汽车偏置碰撞安全性结构改进

应用Hypermesh和Pam-Crash软件建立整车有限元模型,按照C-NCAP试验要求分别进行整车正面碰撞和40%偏置碰撞仿真。通过仿真结果与试验结果B柱加速度曲线的对比分析,验证整车模型的正确性和可靠性,同时根据仿真结果评估车身结构偏置碰撞安全性能,对结构进行改进。改进后整车偏置碰撞性能得以提升。     

基于约束系统仿真分析的ODB碰撞台车试验设计

设计了一种偏置可变形壁障碰撞(ODB)台车试验,以有效代替整车偏置碰撞试验。针对某款长安乘用车,用Madymo模拟软件,建立该车型驾驶员侧约束系统的计算机辅助工程(CAE)仿真模型。完成与整车64 km/h的40%ODB试验的对标,模拟了HybridⅢ型50百分位假人在试验中的伤害参数。同时考虑了台车的初始固定偏转角度和台车加速度两个变量,用CAE仿真分析,确定台车车身设置最优方案与整车试验对比。结果表明:对于头部、胸部等关键部位的伤害曲线,该台车试验方法与整车试验相似度大于80%。从而,提供了一种用台车试验代替整车偏置碰撞的新方法。     

整车不足转向特性影响因素研究

文章分析了悬架KC特性、轮胎力学特性对车辆不足转向特性的影响,其中悬架侧倾转向、侧向力转向、回正力矩转向及轮胎侧偏刚度对整车不足转向特性有重要贡献,而轮胎垂向载荷及复合工况下纵向滑移率则对轮胎侧偏刚度有明显影响,进而改变整车不足转向特性,为底盘开发提供了重要的理论依据。     

七座小客车碰撞安全性的模拟与分析

采用有限元方法分析了七座小客车碰撞安全的特性,通过特殊焊接形式和约束的施加,建立了与实车相一致的悬架和轮胎模型。整车运用施加质量点等方法,有效地保证了整车模拟碰撞过程的准确性,并成功地完成了与实验结果的对标分析。     

汽车正面偏置碰撞可变形壁障壳单元有限元模型的开发与验证

汽车正面偏置碰撞可变形壁障的LS-DYNA格式有限元模型采用壳单元建模,能够比实体单元模型更精确模拟其局部变形,在保证计算效率的前提下提高仿真精度.该模型不仅能够满足ECE法规静压强度的要求,且对于比整车碰撞更苛刻的各种部件碰撞工况如平面墙撞击、半面墙撞击、低位水平杆撞击、高位水平杆撞击、垂直杆撞击等,也能够很好地贴近试验曲线.通过模型验算,并与国外某实体单元模型进行计算效率和计算精度的比较,验证了模型的正确性和有效性.     

渐变刚度板簧建模方法与刚度特性仿真研究

渐变刚度钢板弹簧作为主要的承载元件,其刚度特性在衰减悬架总成传递的载荷以及提高整车的行驶平顺性过程中具有重要意义。本文在渐变刚度板簧的刚度特性分析中,建立了离散beam梁模型、柔性体动力学模型以及有限元模型,结合试验参数曲线进行了对比分析。通过分析认为柔性体动力学模型的刚度曲线特性与试验刚度曲线特性较为吻合,在整车平顺性仿真中实用性较强,结果与实际较为接近。     

纯电动SUV正面25%偏置碰撞仿真和优化

为研究某款纯电动SUV在正面小重叠碰撞下的安全性能,根据美国高速公路安全保险协会发布的测试规程,应用ANSA软件建立纯电动SUV正面25%偏置碰撞模型,利用LS-DYNA显式求解软件进行了计算。通过HyperView后处理软件分析了整车加速度、前围板最大侵入量、关键部件变形和吸能情况,发现该车型碰撞力有效传递路径为上纵梁传递到A柱,轮胎通过悬架系统传递到中地板边梁和门槛梁,而关键吸能部件(吸能盒和前纵梁)没有成为有效的碰撞力传递路径;乘员舱相关部件(A柱、A柱上边梁及中地板边梁等)刚度不足,该车型乘员舱变形严重。针对该车型在正面25%偏置碰撞试验中乘员舱变形严重的问题,从改善碰撞力传递路径和采用轻型铝合金材料以提高乘员舱刚度两个方面进行了优化。结果表明:整车碰撞安全性得到有效提高,乘员舱侵入量明显减小,前围板最大侵入量由246.59 mm减小到151.29 mm,降低了38.65%,结构评级由"差"提升到"良好"。针对提高乘员舱刚度后整车加速度峰值过大的问题,进行了L9(34)正交试验分析,得到了在前围板最大侵入量由151.29 mm降低到146.49 mm的前提下,整车加速度最大峰值由55.86g降低到44.77g的最优组合方案。     

正面25％偏置碰撞中车轮铰链失效的研究

在整车小偏置碰撞安全性能开发过程中,车轮作为主要承载构件,其与底盘连接铰链是否失效将影响车轮受力大小和变形模式,准确预测车轮铰链失效是碰撞安全性能前期开发的重要难点。针对该难点,本文中提出通过拉伸试验获取车轮与底盘连接铰链失效力并应用于仿真中,以准确模拟铰链失效的解决思路。首先,采用公开仿真模型,探究小偏置碰撞过程中车轮从车辆脱落对碰撞结果影响,通过仿真与数值计算相结合方法,分析车轮连接铰链各方向峰值力与碰撞能量相关性,确定铰链失效力测量范围。再针对采用与公开模型同型前悬架系统的某车型,设计出拉伸试验装置,以获取车轮与底盘连接铰链失效力,并应用于该量产车型的正向开发。结果表明:考虑车轮与底盘连接铰链失效力的准确仿真模型,能极大提高小偏置碰撞仿真精度,从而保障整车正向安全性能的开发。     

客车轮胎建模和对侧倾稳定性的影响研究

客车轮胎与客车整车的侧倾稳定性有密切联系,ADAMS是典型的动力学虚拟样机仿真软件。介绍了在ADAMS中建立非线性轮胎的方法,在ADAMS中建立客车整车模型,通过改变整车模型中轮胎的刚度和阻尼,研究客车轮胎对整车侧倾稳定性的影响,从而为设计出符合性能要求的客车轮胎提供一定的理论依据。     

悬架橡胶件对汽车平顺性影响的仿真与实验研究

将橡胶件的Kelvin-Voigt模型与整车模型相结合,应用虚拟坐标法建立了整车8自由度振动模型,从频域和时域分析了橡胶连接件的刚度和阻尼对座椅与车身振动加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷的影响.结果表明:与未考虑橡胶件的影响相比,计及橡胶件的弹性,即适当选择橡胶连接件刚度时,仿真结果更接近试验实测数据,可使座椅与车身的垂向加速度、车身俯仰角加速度和轮胎动载荷减少15％ ～40％;橡胶件的阻尼对平顺性影响较小.     

车辆-模数式伸缩缝耦合振动与冲击荷载分析

为研究导致伸缩缝及其相邻路面损坏的车轮冲击荷载,以桥梁工程中常用的模数式伸缩缝为例,提出一种车辆-桥梁-模数式伸缩缝耦合振动的分析方法。该方法通过分布式弹簧阻尼单元模拟车轮在伸缩缝上的脱空情况;采用等效悬臂或两侧支撑梁模型,考虑脱空段轮胎面的支撑作用,通过车辆-桥梁-伸缩缝耦合振动的迭代算法,实现模数式伸缩缝上的车轮动力荷载的准确模拟,并对载重汽车通过双缝模数式伸缩缝进行实例分析。研究结果表明：①由于伸缩缝结构和车轮位置的变动,很难保证车辆振动的对称性,因此需要采用三维有限元方法分析车轮冲击荷载;②伸缩缝空隙处轮胎面的支撑有助于减小车轮冲击荷载,该支撑刚度与胎面预拉应力密切相关,胎面预拉应力越大,支撑刚度越大,轮载冲击系数越小;③车辆不对称振动导致左右轮冲击系数不同,模数式伸缩缝的中梁跨中冲击系数最大;④模数式伸缩缝上的轮载冲击系数计算值可能超过中国伸缩缝设计指南规定值,该方法可用于确定模数式伸缩缝的最大容许间隙,使车轮冲击荷载小于设计值,以保障伸缩缝的安全服役。     

动载荷作用下客车轮胎侧偏刚度的估算

侧偏刚度是决定操纵稳定性的重要参数。从轮胎模型和运动分析、整车运动和受力分析两方面介绍了客车动力学模型。探讨了如何估算动载荷作用下客车的侧偏刚度,并以国产SX6120A型豪华大客车为例,仿真得到了轮胎的侧偏刚度。     

用于公路车-桥系统振动分析的精细化轮胎模型

为了解决当前公路车桥耦合振动模型中轮胎模型过于简化、车轮-路面接触力与桥梁响应计算结果不够精确的问题,提出了一种精细化轮胎模型.首先基于车辆橡胶轮胎的几何、力学特征,建立了径向弹簧力学模型并进行了理论推导;然后考虑轮胎与路面接触面的刚度分布特征和高速状况下轮胎的惯性力,提出了轮胎接触面分布刚度的计算方法,保证了轮胎接触...     

基于自适应模型预测的智能汽车横向轨迹跟踪控制

当路面附着情况和车辆行驶状态不断变化时,基于恒定侧偏刚度的模型预测控制(MPC)不能考虑轮胎非线性特性的影响,难以保证车辆轨迹跟踪的适应性。为此,提出一种考虑轮胎侧向力计算误差的自适应模型预测控制(AMPC),以提高智能汽车在不确定工况下的轨迹跟踪性能。分析了路面附着系数和垂向载荷对轮胎侧向力的影响,基于平方根容积卡尔曼滤波(SCKF)算法,设计了利用侧向加速度和横摆角速度作为测量变量的前后轮胎侧向力估计器。利用轮胎侧向力线性计算值与估计值的差值计算得到侧偏刚度修正因子,设计了前后轮胎侧偏刚度的自适应修正准则,进而提出了一种基于时变修正刚度的AMPC控制方法。基于CarSim与MATLAB/Simulink联合仿真和硬件在环测试平台,对AMPC控制的有效性和实时性进行了验证。研究结果表明：在不同的路面附着情况和车辆行驶状态下,AMPC控制都能够降低横向位置偏差和航向角偏差,有效提高车辆的轨迹跟踪精度,其控制效果明显优于基于恒定侧偏刚度的标准MPC控制。尤其在低附着工况下,标准MPC控制会因为线性轮胎力的计算误差过大而导致车辆在轨迹跟踪时严重失稳,而AMPC控制通过估计轮胎力修正侧偏刚度依然能够保证车辆稳定有效的跟踪参考轨迹。所提出的AMPC控制在保证控制精度的同时具有良好的实时性,对智能汽车控制系统的设计与优化具有重要参考价值。     

Effect of vehicle model on the estimation of lateral vehicle dynamics

A methodology is presented for estimating vehicle handling dynamics, which are important to control system design and safety measures. The methodology, which is based on an extended Kalman filter (EKF), makes it possible to estimate lateral vehicle states and tire forces on the basis of the results obtained from sinusoidal steering stroke tests that are widely used in the evaluation of vehicle and tire handling performances. This paper investigates the effect of vehicle-road system models on the estimation of lateral vehicle dynamics in the EKF. Various vehicle-road system models are considered in this study: vehicle models (2-DOF, 3-DOF, 4-DOF), tire models (linear, non-linear) and relaxation lengths. Handling tests are performed with a vehicle equipped with sensors that are widely used by vehicle and tire manufacturers for handling maneuvers. The test data are then used in the estimation of the EKF and identification of lateral tire model coefficients. The accuracy of the identified values is validated by comparing the RMS error between experimentally measured states and regenerated states simulated using the identified coefficients. The results show that the relaxation length of the tire model has a notable impact on the estimation of lateral vehicle dynamics.     

Analysis of Tire Effect on the Simulation of Vehicle Straight Line Motion

In the dynamic simulation of vehicle straight line motion, a vehicle model usually drifts from its intended straight path even in the case of no external input. This is particularly true when a tire model based on experimental data is used. The purpose of this paper is to provide an enhancement of a basic understanding of a tire/vehicle system behavior in the straight line motion and to identify the effect of the tire on that motion. Through the analysis of a two degrees of freedom vehicle model, tire characteristic which causes a lateral drift in the straight line motion is identified. Then the results are confirmed from vehicle test and the simulations with a more complex full-car model.     

轴重和胎压对车轮动荷载的影响

为研究重型运输车辆对路面作用的动荷载,建立车辆动力学模型,模型中将簧上质量处理为空载簧上质量与装载质量,将轮胎刚度表示为轴重和胎压的函数。研究了轴重和胎压对车辆动荷载的影响。结果发现,车轮动荷载随着轴重和胎压的增加而增加;动载系数随着胎压的增加而增加,但随着轴重的增加而减小;胎压越高,车轮动载随轴重增加速度越快;仅仅采用轴重不足以评价重载高压车辆对路面的破坏作用,在治理超载的同时也应进一步治理超压：空载车辆对路面的冲击作用较大,不能忽视空载车辆对路面的破坏作用;实际高速运行车辆对路面施加较大的附加动荷载,现有《公路沥青路面设计规范》没有考虑附加动荷载是引起路面结构发生早期破坏的原因之一。     

Analysis of Tire Effect on the Simulation of Vehicle Straight Line Motion

In the dynamic simulation of vehicle straight line motion, a vehicle model usually drifts from its intended straight path even in the case of no external input. This is particularly true when a tire model based on experimental data is used. The purpose of this paper is to provide an enhancement of a basic understanding of a tire/vehicle system behavior in the straight line motion and to identify the effect of the tire on that motion. Through the analysis of a two degrees of freedom vehicle model, tire characteristic which causes a lateral drift in the straight line motion is identified. Then the results are confirmed from vehicle test and the simulations with a more complex full-car model.     

Sensitivity analysis of side-slip angle observer based on a tire model

We investigated the sensitivity of an observer based on a tire model using simulation in linear and nonlinear regions. In the linear region, we investigated the influence of vehicle speed by doing the same simulation at three speed levels. In the nonlinear region, the simulation condition was set such that the vehicle became unstable. In the linear region, steering input and cornering stiffness have a relatively large effect on the estimation error because these quantities determine tire side force. In the nonlinear region, the road surface’s friction coefficient becomes a crucial factor. In both the regions, the observer is sensitive to yaw rate and longitudinal speed.