CN113239553B - 一种车辆后轴推力角匹配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车辆后轴推力角匹配方法,确定对车辆后轴推力角产生影响的零部件级影响因子;基于系统的动力学模型确定零部件级影响因子的约束边界和零部件级影响因子的影响贡献量;基于零部件级影响因子的约束边界和影响贡献量设计车辆后轴推力角调整匹配方案;基于整车的动力学模型校核上述匹配方案是否合格。本发明填补车辆推力角匹配方法缺失空白,提高车辆设计的经济效益。

Description

一种车辆后轴推力角匹配方法
技术领域
本发明公开了一种推力角匹配方法,属于车辆后轴推力角领域,具体公开了一种车辆后轴推力角匹配方法。
背景技术
车辆后轴推力角是车辆在俯视平面内纵向轴线和推力线(是一条假想的线,从后轴中心向前延伸,由两后轮共同确定的后轴行驶方向线)的夹角,当推力线相对纵向轴线向左侧偏斜为正,向右侧偏斜为负。
车辆后轴推力角正确标准:推力角理论值应该接近于0,可参照车厂的规格作为基准依据,当后轴个别前束变化时,推力角同时也变化,按照企业经验标准设定车辆推力角检证正确标准为0±0.1°,具体理论取值需要进行整车仿真校核匹配
目前车辆后轴的推力角匹配目前暂无较好的技术方案完成,一般为车辆下线后,经过四轮定位仪检测存在故障情况下进行实车调整。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题,本发明提供了一种车辆后轴推力角匹配方法,其填补车辆推力角匹配方法缺失空白,提高车辆设计的经济效益。
本发明公开了一种车辆后轴推力角匹配方法,确定对车辆后轴推力角产生影响的零部件级影响因子;基于系统的动力学模型确定零部件级影响因子的约束边界和零部件级影响因子的影响贡献量;基于零部件级影响因子的约束边界和影响贡献量设计车辆后轴推力角调整匹配方案;基于整车的动力学模型校核上述匹配方案是否合格。
在本发明的一种优选实施方案中,零部件级影响因子的确定方法包括:将整车级性能目标分解为系统级性能目标,将系统级性能目标分解为组成零部件级性能指标,基于零部件级性能指标确定零部件级影响因子。
在本发明的一种优选实施方案中,对于运动型车辆,其整车级性能目标为操控性能;基于操控性能确定的系统级性能目标为不足转向度;基于不足转向度确定的零部件级性能指标前束角变化率,基于前束角变化率确定的零部件级影响因子为车轮侧偏角θ1、车身侧倾转向效应θ2和悬架变形转向角θ3。
在本发明的一种优选实施方案中,零部件级影响因子的约束边界的确定方法包括:基于零部件级影响因子在仿真软件中对车辆后轴进行动力学建模分析,确定每个零部件级影响因子的运动边界。
在本发明的一种优选实施方案中,运动边界通过车轮激励处轮心激励位移Z1、衬套变形量S1和悬架系统位移杠杆比i确定。
在本发明的一种优选实施方案中,零部件级影响因子的影响贡献量的确定方法包括:确定对车辆后轴推力角的各个零部件级影响因子的敏感度带宽;基于零部件级影响因子在仿真软件中对车辆后轴进行动力学建模分析,确定每个零部件级影响因子的敏感度影响百分比;基于各个零部件级影响因子的敏感度影响百分比和敏感度带宽筛选影响因子,并对筛选后的影响因子配比权重系数;基于每个零部件级影响因子的敏感度影响百分比和权重系数获取该零部件级影响因子的目标敏感度数值T。
在本发明的一种优选实施方案中,车辆后轴推力角调整匹配方案的设计标准为:推力角达标率T’等于所有零部件级影响因子的目标敏感度数值T之和,且推力角θ等于车轮侧偏角θ1、车身侧倾转向效应θ2和悬架变形转向角θ3之和。
在本发明的一种优选实施方案中,目标敏感度数值T等于敏感度影响百分比D*权重系数ω*100%。
在本发明的一种优选实施方案中,所有零部件级影响因子的权重系数ω之和=100%。
在本发明的一种优选实施方案中,基于仿真软件建立整车动力学模型,若动力学模型存在跑偏现象,则该车辆后轴推力角调整匹配方案不合格,若无跑偏现象,则车辆后轴推力角调整匹配方案合格。
本发明的有益效果是:本发明公开的车辆后轴推力角匹配方法填补车辆推力角匹配方法缺失空白,提高车辆设计的经济效益;同时其根据敏感因子分等级设计权重有利于将影响较大的因素作为主要参考,且权重系数按等级递减对应于敏感因子按比例分级,使得整个加权计算更加准确;进一步的,本发明推力角的加权计算按照ω1+ω2+ω3=100%的方式使得加权更具有实际意义;进一步的,本发明通过提前对各个系统的仿真分析与角度匹配,使得整车跑偏校核的数据在获取上更具有参考意义。
附图说明
图1是本发明一种车辆后轴推力角匹配方法的流程图;
图2是本发明一种车辆后轴推力角匹配方法的推力角、前束角位置示意图;
图3是本发明一种车辆后轴推力角匹配方法的轮胎侧偏角、悬架侧倾转向角、悬架变形转向角三者的构成关系示意图;
图中,1-轮胎侧偏角,2-悬架侧倾转向角,3-悬架变形转向角。
具体实施方式
下面通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式,对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种车辆后轴推力角匹配方法,确定对车辆后轴推力角产生影响的零部件级影响因子;基于系统的动力学模型确定零部件级影响因子的约束边界和零部件级影响因子的影响贡献量;基于零部件级影响因子的约束边界和影响贡献量设计车辆后轴推力角调整匹配方案;基于整车的动力学模型校核上述匹配方案是否合格。
优选地,零部件级影响因子的确定方法包括:将整车级性能目标分解为系统级性能目标,将系统级性能目标分解为组成零部件级性能指标,基于零部件级性能指标确定零部件级影响因子。
优选地,对于运动型车辆,其整车级性能目标为操控性能;基于操控性能确定的系统级性能目标为不足转向度;基于不足转向度确定的零部件级性能指标前束角变化率,基于前束角变化率确定的零部件级影响因子为车轮侧偏角θ1、车身侧倾转向效应θ2和悬架变形转向角θ3。
优选地,零部件级影响因子的约束边界的确定方法包括:基于零部件级影响因子在仿真软件中对车辆后轴进行动力学建模分析,确定每个零部件级影响因子的运动边界。
优选地,运动边界通过车轮激励处轮心激励位移Z1、衬套变形量S1和悬架系统位移杠杆比i确定。
优选地,零部件级影响因子的影响贡献量的确定方法包括:确定对车辆后轴推力角的各个零部件级影响因子的敏感度带宽;基于零部件级影响因子在仿真软件中对车辆后轴进行动力学建模分析,确定每个零部件级影响因子的敏感度影响百分比;基于各个零部件级影响因子的敏感度影响百分比和敏感度带宽筛选影响因子,并对筛选后的影响因子配比权重系数;基于每个零部件级影响因子的敏感度影响百分比和权重系数获取该零部件级影响因子的目标敏感度数值T。
优选地,车辆后轴推力角调整匹配方案的设计标准为:推力角达标率T’等于所有零部件级影响因子的目标敏感度数值T之和,且推力角θ等于车轮侧偏角θ1、车身侧倾转向效应θ2和悬架变形转向角θ3之和。
优选地,目标敏感度数值T等于敏感度影响百分比D*权重系数ω*100%。
优选地,所有零部件级影响因子的权重系数ω之和=100%。
优选地,基于仿真软件建立整车动力学模型,若动力学模型存在跑偏现象,则该车辆后轴推力角调整匹配方案不合格,若无跑偏现象,则车辆后轴推力角调整匹配方案合格。
为使得本发明更易于理解,下面结合图1及一种运动型车型对本发明方法进行具体分析解释:
1)车辆驾乘风格定位:由车辆主机厂市场/商品调研输入得到;
2)整车级性能目标设定:根据主次因子权重划分,该流程中固定将车辆风格定位划分为运动型、舒适型两种,其中运动型车辆整车级性能目标在操控性能上满足达标70%定位,舒适型车辆在整车级性能目标在平顺性能上满足达标30%;示例,某车型定义偏操控性需求,某操控性核心指标项不足转向度设定为3.5deg/g;
3)系统级性能目标分解:按照后轴现有选型基准下,依据步骤2)给出的不足转向度设定,进行利用软件进行手动拟合改目标后,分解该目标在系统中核心指标项为悬架变形转向特性,指标参数为toe变化曲线的梯度(斜率),设定后轴toe梯度为性能目标分解项数值为-3deg/mm。其中toe梯度为前束角变化率,toe梯度的变化会由车辆的转向特性效应,及转向轮转角效应变化影响,而引起转向轮转向效应的有车轮侧偏角θ1,车身侧倾转向效应θ2以及悬架变形转向角θ3,以上三者的全部影响量最终体现在toe梯度数值。前束角变化率直接影响推力角变化率,如图2-3所示,toe梯度=推力角变化率;其中θ为推力角,∠O1AB为前束角。与后轴toe梯度相关的因素一方面是整车操稳性能(不足转向度)的指标分解,分解到车轮受垂直载荷、纵向力、侧向力、回正力矩中的一种力(或力矩),而不受其他力(或力矩)影响的工况下,测试车轮和悬架的运动状况。将整车试验分解到研究对象某单一工况对操稳特性的影响,也是指标分解的中心思想。另一方面是考虑轮胎的侧向力和偏磨。
4)后轴推力角理论值带宽定义:参考现有市场车型在已测量完成的推力角对各个参数的敏感程度为参考基准,将现有数据库下推力角的敏感程度大于95%的合格区间为带宽理论值;其中合格区间的选择3σ(99.73%)准则过于宽松,导致车辆跑偏现象较多,2σ(95.45%)准则偏大,较为接近,根据现有数据库仿真及试验标定,设定为大于95%的合格区间。
5)系统动力学建模:利用adams软件进行后轴动力学的建模,利用步骤3中与定义的toe梯度为目标相关影响参数,完成后轴的系统性能目标拟合;其横坐标为悬架行程位移,纵坐标为toe角度,获得toe-悬架行程的拟合曲线,并读取其在初始位置的曲线斜率,即步骤3)中toe变化曲线的梯度(斜率),按照系统模型的输入,设定悬架系统硬点坐标、衬套刚度数值为影响因子;
6)DOE设计与分析:利用5)步骤中的模型,完成toe梯度的DOE设计与分析。DOE设计中,toe梯度影响因子为系统硬点各轴向坐标值(X.Y.Z共计3个因子)、运动副连接(衬套)各轴向刚度(X.Y.Z平移和扭转刚度共计6个因子),根据不同悬架结构,硬点数目及衬套数目不同,构成的影响因子数目也不同,影响因子为该车辆的悬架的设计参数,同样也是匹配优化参数。DOE分析中需要借助软件工具,完成整个流程,但是具体影响因子的约束边界需要手动输入并确认,约束边界条件需要根据该悬架类型以及设计布置来定义,其中衬套刚度采用百分比进制递增设定,硬点约束边界按照国标B级路面随机高程方差计算,取值为7.61mm,做为车轮激励处轮心激励位移输入Z1,衬套变形量根据adams仿真输出读取多次数值后,取值双向累加和S1值为2.6mm,以麦弗逊悬架为例,悬架系统位移杠杆比i由adams仿真独处,取值为1,设定硬点边界H1=(Z1-S1)*i=5mm,取步长t=10,需要的硬点约束边界为H1/t=0.5mm为单位递增设置,边界不超过H1的设定来完成DOE分析;
7)推力角全因子筛选:选取6)步骤中的敏感因子为全因子,按照敏感度百分比筛选,筛选规则如下表,筛选规则说明,按照全因子数目(忽略因子数目多少,固定分4级),等分敏感度分级,在全影响(100%)百分比下等下成4级,单位等级匹配25%的影响度,按照高等级为高权重,且全部权重累计和为100%,设定如下,
全因子等级 敏感度分级标准 权重系数
1 ≥75% 40%
2 50%-75%(含50%) 30%
3 25%-50%(含25%) 20%
4 <25% 10%
8)影响因子加权计算:按照步骤7)中加权系数,根据DOE敏感度分析结果,参照以下公式完成加权计算,得出目标设定敏感度数值T,
T=D*ω*100%
其中,D为敏感度影响百分比(为adams软件仿真分析中固定的某因子的影响百分比是仿真数值),由步骤6)得出,ω为步骤7)中权重系数;
9)推力角计算:按照步骤8)得出的敏感度数值T,分别计算出组成前束角的附加效应转角(θ1为轮胎侧偏角,θ2为悬架侧倾转向角,θ3为悬架变形转向角)的敏感度数值,再一次进行三个组成角度的加权计算,其中,三个组成附加角度的加权值按照adams中DOE分析的敏感度比例为输入基础。即分别计算出T1,T2,T3;并按照95%置信区间为目标值评估,若满足,则按照以下公式完成推力角θ计算结果拟合,以步骤4)中带宽定义为目标参考。定义:推力角达标率计算公式为与θ1,θ2,θ3有关的敏感度分析,并按照95%置信区间为目标值评估,即推力角达标率=T’
T1=D1*ω1*100%;T2=D2*ω2*100%;T3=D3*ω2*100%;
T’=T1+T2+T3=D1*ω1*100%+D2*ω2*100%+D3*ω3*100%
ω1+ω2+ω3=100%
θ=θ1+θ2+θ3
其中,θ1为轮胎侧偏角,θ2为悬架侧倾转向角,θ3为悬架变形转向角;
10)整车动力学建模:子系统仿真及分析结束,需要装配整车模型进行验证,利用adams进行整车动力学建模;
11)整车跑偏校核分析:利用adams进行整车跑偏仿真分析,整车模型需要搭载不同载荷下的模型配置。若存在跑偏现象,则该匹配数值不合格,若无跑偏现象,则匹配合格,跑偏判定按照主机厂标准参考。完成匹配。
人员容易理解,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不以限制本发明,凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种车辆后轴推力角匹配方法,其特征在于:确定对车辆后轴推力角产生影响的零部件级影响因子;基于系统的动力学模型确定零部件级影响因子的约束边界和零部件级影响因子的影响贡献量;基于零部件级影响因子的约束边界和影响贡献量设计车辆后轴推力角调整匹配方案;基于整车的动力学模型校核上述匹配方案是否合格;零部件级影响因子的约束边界的确定方法包括:基于零部件级影响因子在仿真软件中对车辆后轴进行动力学建模分析,确定每个零部件级影响因子的运动边界;运动边界通过车轮激励处轮心激励位移Z1、衬套变形量S1和悬架系统位移杠杆比i确定;零部件级影响因子的影响贡献量的确定方法包括:确定对车辆后轴推力角的各个零部件级影响因子的敏感度带宽;基于零部件级影响因子在仿真软件中对车辆后轴进行动力学建模分析,确定每个零部件级影响因子的敏感度影响百分比;基于各个零部件级影响因子的敏感度影响百分比和敏感度带宽筛选影响因子,并对筛选后的影响因子配比权重系数;基于每个零部件级影响因子的敏感度影响百分比和权重系数获取该零部件级影响因子的目标敏感度数值T;车辆后轴推力角调整匹配方案的设计标准为:推力角达标率T’等于所有零部件级影响因子的目标敏感度数值T之和,且推力角θ等于车轮侧偏角θ1、车身侧倾转向效应θ2和悬架变形转向角θ3之和;目标敏感度数值T等于敏感度影响百分比D*权重系数ω*100%;所有零部件级影响因子的权重系数ω之和=100%。
2.根据权利要求1所述的车辆后轴推力角匹配方法,其特征在于:零部件级影响因子的确定方法包括:将整车级性能目标分解为系统级性能目标,将系统级性能目标分解为组成零部件级性能指标,基于零部件级性能指标确定零部件级影响因子。
3.根据权利要求2所述的车辆后轴推力角匹配方法,其特征在于:对于运动型车辆,其整车级性能目标为操控性能;基于操控性能确定的系统级性能目标为不足转向度;基于不足转向度确定的零部件级性能指标前束角变化率,基于前束角变化率确定的零部件级影响因子为车轮侧偏角θ1、车身侧倾转向效应θ2和悬架变形转向角θ3。
4.根据权利要求1所述的车辆后轴推力角匹配方法,其特征在于:基于仿真软件建立整车动力学模型,若动力学模型存在跑偏现象,则该车辆后轴推力角调整匹配方案不合格,若无跑偏现象,则车辆后轴推力角调整匹配方案合格。
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