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基于BikeSim的某摩托车高速操纵稳定性分析

杨静

【摘要】针对大排量摩托车高速转向行驶时的操纵稳定性问题,以某1100型大排

量摩托车为研究对象,通过三维扫描技术获得该车型三维结构设计参数,应用摩托车

动力学仿真软件BikeSim建立人-机-路环境下摩托车系统动力学模型.对模型分别

进行稳态转弯行驶和障碍滑雪式行驶仿真试验,评价其高速转向性能,并将仿真试验

结果与道路试验结果对比.结果表明:该车型高速行驶时转向性能优异,且仿真数据结

果与道路试验结果基本吻合,对摩托车高速运动特性研究具有一定指导意义.

【期刊名称】《摩托车技术》

【年(卷),期】2019(000)005

【总页数】7页(P29-35)

【关键词】摩托车动力学;转向性能;侧倾指数;侧倾加速度指数

【作者】杨静

【作者单位】重庆交通大学机电与车辆工程学院

【正文语种】中文

作为高速机动车辆，摩托车的行驶稳定性、操纵平顺性、振动舒适性等动力学性能

指标是车辆行驶动力学研究的重点[1]。摩托车行业的发展为国民经济增长、工业

进步做出积极贡献，但我国摩托车工业车型主要集中在中小排量低速车上，生产技

术水平进步缓慢，中大排量高速车的研究技术还不够成熟[2]，大排量摩托车高速

行驶时转向稳定性问题是目前面临的主要技术瓶颈。因此，如何改善大排量摩托车

高速行驶时转向操纵稳定性，对提升我国摩托车行业产品竞争力具有重要意义。

国内外学者对大排量摩托车高速行驶时的操纵稳定性进行了大量的研究，并取得了

一定的成果。R.SHARP[3]建立摩托车两自由度线性模型和运动方程，讨论了特征

参数对摩托车抖动、摆振、倾覆三种主要动态特性的影响。C.J.ALSTEAD等[4]

对摩托车车架扭转刚度特性和车辆稳定性的关系进行研究，分析了摩托车前叉和车

架扭转特性对车辆操纵稳定性的影响。M.BASILEIOS等[5]采用摩托车多体动力学

模型建立驾驶员操纵模型，运用数值分析方法对不同类型的前减震系统进行仿真分

析，找出能够提升摩托车前悬架系统操纵稳定性的设计手段。朱才朝等[6]将刚柔

耦合多体系统动力学理论应用在摩托车系统动态特性研究中，考虑摩托车发动机和

路面激励，建立了人－机－路环境下摩托车系统刚柔耦合动力学模型，对摩托车加

速、制动、转向等工况下系统的动态特性进行了比较全面的仿真、评价和试验。

本文通过三维扫描设备获得某1100型大排量摩托车三维结构设计参数，应用摩

托车动力学仿真软件BikeSim建立人-机-路环境下摩托车系统动力学模型。分别

进行稳态转弯行驶和障碍滑雪式行驶仿真试验，考虑轮胎厚度对稳态转弯行驶仿真

试验的影响。获得该大排量摩托车高速转弯特性参数，并对其高速转向性能做出评

价，对大排量摩托车高速运动特性研究具有一定参考价值。

1模型数据采集

摩托车工程中常使用虚拟样机和计算机仿真工具，以减少设计时间、开发成本和避

免与测试相关的风险[7]。本文建立的摩托车仿真模型采用的主要数据来源于某1

100型大排量运动旅行摩托车，研究对象实车模型如图1(a)所示，整备质量为

256kg，轴距1460mm，前伸角65.9°，坐垫高度800mm。在进行仿真试验

前，首先通过三维扫描设备采集获得该车型的结构设计数据，通过三维计算机辅助

软件求得其相关结构设计参数，以便后续整车建模。获得的整车三维模型如图1(b)

所示。

图1某1100型摩托车模型

2系统模型建立

2.1整车模型建立

摩托车整车模型由前轮、后轮、前总成（包括转向柱、车把、前叉）、后总成（包

括车架、发动机、油箱）、摆动臂和前簧下质量（包括叉、刹车卡钳）六部分组成

[8]。车体模型主要是针对摩托车的簧上质量部分，在整车建模的簧上质量部分输

入采集的结构参数完成建模。在转向系建模界面中输入相应的参数完成转向系建模，

建模参数包括：转向头、转向头的质量和惯性参数、转向系的刚度和阻尼、前伸角、

转向系的结构参数等[2]。本文采用的摩托车悬架系统前悬架属于叉管式，后悬架

可简化为简单的摇臂机构，分别在前悬架系统、后悬架系统、摇臂系统界面进行建

模，输入前后悬架的刚度阻尼参数、后悬架摇臂机构的结构参数、杠杆比等参数完

成建模。整车模型创建界面如图2所示。

图2整车模型定义界面

2.2驾驶员模型建立

由于驾驶员质量在系统质量中占有相当大的比例，建模时必须考虑驾驶员对于整车

动态性能的影响。BikeSim中将驾驶员的质量分为上下半身两部分，考虑了上下

半身的质