在商用车底盘开发过程中,悬架运动学和弹性运动学特性(K&C特性)对操纵稳定性的影响越来越受到重视。优化匹配以悬架K&C特性为主体的悬架系统特性,需建立在分析悬架K&C特性对抗侧倾特性、回正力矩变化特性和不足转向特性等操纵稳定性影响的基础之上。其中,悬架抵抗车身倾斜的能力主要与力矩中心、侧倾角刚度等相关,通过提高力矩中心位置的方法来增强悬架的抗侧倾特性,会引起较大的轮跳轮辙侧向移动量,对轮胎附着性能及直线行驶稳定性产生重要影响,通过建立悬架侧向耦合动力学模型来进行这方面的研究还不是特别充分;悬架的运动学和弹性运动学产生的附加侧偏角会产生相应的力反馈,影响汽车的转向特性,相关的理论分析还不够具体;在转向过程中,多连杆悬架虚拟主销移动造成主销定位参数的变化,需要分析其对转向回正力矩的影响。在应用商用车悬架K&C特性试验台的基础上,进行悬架K&C特性的试验测试,建立考虑悬架K&C特性的操纵稳定性评价指标的理论表达式,更好地用于评价商用车悬架K&C特性对操纵稳定性的影响,是非常重要的研究内容;且能减少应用虚拟样机建模仿真及试验的工作量,对于降低悬架开发成本具有重要的意义。围绕上述问题,本文在进行悬架K&C特性理论分析的基础上,结合商用车悬架设计,研究了悬架运动学及弹性运动学特性对操纵稳定性的影响及其客观评价理论方法。论文主要的研究内容为:(1)研究悬架K&C特性并应用于商用车悬架设计。阐述悬架K&C特性静力学分析的理论基础,应用郭孔辉教授提出的力矩中心概念分析悬架的抗侧倾特性,对侧倾力矩中心高度进行解算并与试验结果进行对比验证;利用虚功原理证明车轮着地点运动轨迹切线速度方向与悬架导向杆系约束反力作用线垂直,提高力矩中心位置有助于改善悬架抵抗车身倾斜能力,但会造成车轮跳动过程中较大的轮辙移动量,对轮胎附着性能及直线行驶稳定性产生重要的影响。从工程经验的角度总结悬架附加侧偏角和主销定位参数对动力学性能的影响,并在商用车悬架设计中进行应用。(2)建立考虑悬架侧倾转向及侧倾外倾的等效操稳模型。推导横摆角速度传递函数的一般表达通式,分别分析悬架侧倾对稳态响应、稳定性和频率响应特性的影响:推导包含侧倾转向系数和侧倾外倾系数的等效稳定性因数表达通式,分析悬架侧倾转向和侧倾外倾对稳态响应的影响。正的后悬架侧倾转向系数和正的前悬架侧倾外倾角变化,负的前悬架侧倾转向和负的后悬架侧倾外倾角变化,会增加不足转向趋势。建立横摆角速度频率响应函数,分析悬架侧倾转向对频率响应特性的影响。在低频范围内,正的后悬架侧倾转向系数会减小横摆角速度增益的幅值,增加不足转向趋势;在高频范围内,正的后悬架侧倾转向系数会增加系统响应带宽,减小系统响应延迟。建立包含侧倾转向系数和侧倾外倾系数的特征方程,观察特征根轨迹位置的相应变化。正的后悬架侧倾转向系数会增加稳定裕度,负的后悬架侧倾转向系数会减小稳定裕度。(3)悬架主销定位参数辨识及其对回正力矩影响的分析。悬架主销定位参数的精确解算是分析其对汽车动力学性能影响的基础。利用瞬时轴线理论建立主销定位参数辨识模型,分别辨识麦弗逊悬架和多连杆悬架的主销定位参数并进行验证。进行悬架重力回正力矩的解算并与试验结果对比验证。通过建立汽车低速转向回正力矩计算模型,并根据商用车低速转向轻便性“8”字形试验数据辨识转弯中心点坐标,分析转向过程中主销后倾拖距变化对回正力矩的影响。(4)考虑悬架轮跳轮辙移动的侧向动力学建模研究。由于悬架导向杆系的作用,在悬架弹簧压缩和伸展的同时轮辙会产生移动,轮辙的侧向移动引起侧向力的产生。在不平路面激励下,由于轮胎各部分弹性的影响,轮胎与地面之间产生的力相对于轮辙侧向移动输入具有一定的滞后,表现出非稳态特性。通过建立独立悬架侧向耦合动力学模型,计算轮跳过程中车轮外倾角及轮心侧向位移变化,并与试验结果进行验证。在不平路面输入下,由轮辙侧向移动量计算的悬架侧向力均方根值随车速的增大先增加后减小,随轮胎松弛长度的增加而变大。在前后悬架侧向力的作用下,进行整车侧向加速度响应的仿真并与试验结果进行验证。(5)悬架k&c特性对操纵稳定性影响的客观评价研究。在阐述由传递函数计算系统总方差理论的基础上,根据建立的横摆角速度传递函数一般表达通式,推导出角输入运动总方差评价指标,并用于评价悬架侧倾对汽车角输入运动响应的影响;结合汽车低速转向轻便性评价指标,根据建立的回正力矩计算模型,评价转向过程中悬架主销后倾拖距变化率对回正力矩的影响;提出以横摆角速度响应均方根值作为评价指标,用于评价不平路面激励下悬架跳动轮辙移动对直线行驶稳定性的影响;通过建立驾驶员—汽车—道路闭环系统模型,利用频域分析的方法推导单项评价指标和综合评价指标的理论表达通式;根据综合评价指标进行悬架侧倾转向对操纵稳定性影响的闭环评价。本文主要创新点如下:(1)建立考虑悬架侧倾转向及侧倾外倾的等效操稳模型。推导出横摆角速度传递函数的一般表达通式,用于对表征汽车操纵特性的稳态响应、稳定性和频率响应特性分别进行分析。(2)建立考虑悬架跳动轮辙移动的侧向耦合动力学模型。在不平路面激励下,分析了悬架系统参数对侧向力响应的影响,并通过建立整车模型进行侧向加速度的仿真与验证。(3)建立考虑悬架K&C特性的操纵稳定性评价指标的理论表达式。主要包括:等效稳定性因数、角输入运动总方差、低速转向轻便性评价指标、横摆角速度均方根值和闭环系统评价指标,用于评价商用车悬架K&C特性对操纵稳定性的影响。