22李精湛

2023年11月29日发(作者：长安福特汽车价格4万)

美国MDI(Mechanical Dynamics Inc)公司2001年中国用户年会论文集

夏利TJ7100U轿车动力学仿真分析

李精湛 朱敏杰 王力詹 文章

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1.天津汽车研究所 2.天津军事交通学院

１. 前言

本文在CAD3维实体绘图软件UG上建立了夏利TJ7100U轿车悬架与转向系的三维实体

数模，运用ADAMS软件建立了该车的动力学仿真计算模型，并对该车的转向稳定性、平顺

性、制动特性进行了分析计算。分析计算表明，在参数准确的情况下，分析结果是可信的。

与此同时，为企业今后熟练应用虚拟仿真技术开发研制新车型作技术与人员上的准备。

２. 仿真模型

夏利TJ7100U轿车前后悬架均为MacPherson式独立悬架，前轮为驱动轮。转向系为轿

车常用的齿轮齿条式转向机。结构示意图如图１所示。

1-车身，2-前悬架减振器活塞杆，3-前悬架减振器储液筒和转向节臂总成，4-横向稳定杆，5-前轮，6-下摆

臂，7-转向横拉杆，8-转向齿条，9-转向齿轮，11-后悬架纵拉杆，12-后轮，13-轴头，14-后悬架前下摆臂，

15-后悬架后下摆臂，16-后悬架减振器活塞杆，17-后悬架减振器储液筒。

图１夏利TJ7100U轿车悬架及转向系结构示意图

整个运动学模型含转向系共25个零件（不包括车轮），使用了12个球铰，2个圆柱

铰，4个转动铰，12个万向铰，3 个滑移铰，2个固定铰，所以总的约束方程为：

A= 123+24+45+124+35+26=139

???

???

整个系统的自由度为：

B=6n-A=625-139=150-139=11

??

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这11个自由度（DOF）分别为前悬架的3个自由度运动和后悬架的2个自由度运动及车身的

6个自由度运动。其中前悬架的3个自由度为左右轮毂轴的上下跳动和转动。后悬架的2个

自由度运动为左右轮毂轴的上下跳动。

在ADAMS软件中建立的整车动力学分析模型如图2所示。

图２ 夏利TJ7100U轿车整车动力学分析模型

3. 转向特性分析

3.1 稳态转向分析

当转向盘转过180度，车轮纯滚动，车身上不考虑侧向加速度，夏利TJ7100U轿车的转

向半径为16米。

夏利TJ7100U轿车在车速为32Km/h时的稳态转向如图3示。夏利TJ7100U轿车的分析

结果可从图中得到。在该图中，该车的转向直径约为22000mm，也即22m。

分析误差主要为内外车轮的转速差、车速与轮胎的侧偏刚度误差。

在实际分析中，前转向轮以相同的转速转动，未考虑差速器对内外转向轮转速的调整，

是造成仿真计算得出的转向半径偏大的主要原因。其次，转向时的车速较高，车身的侧向加

速度较大，造成车轮的侧滑，是造成仿真计算得出的转向半径偏大的次要原因。另外，未能

进行轮胎外特性试验，轮胎的相关特性参数参考相应轮胎的数据，对夏利TJ7100U轿车仿真

计算得出的转向半径的影响不可忽略。轮胎侧偏刚度影响，特别是前后轮胎的侧偏刚度的匹

配，对转向特性具有较大的影响。

图4是车身的侧倾角加速度变化。图5是车身的横摆角加速度变化。图6为车身的俯仰

角加速度变化曲线。在体现汽车转向特性的三向角加速度时域图中，由引起的汽车行驶状态

的变化，可以方便的给出，并可以与试验结果作对比。从仿真计算结果中，还可以根据夏利

TJ7100U轿车转向系对转向盘角阶跃输入的迟滞作用、车身的侧倾角加速度、横摆角加速度

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与俯仰角加速度的峰值等表征汽车转向性能等指标，作为该车改型设计的参考指标。

图3稳态转向的运动轨迹

图4 车身侧倾角加速度曲线

图5 车身的横摆角加速度变化

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图6 车身的俯仰角加速度变化

3.2 S形转向分析

以汽车常见的S形转向分析为例，分析夏利TJ7100U轿车的转向随动性。夏利TJ7100U

轿车S形转向的运动轨迹如图7所示。车身质心的侧倾角加速度如图8所示。图9为车身的

俯仰角加速度变化曲线。

图7 S形转向的运动轨迹

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图8 车身的侧倾加速度变化

图9 车身的俯仰角加速度变化

4. 平顺性仿真分析

汽车平顺性分析的路面输入以三角形凸块作为脉冲输入，三角形凸块的大小按照

GB5902—86《汽车平顺性单脉冲输入行驶试验方法》来定义，其底边长400mm，高60mm。

汽车做匀速运动，车速为32km/h，图10为过凸块时的车身质心的垂直方向的加速度时域曲

线，图11为车身的俯仰角变化曲线。

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图10 车身的横摆角加速度变化

图11 车身的俯仰角加速度变化

5. 制动特性仿真分析

图12 制动时的加速度、速度曲线

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为了分析夏利TJ7100U轿车在规定制动强度下的制动距离，本文进行了制动特性方真计

算。

图12为夏利轿车TJ7100U在车速为32Km/h时的计算结果。图中实线为车身的加速度

变化曲线，虚线时车身的速度变化曲线。分析时的制动强度为0.4g ，分析得到的制动距离为

8.2米。

6. 结论

夏利在本文中，TJ7100U轿车的转向稳定性、平顺性、制动特性等特性得到了较好的仿

真分析。分析结果表明，只要有精度较高的原始数据，ADAMS软件可以较好的完成汽车性

能分析。

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