿真模型的准确度，更好的服务于产品开发，会根据样车的悬架K＆C 试验数据对悬架仿真模型进行K＆C性能标定。样车的悬架K＆C性能试验数据，反映了汽车的实际制造、装配状态和性能达成情况。悬架模型的K＆C性能标定，有助于提高仿真模型的准确性，对操控性能仿真具有重要的意义。
悬架K(Kinematic)特性，即悬架运动学特性，指车轮在垂向方向往复运动工程中由于导向机构的作用而导致车轮平面和轮心点产生角位移和线位移变化的特性。悬架C(Compliance)特性，即悬架柔性运动学特性，指地面作用于轮胎上的力和力矩所导致的车轮平面和轮心点产生角位移和线位移变化的特性。悬架的K＆C性能标定，包括悬架K特性标定(含同向轮跳工况、反向轮跳工况、转向工况)，悬架C特性标定(含驱动力工况、制动力工况、同向回正力矩工况、反向回正力矩工况、同向侧向力工况和反向侧向力工况)。悬架的K＆C性能标定，通过调节悬架硬点坐标、弹簧预载力、衬套预载力、等效轮毂刚度、限位块刚度及间隙等参数，使仿真模型相关性能与试验测试数据接近，达到提高仿真模型精度的目的。
由于被调节参数(悬架硬点坐标、弹簧预载力、衬套预载力、等效轮毂刚度、限位块刚度及间隙等)对悬架K＆C性能的影响存在交互效应，即不同的被调节参数对某K＆C性能目标对象有相同或不同趋势的影响，这能造成标定工作的反复和失败。因此，选择特定的K＆C工况顺序，对相关K＆C性能进行标定，排除被调节参数的交换效应，使悬架K＆C性能标定工作能按顺序一次调整即可全部达成，是悬架K＆C性能标定工作取得成功的关键。
现有技术依据工程师的车辆调校经验的综合判断、预估，预先设计并试制多套调试用、不同性能的零部件(如不同刚度的衬套、不同刚度的弹簧、不同规格的减振器零部件等)进行测试摸索。由于这种经验估测的精度有限，实际工作中，需要根据试验反馈情况开展多伦次的循环反复，最终实现车辆的操纵稳定性、平顺性的性能目标，过于依赖于工程师的工程经验，成本高，周期长。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种悬架动力学模型K＆C性能标定方法，提高悬架动力学模型K＆C性能的准确性。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种悬架动力学模型K＆C性能标定方法，包括以下步骤：
开展样车的悬架K＆C性能试验，获取试验数据；
在整车设计软件中修改悬架仿真模型模板，建立等效轮毂刚度；
根据试验数据依次进行悬架的同向跳动工况的仿真标定、悬架的回正力矩反向加载工况的仿真标定、悬架的回正力矩同向加载工况的仿真标定、悬架的侧向力反向加载工况的仿真标定。
在上述技术方案的基础上，所述方法还包括以下步骤：
根据试验数据进行悬架的侧向力反向加载工况的仿真标定后，进行悬架的侧向力同向加载工况的仿真标定、悬架的纵向力加载工况的仿真标定、悬架的转向工况的仿真标定和悬架的反向跳动工况的仿真标定。
在上述技术方案的基础上，所述试验数据包括样车的同向跳动工况试验数据、回正力矩反向加载工况试验数据、回正力矩同向加载工况试验数据、纵向力加载工况试验数据。
在上述技术方案的基础上，进行悬架的同向跳动工况的仿真标定，具体包括以下步骤：
标定的悬架性能指标包括：悬架刚度、前束角变化率、外倾角变化率、纵向位移变化率、侧向位移的变化率；将竞品或试制样车的同向跳动工况试验数据导入整车设计软件，微调相关悬架参数，使悬架模型输出的悬架性能指标与试验测试曲线吻合。
在上述技术方案的基础上，进行悬架的回正力矩反向加载工况的仿真标定，具体包括以下步骤：
标定的悬架性能指标包括前束角变化率及曲线；将竞品或试制样车的回正力矩反向加载工况试验数据导入整车设计软件，微调相关悬架参数，使悬架模型输出的悬架性能指标与试验测试曲线吻合。
在上述技术方案的基础上，进行悬架的回正力矩同向加载工况的仿真标定，具体包括以下步骤：
标定的悬架性能指标包括：前束角变化率及曲线；将竞品或试制样车的回正力矩同向加载工况试验数据导入整车设计软件，微调相关悬架参数，使悬架模型输出的悬架性能指标与试验测试曲线吻合。
在上述技术方案的基础上，进行悬架的侧向力反向加载工况的仿真标定，具体包括以下步骤：
标定的悬架性能指标包括：侧向刚度、前束角变化率、外倾角变化率，将竞品或试制样车的侧向力反向加载工况试验数据导入整车设计软件，微调相关悬架参数，使悬架模型输出的悬架性能指标与试验测试曲线吻合。
在上述技术方案的基础上，进行悬架的侧向力同向加载工况的仿真标定，具体包括以下步骤：
标定的悬架性能指标包括：侧向刚度、前束角变化率、外倾角变化率，将竞品或试制样车的侧向力同向加载工况试验数据导入整车设计软件，微调相关悬架参数，使悬架模型输出的悬架性能指标与试验测试曲线吻合。
在上述技术方案的基础上，进行悬架的纵向力加载工况的仿真标定，具体包括以下步骤：
标定的悬架性能指标包括：纵向刚度、前束角变化率、纵向位移变化率、外倾角变化率，将竞品或试制样车的纵向力加载工况试验数据导入整车设计软件，微调相关悬架参数，使悬架模型输出的悬架性能指标与试验测试曲线吻合。
在上述技术方案的基础上，进行悬架的转向工况的仿真标定，具体包括以下步骤：
标定的悬架性能指标包括：转向速比，将竞品或试制样车的转向工况试验数据导入整车设计软件，微调相关悬架参数，使悬架模型输出的悬架性能指标与试验测试曲线吻合。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明依次进行悬架的同向跳动工况的仿真标定、悬架的回正力矩反向加载工况的仿真标定、悬架的回正力矩同向加载工况的仿真标定、悬架的侧向力反向加载工况的仿真标定；每次仿真标定所采用的被调节参数之间相关性较低，可以有效避免仿真标定过程中被调节参数导致不同工况的不同指标性能出现好坏相反变化结果的交互效应现象，使悬架仿真模型的性能指标与车辆悬架的K＆C试验数据达到高度的一致性，大大提高整车仿真模型的精度。
经过悬架K＆C性能标定后，整车仿真模型精度得到极大提高，整车仿真模型用于车辆的虚拟操控性能调校仿真、VPG虚拟试验场仿真，可全部或部分替代车辆的场地试验工作，降低产品开发成本、周期，带来较高的经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例的悬架动力学模型K＆C性能标定方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的悬架动力学模型K＆C性能标定方法的步骤S1的流程示意图；
图3为本发明实施例的悬架动力学模型K＆C性能标定方法的步骤S2的流程示意图；
图4为本发明实施例的悬架动力学模型K＆C性能标定方法的步骤S3的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
本发明实施例所述的汽车动力学仿真工作在整车设计软件 (Adams/Car软件)中完成。
以乘用车麦弗逊式前悬架为例，为解决以上技术问题，本发明实施例提出一种汽车悬架动力学模型K＆C性能标定方法，参见图1所示，具体包括以下步骤：
S1、开展样车的K＆C性能台架试验。
S2、在Adams/Car中修改悬架仿真模型模板，建立等效轮毂刚度。
S3、按设定的K＆C工况顺序进行悬架的K＆C性能标定。
其中，参见图2所示，S1所述的具体步骤包括：
S11：将样车按设计状态进行配重。
S12：在MTS室内台架上进行样车的悬架K＆C性能试验，获取试验数据。
所述试验数据包括样车的同向跳动工况试验数据、回正力矩反向加载工况试验数据、回正力矩同向加载工况试验数据、纵向力加载工况试验数据等数据。
参见图3所示，S2所述的具体步骤包括：
S21：修改Adams\Car软件定义的麦弗逊式悬架模板，在轮心位置建立hub轮毂部件。
S22：解除轮心轴与转向节(关节头)的铰接副连接，将轮心轴与轮毂建立铰接副连接(Z向沿轮轴方向)，再将轮毂hub与中立柱建立恒速副(Z向沿轮轴方向)和衬套(衬套的Z向沿轮轴方向，X 向同整车方向)的复合连接，衬套的刚度用来模拟轮毂的等效刚度。
S23：轮毂刚度设置：X、Y、Z平动方向设置为0，RX方向初始值1000Nm/deg、RY方向初始值1000Nm/deg、RZ方向初始值 0Nm/deg。
参见图4所示，S3所述的具体步骤包括：
S31：进行悬架的同向跳动工况的仿真标定，标定的悬架性能目标有：悬架刚度wheel rate、前束角toe、外倾角camber、纵向位移 wheel travel base、侧向位移wheeltravel track等6个值的变化率及曲线，先将竞品或试制样车的同向跳动工况试验数据导入到 Adams\Car，再微调相关悬架参数(弹簧预载、衬套预载、转向侧拉杆外点坐标、三角臂外点坐标、限位块间隙及预载等)，使悬架模型的输出指标与试验测试曲线吻合。
S32：进行悬架的回正力矩反向加载工况的仿真标定，标定的悬架性能目标有：前束角toe的变化率及曲线，先将竞品或试制样车的回正力矩反向加载工况试验数据导入到Adams\Car，再微调相关悬架参数(轮毂刚度衬套RY刚度等)，使悬架模型的输出指标与试验测试曲线吻合。
S33：进行悬架的回正力矩同向加载工况的仿真标定，标定的悬架性能目标有：前束角toe的变化率及曲线，先将竞品或试制样车的回正力矩同向加载工况试验数据导入到Adams\Car，再微调相关悬架参数(转向管柱衬套刚度等)，使悬架模型的输出指标与试验测试曲线吻合。
S34：进行悬架的侧向力反向加载工况的仿真标定，标定的悬架性能目标有：前束角toe、外倾角camber、侧向位移wheel travel track 的变化率及曲线，先将竞品或试制样车的侧向力反向加载工况试验数据导入到Adams\Car，再微调相关悬架参数(轮毂刚度衬套RX刚度、三角臂前点衬套刚度等)，使悬架模型的输出指标与试验测试曲线吻合。
S35：进行悬架的侧向力同向加载工况的仿真标定，标定的悬架性能目标有：前束角toe、外倾角camber、侧向位移wheel travel track 的变化率及曲线，先将竞品或试制样车的侧向力同向加载工况试验数据导入到Adams\Car，再微调相关悬架参数(转向机安装衬套刚度等)，使悬架模型的输出指标与试验测试曲线吻合。
S36：进行悬架的纵向力加载工况的仿真标定，标定的悬架性能目标有：前束角toe、纵向位移wheel travel base、垂向力vertical force、外倾角camber的变化率及曲线，先将竞品或试制样车的纵向力加载工况试验数据导入到Adams\Car，再微调相关悬架参数(三角臂后点衬套刚度、三角臂前后衬套刚度比等)，使悬架模型的输出指标与试验测试曲线吻合。
S37：进行悬架的转向工况的仿真标定，标定的悬架性能目标有：转向比steeringratio的变化率及曲线，先将竞品或试制样车的转向工况试验数据导入到Adams\Car，再微调相关悬架参数(一般不需要调节)，使悬架模型的输出指标与试验测试曲线吻合。
S38：进行悬架的反向跳动工况的仿真标定，标定的悬架性能目标有：悬架刚度wheel rate、前束角toe的变化率及曲线，先将竞品或试制样车的反向跳动工况试验数据导入到Adams\Car，再微调相关悬架参数(一般不再需要调节)，使悬架模型的输出指标与试验测试曲线吻合。
其他形式悬架，如扭力梁式悬架、双横臂式悬架、多连杆式悬架等，也可参照上述方法执行性能标定。
本发明实施例的K＆C性能调校顺序与现有技术常用顺序的区别如下表所示：
如上表所示，本发明实施例的所涉及悬架K＆C调校技术，采取了不同的调校顺序，各试验工况选择了部分调校目标开展调校工作。
本发明实施例的调校顺序带来的好处包括：
进行悬架的同向跳动工况的仿真标定：按实测数据调整弹簧刚度及预载力值，按需要微调限位块刚度及间隙、硬点坐标等变量，提升了悬架垂直轮跳试验工况的5个指标的准确性，实现了悬架仿真模型中悬架垂向刚度、车轮同向跳动时的悬架性能(前束角变化特性、外倾角变化特性、轮心纵向位移变化特性、轮心侧向位移变化特性)和实物的一致性。
进行悬架的回正力矩反向加载工况的仿真标定：通过对建立的轮毂刚度的整车坐标系Z向扭转刚度值进行调节，提升仿真模型的反向回正力矩试验工况下的前束角变化率及变化趋势与实物的一致性。
进行悬架的回正力矩同向加载工况的仿真标定：通过对转向管柱系统扭转刚度、转向助力特性曲线等的调节，实现仿真模型的同向回正力矩试验工况下的前束角变化率及变化趋势与实物的一致性。
进行悬架的侧向力反向加载工况的仿真标定：通过对建立的轮毂刚度的整车坐标系X向扭转刚度值等进行调节，提升仿真模型的侧向力反向加载试验工况下的外倾角变化率及变化趋势等与实物的一致性。
在前述4个工况调整后，一般后面4个工况的相关指标与实物的一致性已很好，只做仿真观察即可。
本发明实施例按照标定顺序，依次调整悬架系统的垂向刚度及运动学性能(主要是同向跳动工况)、侧向刚度及运动学性能(主要是反向力矩工况、同向力矩工况、反向侧向力工况、同向侧向力工况、转向工况)、纵向刚度及运动学性能(主要是制动工况、加速工况)，其中垂向刚度及运动学性能主要影响车辆的平顺性、驾乘舒适性，侧向刚度及运动学性能主要影响车辆的操纵性能、操控舒适性，纵向刚度及运动学性能主要影响车辆的纵向响应性能。
其中，同向跳动工况调节的主要是悬架的弹簧刚度、限位块的刚度及间隙等参数，回正力矩反向加载工况调节的主要是等效轮毂刚度的Z向(整车坐标系)扭转刚度参数，回正力矩同向加载工况调节的主要是转向管柱系统扭转刚度、转向助力特性等参数，侧向力反向加载工况调节的主要是等效轮毂刚度的X向(整车坐标系)扭转刚度参数，这些参数相关性较低，通过该途径，可以有效避免出现过程中的交互效应的发生。采用该标定顺序，可排除被调节参数的交互效应 (同一参数调节，导致不同工况的不同指标性能出现好坏相反变化结果的现象)，使悬架仿真模型的性能指标与车辆悬架的K＆C试验数据达到高度的一致性。
和现有悬架K＆C仿真调校技术相比，本发明实施例的悬架K＆C 调校技术精简、高效，能快速、准确的实现模型调校工作。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种悬架动力学模型K&C性能标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
开展样车的悬架K&C性能试验，获取试验数据；
在整车设计软件中修改悬架仿真模型模板，建立等效轮毂刚度；
根据试验数据依次进行悬架的同向跳动工况的仿真标定、悬架的回正力矩反向加载工况的仿真标定、悬架的回正力矩同向加载工况的仿真标定、悬架的侧向力反向加载工况的仿真标定；
进行悬架的同向跳动工况的仿真标定，具体包括以下步骤：
标定的悬架性能指标包括：悬架刚度、前束角变化率、外倾角变化率、纵向位移变化率、侧向位移的变化率；将竞品或试制样车的同向跳动工况试验数据导入整车设计软件，微调相关悬架参数，使悬架模型输出的悬架性能指标与试验测试曲线吻合；
进行悬架的回正力矩反向加载工况的仿真标定，具体包括以下步骤：
标定的悬架性能指标包括前束角变化率及曲线；将竞品或试制样车的回正力矩反向加载工况试验数据导入整车设计软件，微调相关悬架参数，使悬架模型输出的悬架性能指标与试验测试曲线吻合；
进行悬架的回正力矩同向加载工况的仿真标定，具体包括以下步骤：
标定的悬架性能指标包括：前束角变化率及曲线；将竞品或试制样车的回正力矩同向加载工况试验数据导入整车设计软件，微调相关悬架参数，使悬架模型输出的悬架性能指标与试验测试曲线吻合；
进行悬架的侧向力反向加载工况的仿真标定，具体包括以下步骤：
标定的悬架性能指标包括：侧向刚度、前束角变化率、外倾角变化率，将竞品或试制样车的侧向力反向加载工况试验数据导入整车设计软件，微调相关悬架参数，使悬架模型输出的悬架性能指标与试验测试曲线吻合。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
根据试验数据进行悬架的侧向力反向加载工况的仿真标定后，进行悬架的侧向力同向加载工况的仿真标定、悬架的纵向力加载工况的仿真标定、悬架的转向工况的仿真标定和悬架的反向跳动工况的仿真标定。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述试验数据包括样车的同向跳动工况试验数据、回正力矩反向加载工况试验数据、回正力矩同向加载工况试验数据、纵向力加载工况试验数据。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，进行悬架的侧向力同向加载工况的仿真标定，具体包括以下步骤：
标定的悬架性能指标包括：侧向刚度、前束角变化率、外倾角变化率，将竞品或试制样车的侧向力同向加载工况试验数据导入整车设计软件，微调相关悬架参数，使悬架模型输出的悬架性能指标与试验测试曲线吻合。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，进行悬架的纵向力加载工况的仿真标定，具体包括以下步骤：
标定的悬架性能指标包括：纵向刚度、前束角变化率、纵向位移变化率、外倾角变化率，将竞品或试制样车的纵向力加载工况试验数据导入整车设计软件，微调相关悬架参数，使悬架模型输出的悬架性能指标与试验测试曲线吻合。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，进行悬架的转向工况的仿真标定，具体包括以下步骤：
标定的悬架性能指标包括：转向速比，将竞品或试制样车的转向工况试验数据导入整车设计软件，微调相关悬架参数，使悬架模型输出的悬架性能指标与试验测试曲线吻合。
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