簡介

通過使用數(shù)值/模擬方法（見[1]和[2]）、基于測試的方法（[3]、[4]和[5]）或這些方法的組合（[6]和7]），已經(jīng)進行了幾項研究，強調(diào)了車身剛度對整車性能的重要性。在進行車身評估以確定可能的車身弱點或改善潛力的研究中，這主要是基于操縱工況的穩(wěn)態(tài)部分的車身變形來做的。在本文中，重點研究了在瞬態(tài)工況中車身剛度對車輛性能的影響。將瞬態(tài)階段的結(jié)果與工況中穩(wěn)態(tài)部分的結(jié)果進行比較表明，與穩(wěn)態(tài)相比，不同的車身剛度特性在瞬態(tài)階段是重要的。通過識別有無修改的瞬態(tài)時域車身載荷，詳細(xì)評估了車身剛度特性變化對瞬態(tài)車輛行為的影響。這些變化的客觀結(jié)果能夠與駕駛員的主觀評價建立聯(lián)系?；趯＜荫{駛員的主觀反饋、瞬時車身載荷和車身變形，表明車身柔性是車輛動態(tài)操縱中懸架最佳使用的限制因素。增強的車身剛度特性可以更好地使用懸架設(shè)置，這一點得到了專業(yè)駕駛員的認(rèn)可

1、背景和方法描述

為了改進車身設(shè)計以獲得最佳整車性能，需要了解車身剛度指標(biāo)與目標(biāo)操控性能之間的關(guān)系。在更高的層次上，將客觀的操縱性能結(jié)果與駕駛員的主觀感知聯(lián)系起來是一個挑戰(zhàn)。使用已建立的測試技術(shù)，很難客觀量化車身對車輛性能的影響。此外，在過去，整車多體模擬是通過車身的柔性表示來完成的。然而，使用這些模擬結(jié)果很難量化車身對車輛性能的影響。理想情況下，可以通過分析確定車身剛度目標(biāo)，以獲得良好的瞬態(tài)操縱性能。然而，到目前為止，還沒有針對瞬態(tài)階段的車身目標(biāo)設(shè)定方法。

在本研究中，確定了車身剛度與瞬態(tài)車輛性能的關(guān)系以及與主觀反饋的關(guān)系。這是使用車身柔性方法完成的，該方法允許量化和理解車身剛度對車輛在瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)階段性能的影響。該方法基于兩個主要部分：時域載荷識別和時域車身變形估計。

車輛動力學(xué)的時域載荷識別是通過在所有懸架與車身連接點周圍使用高度靈敏的應(yīng)變儀進行的。在每個連接點進行負(fù)載校準(zhǔn)測量，以確定應(yīng)變-力校準(zhǔn)矩陣。對于評估的每個車身配置，應(yīng)識別應(yīng)變-力校準(zhǔn)矩陣。將該校準(zhǔn)矩陣與在運行軌跡上采集的操作應(yīng)變數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以對車輛動態(tài)工況中的時域車身載荷進行反向識別（參見[3]和[8]）。當(dāng)評估不同的車身剛度特性時，這些時域車身載荷顯示出明顯的變化，因此可以詳細(xì)了解車輛動態(tài)性能的變化。通過將車身載荷應(yīng)用于車身的模態(tài)模型來獲得時域車身變形。這是在模態(tài)域中使用

其中mi、ci和ki為模態(tài)i的模態(tài)質(zhì)量、阻尼和剛度，{ψi}T為變換模態(tài)矢量，{F（T）}為時域載荷矢量，qi為模態(tài)響應(yīng)。在本研究中，車身的CAE模型用于創(chuàng)建簡化的模態(tài)模型，該模型在所有懸架-車身接口點和進一步的可視化點處具有輸出，從而能夠在操縱工況期間動畫顯示整車變形。

2、本車身配置的車輛評估

評估中的車輛是一輛小型廂式車，配有麥弗遜前懸架和四連桿后懸架。前副車架和后副車架都是浮動的，即它們通過橡膠支座連接到車身。對被評估車輛進行主觀評估。專家駕駛員的主要反饋之一是“后軸響應(yīng)延遲”。這種主觀評價將是本研究的主要焦點。

下一步是客觀評估，這是通過在測試跑道上執(zhí)行車輛動態(tài)工況來完成的。轉(zhuǎn)向機器人用于最大化測量重復(fù)性，特別是在工況的瞬態(tài)部分。

在100kph和0.3g橫向加速度下進行的階躍轉(zhuǎn)向工況用于獲取時域車身載荷識別的操作數(shù)據(jù)。圖1和圖2顯示了識別載荷的示例，在階躍轉(zhuǎn)向工況中，一組橫向載荷和一組垂直載荷作用在前車身上。

通過標(biāo)準(zhǔn)化車身載荷和轉(zhuǎn)向角輸入信號，可獲得瞬態(tài)載荷建立的清晰指示，見圖3。

在施加轉(zhuǎn)向角輸入后，前橫向負(fù)載迅速增加。由于后輪胎開始建立橫向負(fù)載需要時間，因此后車身負(fù)載相對于前車身橫向負(fù)載建立明顯延遲。在第4節(jié)中，將討論改變車身剛度特性對該瞬態(tài)載荷建立和轉(zhuǎn)向角輸入延遲的影響。

通過將識別的車身載荷應(yīng)用于車身的模態(tài)模型，計算了時域車身變形。變形結(jié)果的示例如圖4和圖5所示，圖4是在階躍轉(zhuǎn)向工況中處于變形狀態(tài)的車身俯視圖。當(dāng)主要的側(cè)向載荷情況施加到車身時，車身的最終變形形狀顯示出相關(guān)的側(cè)向彎曲量。

圖5進一步強調(diào)了這一點，其中顯示了前懸架和后懸架硬點的橫向變形。由于變形計算是使用模態(tài)模型進行的，因此可以將整個車身撓度分解為對變形的單個模態(tài)貢獻。在此基礎(chǔ)上，評估了各個模態(tài)（如橫向彎曲、扭轉(zhuǎn)或界面點的局部柔性）的重要性。

圖6中的時域模態(tài)貢獻——車身負(fù)載對特定車身模態(tài)的激勵程度——顯示了2種模態(tài)被強烈激勵，這從紅色和綠色貢獻曲線的振幅水平可以清楚地看出。然而，更有趣的是，這兩個主要模態(tài)貢獻之間的巨大時間差。這表明，車身剛度特性的一部分（模態(tài)A，圖7）從早期瞬態(tài)開始被激發(fā)，因此是相關(guān)的，而另一部分車身剛度屬性（模態(tài)C，圖8）僅在瞬態(tài)階段結(jié)束時的一個大時間延遲后才被激發(fā)。因此，瞬態(tài)階段的車身變形將與工況穩(wěn)定狀態(tài)部分的車身變形有很大不同。

我們的目標(biāo)是改善車輛的瞬態(tài)性能，并識別車身剛度特性對瞬態(tài)性能的影響。這意味著，重點應(yīng)放在模態(tài)A的車身剛度特性上，而不是模態(tài)C的特性上，即使這在工況的穩(wěn)態(tài)部分受到更強的激勵。

3

改進車身配置的車輛評估

第3節(jié)中的基本車輛評估表明，后車身橫向柔性相對較高，如圖4和圖5所示。為了減少操縱過程中的后車身變形，采用了一個改進方案（見圖9和圖10），以提高后車身剛性。主觀和客觀評估也都是在這種改良的車身狀況下進行的。

為了量化修改方案對車身剛度特性的影響，比較了基本和修改條件下的靜態(tài)硬點剛度值。修改后的剛度變化（見圖11）證明了修改的主要影響是后車身硬點剛度。

在改進的車身條件下執(zhí)行相同的車輛動態(tài)操縱。橫向加速度和橫擺角速度響應(yīng)的比較基本和修改后的車身狀態(tài)顯示了作為修改方案影響的最小差異（圖12和13），只有橫擺角速度顯示了瞬態(tài)峰值處更高水平的指示。

眾所周知，車身改裝對橫向加速度和橫擺角速度等整車參數(shù)的影響很小。這些參數(shù)來自所有作用的車身力。當(dāng)車身力的分量在幅度或時間上發(fā)生變化時，與單個力水平的變化相比，所有力對橫向加速度或橫擺角速度的綜合影響仍然很小。因此，單獨的車身載荷可以提供更多關(guān)于車輛性能變化的見解，作為全局車輛參數(shù)。

應(yīng)用的改裝方案對后車身（橫向）載荷分布有相關(guān)影響；見圖14、15和16。

最主要的后車身橫向力（在后副車架后部連接處）在改裝后的車身狀態(tài)下建立得更快（約20ms）。由于前軸負(fù)載積累幾乎相似，后軸反應(yīng)更快，前軸和后軸響應(yīng)之間的“差距”減小了，見圖17。對具有改進車身狀況的車輛進行主觀評估的結(jié)果表明，“后車身反應(yīng)更快”，這與瞬態(tài)車身負(fù)載積累的客觀結(jié)果直接一致。

除此之外，負(fù)載比較表明，在基本條件下，牽引臂存在橫向力分量，這是不需要的。在改進狀態(tài)下，橫向力幾乎為零，而來自后副車架的橫向力（橫向懸掛連桿連接到后副車架上）也在增加，同樣在穩(wěn)定狀態(tài)下。

由于車身剛度的提高，現(xiàn)在從輪胎向車身的載荷傳遞效率大大提高，從而產(chǎn)生更快更高的后副車架橫向載荷。當(dāng)安裝（浮動）后車架時，負(fù)載分布的變化（主要變化在后連接處）也會影響后副車架相對于車身的旋轉(zhuǎn)運動。這可能會影響橫擺增益，如圖13所示，橫擺角速度幅度的輕微增加支持了橫擺增益。

除了對車身橫向載荷分布有明顯影響外，對垂直載荷分布也有顯著影響，見圖18-20。在評估穩(wěn)態(tài)部分時，盡管受道路起伏影響，但改裝方案對穩(wěn)態(tài)載荷水平的影響最小，見圖18。然而，瞬態(tài)階段的右后車身側(cè)的載荷積累明顯更快、更線性（圖19），而左后車身側(cè)則更緩慢、更線性的載荷積累（圖20）。由于這涉及向左的階躍轉(zhuǎn)向工況，這意味著轉(zhuǎn)彎外側(cè)的懸架側(cè)（負(fù)載側(cè)）可以更快、更線性地積累負(fù)載。這些結(jié)果進一步強調(diào)了車身剛度對瞬態(tài)階段車輛動態(tài)性能的重要性。

橫向和垂直瞬態(tài)車身載荷分布的結(jié)果都表明，車身柔性限制了懸架性能。由于基本車身變形，后軸無法快速響應(yīng)。其次，由于后軸橫向負(fù)載的一部分通過牽引臂分配，因此車身的橫向負(fù)載分配不是最佳的。在提高車身剛度之后——基于瞬態(tài)階段的車身變形分析，這兩個限制都得到了解決，從而提高了車輛性能的主觀評級。

總結(jié)

對階躍轉(zhuǎn)向工況的車身變形的評估表明，與穩(wěn)態(tài)階段相比，不同的車身剛度特性在瞬態(tài)階段起作用。使用車身載荷的客觀評估和主觀評估的結(jié)果都表明，車身的瞬態(tài)階段變形限制了懸架性能。后軸不能快速響應(yīng)，而從輪胎到車身的橫向和垂直瞬態(tài)載荷分布都不是最佳的。使用應(yīng)用的方法，識別車身的改善潛力（與瞬時表現(xiàn)相關(guān)），從而增強車身目標(biāo)設(shè)定過程。通過比較基本和修改車身狀態(tài)下車輛的瞬態(tài)車身載荷積累，可以客觀地識別車輛瞬態(tài)性能的變化。通過增強車身剛度，后軸能夠更快地響應(yīng)，這一點得到了主觀評估的證實。此外，車身的橫向和垂直載荷分布顯著改善。通過關(guān)注瞬態(tài)車身載荷積累和瞬態(tài)車身變形，與對工況的穩(wěn)態(tài)部分的評估相比，可以更好地理解車身剛度變化與車輛性能之間的關(guān)系。

參考文獻

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