摘要：混合动力客车融合了先进技术的系统设计思想，相对于传统汽车技术与工业基础，能够节省较多油量损耗，有效处理能源资源问题。对此，本文就多体系统动力学理论，基于ADAMS/Car模型下，以某混合里客车独立悬架为例展开仿真与建模分析，并研究车轮定位参数伴随车轮跳动运动特点变化规律。结果显示：优化后的混合动力客车前轮定位参数特点与原有客车无明显变化，满足设计需求，为后续车辆的研发提供借鉴。
关键词：混合动力客车；独立前悬架；运动学建模；操稳性仿真
混合动力客车具有动力性稳定、绿色环保、舒适感强的特点，也是人们对于客车设计理想要求。所以，其操稳性要求极为严格。笔者以一个改装混合动力客车底盘为例，因为该底盘改造够使得质心位置发生变化。而前轮定位参数与车轮上下跳动又是制约汽车操纵稳定性直接影响要素。所以，通过ADAMS/Car模型研究运动学建模、仿真。
一、HEB操纵稳定性分析
通常情况下，仿真内容包括：左右车轮平行跳动实验、反向跳动、单侧轮跳动实验、外加静载实验。本文以左右车轮平行跳动为例，进行混合动力客车研发分析。应用ADAMS/Car模块，构建出混合动力客车整车主要结构的模板，其中包含前后悬架系统、转向系统、前后轮胎系统、车身系统、动力系统和制动系统等，然后将对应的子系统装配成整车虚拟样机模型。
（一）HEB改造添加装置的总设置要求
据调查得出：把正常客车组装为HEB时，其直接影响因素为加装装置质量，特别是加装的ISG电机和控制器、主驱动电机、主减速器等。如果悬架系统保持不变，想要确保客车操纵安全性，对增添的装置总布置要求集中于几点。第一，尽量让HEB前后轴荷比和原有客车相近，让质心位置降低使得HEB车型属性和原客车靠近。第二，把加装构件科学分设于车辆纵向中心线两端车架中，让客车质心位置和原客车相似，确保操纵安全。
（二）质量参数影响
稳态响应即稳定性因素K，单位为s2/m2，方程式为K= （ ） （1）。其中，M代表客车质量kg；L为轴距，m；a1、b1代表汽车质心到客车前后轴距距离，m；K1、K2是前后轮侧偏刚度；N/m。第一，如果设置客车质量保持不变，只有客车质心位置变化，也就是纵向方向中质心逐渐向后，即：a1提高b1降低，其他参数保持不变。从中不难看出，K提升客车呈现不同转动形式，即：操纵稳定变差。第二，在客车质量增加，质量位置保持原位，分布至前后轴轮胎中的垂直荷载将会提高。伴随着垂直荷载的提高呈现非线性状态。因此，K参数无法确定，进而无法分辨操纵稳定动态。鉴于此，其混合动力客车平台中，变化明显的即为客车质量的提高量，直接制约客车操纵稳定性。
二、HEB独立前悬架运动学研究
通过仿真试验，对主要前轮定位参数随车轮跳动行程的变化规律进行了分析，同时，根据国家标准的要求，对整车模型进行了操纵稳定性仿真试验。
（一）独立前悬架结构原理
本文中分析的混合动力客车前悬架是空气弹簧双横臂式，其构成为：上横臂、下横臂、转向节、传动轴、减震器、车架等，并且与操纵稳定性有着直接影响。
（二）模型构建
客车运动是基于运动的客车上的动态坐标系，经过前悬架设计方案的测量与分析得出不同中心设点坐标。因为悬架结构呈现对等状态，所以模型构建过程中只构建左端坐标点即可，Car模块自动形成对称坐标点。参照ADAMS/Car标准界面，构建HEB独立前悬架与试验台总成模型，同时展开车轮平行并向跳动实验，车轮胎中心在坐标系Z轴上下跳动，能够得出前悬架前轮定位数值。伴随着车轮跳动状态得出前悬架家与试验台总成图，即：轮胎刚度为2250N.mm-1、弹簧质量为4000kg、质心高度为1000mm、轴距5800mm、前轮驱动0%。
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（三）运动学仿真原理
1、主销后倾角
该部分与转向安全性与转向后方向盘有着密切联系，自动回正水平确保客车安全直线运动。这样一来，主销后倾角越高，客车速度越快，车轮行驶稳定，回正影响显著。不过，如果超出限定，转向过程中想要避免回正影响，转动方向盘则越吃力。所以，最佳范围在3°。车轮云顶阶段，最佳状态是后倾角变化量低，避免荷载变动影响直线运行以及相关操纵安全性问题。
据调查显示，主销后倾角伴随着轮胎跳动变化在0.094°--0.765°之间，变化较低，只有0.671°满足悬架需求。主销后倾角伴随着轮胎变化增多显著，有着较强的回正能力。
2、主销内倾角
其影响是得到一些主销偏移距进而出现自动回正影响，让客车处于直线运动状态。主销内倾角越大其自动回正力矩成比重也会提高，让操纵力得到提高，转向变种，轮胎加剧磨损。通常车轮跳动过程中，我们会认为主销内倾角的提高需要尽可能的降低，防止内倾角变化加剧。现实设计中，通常在5°--8°之前，并期望也有更低参数。根据内倾角-车轮跳动变化曲线分析，车轮跳动时，内倾角变化不明显，处于合理区域。
3、前轮外倾角
外倾角运动影响着客车稳态转向操作性、直线运动安全性、轮胎磨损等。想要让轮胎里外两端磨损平衡，最佳外倾角应在5°--10°。并且，想要使轮胎有更加侧偏属性，通常空载过程中处于期望参数周围，加载状况下有较小的负外倾。车轮向上跳动过程中，外倾角不断降低同时降低满足设计要求。
4、前轮前束角
前轮前束角可以解决外倾角不足，避免轮胎磨损，精确前束伴随着车轮运动状态得出行驶特点。想要避免轮胎磨损严重，并不提高滚动阻力与不影响客车直线行驶能力，车轮跳动时需要让前束保持原样。前悬架变化过程中前轮前束参数变动不明显，降落阶段前束曾佳佳，后悬架应相反。这样一来，让悬架有着不足转向特点，便于有挂客车操作稳定性。
据调查能够得出：车轮跳动阶段签署叫变化较低，其范围在-0.673°---0.171°，变化量在0.502°。并且，前束参数是伴随着车轮的上跳的负方向运动，满足设计需求。总而言之，两端轮胎平行跳动实验时，模拟组装HEB前轮定位参数结果说明：悬架不同项目性能稳定，满足混合动力客车操稳性需求。
综合分析，研发混合动力客车过程中，想要确保客车操纵稳定并满足设计需求，通过ADAMS/Car系统展开独立全悬架模型构建和仿真研究，得出如下结论。第二，优化后的混合动力客车基础性能满足操纵稳定要求。第二，混合动力客车改装时，需要确保混合动力客车质心位置与轴荷比变化相近。只有这样，才能防止质量参数变化较大而制约操纵稳定性。
结语
混合动力客车选择新型设计方法，改变客车结构，进而提升舒适性与降低排放，是现阶段能源可持续发展的有效途径。笔者分别从：HEB操纵稳定性分析、HEB独立前悬架运动学研究，两方面进行分析，希望对混合动力客车独立前悬架运动学建模与操稳性仿真研究起到帮助性作用。
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论文作者:高克发,黄祖强
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/4
标签：客车论文; 倾角论文; 悬架论文; 车轮论文; 质心论文; 混合动力论文; 前轮论文; 《基层建设》2017年第36期论文;