摘 要

本文以某乘用车相关参数为参考数据，对其制动性和操纵稳定性展开研究。主要进行了Carsim制动系统、转向系统和悬架系统的建模仿真分析，制动性和操纵稳定性相关影响参数分析等三个方面的工作。由于实验条件限制，制动系统、转向系统和悬架系统的相关参数采用已知参数，不再进行实车测量。其他整车参数因与所研究的方向相关性没有十分紧密，所以采用Carsim对标车型的缺省值。仿真分析试验主要包括：前、后轮制动过程中法向反力的变化、空/满载情况下β线和I曲线、空/满情况下的同步附着系数、车辆利用附着系数与制动强度之间的关系、前/后制动效率图、制动过程中制动减速度、车速和制动距离、稳态回转试验、转向轻便性试验、避障性试验、转向回正性试验和转向盘转角阶跃输入下的汽车响应。本文首先在Carsim软件中设计进行相关试验，根据试验结果进行制动性能相关影响参数分析和操纵稳定性与悬架、行驶系等的关系分析。

关键词：制动性；操纵稳定性；Carsim；仿真分析

Abstract

In this paper, the relevant parameters of a car are used as reference data to study the braking and handling stability. The modeling and simulation analysis of the brake system, steering system and suspension system of Carsim are mainly carried out, and influence parameters of the steering stability and the brake are analyzed. Due to the limitation of experimental conditions, the relevant parameters of the braking system, steering system and suspension system adopt known parameters, and actual vehicle measurement is no longer performed. Other vehicle parameters are not closely related to the direction of the study, so Carsim's default value for the target vehicle model is used. Simulation analysis tests mainly include changes in vertical forces during front and rear wheel braking, beta line and I curve under empty/full load conditions, synchronous adhesion coefficient under empty/full conditions, adhesion coefficient and braking strength for automotive use. Front and rear brake efficiency curve, brake deceleration during braking, speed change and braking distance, steady state rotation test, steering lightness test, obstacle avoidance test, steering return test and steering Disk corner step input car response. In this paper, we first design the Carsim software to carry out relevant experiments. Based on the test results, we analyze the influence parameters of the braking performance, and analyze the relationship between the stability of the braking system, the suspension, and the driving system.

Keywords: Braking performance; Handling performance; Carsim; Simulation Analysis 目录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.1.1 本文研究的目的 1

1.1.2 本文研究的意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 3

1.3 Carsim的应用现状 3

第2章 Carsim软件介绍 6

2.1 Carsim的结构 6

2.2 与本文相关的Carsim模型简介 7

2.2.1 车体（Sprung Mass） 8

2.2.2 制动系统（Breakes） 9

2.2.3 转向系统（Steering System）和悬架（Suspension） 10

2.4 本章小结 12

第3章建立Carsim整车模型 13

3.1 所研究试验车的整车模型建立 13

3.2 所研究试验车的整车模型调试验证 18

3.3 本章小结 20

第4章 制动性试验和操纵稳定性试验 21

4.1 制动性试验 21

4.1.1 制动特性参数曲线 21

4.2 操纵稳定性试验 27

4.2.1 稳态回转试验 27

4.2.2 转向轻便性试验 30

4.2.3 避障性试验 31

4.2.4 转向低速回正性试验 33

4.2.5 转向盘转角阶跃输入下的汽车响应 34

4.3 本章小结 36

第5章 分析影响制动性的因素 37

5.1 影响制动性的相关参数分析 37

5.1.1 感载比例阀的结构和原理 37

5.1.2 感载比例阀的静态特性曲线拐点的确定 39

5.1.3 试验车满载状态制动距离校核 42

5.2 原车制动器和改进感载比例阀之后的制动性对比 42

第6章 分析操纵稳定性的影响因素 44

6.1 操纵稳定性和悬架的相关参数敏感度分析 44

6.1.1 研究参数的选取 44

6.1.2 在操纵稳定性试验中分析研究参数对不足转向度的敏感性 47

6.2 操纵稳定性与传动系统的关系 52

6.2.1 车辆传动系统驱动方式对前后轴侧偏角的影响 52

6.2.2 在Carsim中进行试验验证 55

6.3 本章小结 56

第7章 总结与展望 57

7.1 总结 57

7.2 展望 57

致谢 60

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

1.1.1 本文研究的目的

在20世纪70年代以前车辆制动性和操纵稳定性的研究主要依靠实车试验。之后因为计算机技术的飞速进步，到20世纪90年代末机械仿真公司的一名工程师发以论文的形式向大家介绍了Autosim。这是一个可以用于车辆实时仿真的多体代码软件。

在汽车的研发过程中，车辆的制动性和操纵稳定性的测试需要做成实际的样车，然后对其进行实验以及反复的修改，耗费巨大的人力、物力和时间成本，另外有一些实验具有很大的危险性，难以进行。然而，采用虚拟实验仿真平台则只需要样车的整车模型。做仿真实验时只需要修改整车模型的相关参数就可以的到不同的实验结果，直到得出满意的实验结果。这样的仿真试验可以大大减短设计时间，使得产品更具竞争优势。

实车试验固然十分重要，也是每家车企开发新产品必要的手段，然而使用虚拟仿真模型进行试验，可以在车辆的设计过程中更加及时的得到设计车辆的性能方面的资料，在很大程度上提高了设计的成功几率，从设计原理上免除一些意外情况的发生；虚拟仿真试验还可以在没有实车的时候对车辆的整体性能仿真分析，然后得到车辆相关性能的影响因素及其规律，直接在软件中进行修改调整，直到结果满足设计要求；虚拟仿真试验还可以用来代替实车进行那些对驾驶者来说有很高风险的车辆极限性能试验，或者是模拟交通事故等等。

1.1.2 本文研究的意义

本文在Carsim软件中对试验车进行制动性和操纵稳定性仿真分析，并分析影响汽车制动性和操纵稳定性的相关参数。本文的研究意义如下：

通过本篇文章的研究，可以让我对汽车理论中制动性和操纵稳定性有一个更深层次的认识，深刻了解到制动性和操作稳定性对整车性能的影响以及通过改变车辆相关参数，可以客观的了解到各个参数对车辆制动性和操纵稳定性的影响。制动性方面主要是制动感载比例阀拐点对制动性能的影响，操纵稳定性方面则主要包括转向系统、悬架和传动系统对操稳的影响，本文中我们主要研究的是悬架的Kamp;C特性对不足转向度影响的敏感度。重要的是本篇论文使我对Carsim软件有了从零到有的了解，熟悉了软件的整车模型的建立方法，道路的设置，可以在软件中实现任意的路面条件等等，这对我研究生阶段使用Carsim软件对车辆底盘进行研究有很大的帮助。

1.2国内外研究现状

随着汽车行业的飞速壮大，交通运输业呈现出了车辆高速化和密集化的发展趋势。目前我国的公路条件不断的变好，一级公路普遍存在。这使得车辆的速度有了一个大的提升，因此对车辆的制动性和操纵稳定性的要求也更加严格。车辆操纵稳定性和制动性是车辆安全行驶的重要保证，它需要较多的物理参数从多方面来评价^[1]。就制动系统而言，影响到制动性能的参数非常多，而且车辆的制动过程是一个复杂的过程，它还与车辆的总体布置和制动系统各个参数的选择有着密切的联系。

1.2.1国内研究现状

对于操纵稳定性的研究，国内最早的相关文献是上个世纪五十年代的拖拉机纵向稳定性研究。那时候的研究还非常的基础主要是车辆操纵稳定性的基础理论。到十九世纪八十年代初期，郭孔辉等人提出了关于汽车高速操纵稳定性试验的评价方法研究。近年来车辆检测设备越发完善和精确，国标中对车辆操纵稳定性的试验方法和评价方法标准也进行了一些有益的修正和完善。现阶段车辆操纵稳定性的试验与评价主要依据GB/T 6323-1994和QC/T480-1999来进行^[2]。2013年12月乔邦、张才权和李静红等人为适应现代高速车辆试验更高的精度要求，在陀螺仪和GPS 的基础上进行了车辆操纵稳定性的试验研究。他们进行的试验主要包括以下三项：转向轻便性试验、汽车回转能力型试验、蛇形绕桩试验等。通过改变试验车辆的路面条件进行多组道路试验，得到的试验数据对与其同类型轿车的操纵稳定性试验具有指导作用。

对于制动性的研究，国内研究因为汽车行业起步晚，研究的深度也远落后于国外企业。目前国内主要采用GB/T 12676-1999评定车辆的制动性能。2012年陈佩江在IEEE上发表了关于制动性检测系统的研究。

1.2.2 国外研究现状

车辆的行驶安全性直接决定了乘员的生命和财产安全，因此在欧、美、日等汽车工业发达的地方，他们都十分重视车辆操纵稳定性相关的研究工作，而且取得了显著的成果。国外对车辆操稳的研究起步早，现在已逐渐趋于成熟和完善，达到了很高的水平，更够较好的满足车速不断提高和驾驶员不断非专业化带来的负面影响。

国外更早的意识到了车辆制动性能的重要性，因此其检测技术发展的较早，1970年左右美国已经开始在研究车辆制动性能的过程中将计算机模拟仿真技术加入其中。如今，国外生产车辆制动性能试验台的智能化水平已经比较好了。比如德国的博世（BOSCH）公司、意大利的马哈（MAHA）公司等，这些公司都可以生产出高精度、耐用性好和、受环境条件影响而且功能全的车辆制动性检测设备。

1.3 Carsim的应用现状

上世纪九十年代中期，机械仿真公司研究出一款专门用于车辆仿真的软件——Carsim。美国机械仿真公司前身是UMTRI（密西根大学交通运输研究所)的一部分，后来独立成为专门研究汽车动力学软件的软件公司。这一款软件从发布之后很快就成为了行业的标准软件。主要是因为它使用简单快捷、计算占用内存少，反应快、结果较其他软件精确的多，又可以可众多工程师常用软件联合。

在国外汽车企业中，Carsim已经被大多数大型汽车企业认可，并应用于新产品特别是电控单元的开发和虚拟试验^[3]。我们知道新产品的研发有一条知名的V曲线，它同样也适用于汽车行业，如下图：

图1.1 产品开发‘V曲线’