某越野车操纵稳定性仿真分析

朱利超

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某越野车操纵稳定性仿真分析

朱利超

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

随着消费者对车辆性能要求的提高，作为评价车辆性能重要指标之一的操纵稳定性对于商用车变得愈发重要。良好的操纵稳定性可以保证驾驶员的舒适性，使得驾驶员能够安全可靠的驾驶汽车，减少道路事故发生的可能性。文章以某带平衡悬架四轴重型商用车为研究对象，建立了车辆的多体动力学模型和数学模型，对车辆进行了操纵稳定性分析。

操纵稳定性；平衡悬架；四轴；多体动力学

CLC NO.:U463.1Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-99-03

前言

随着汽车技术水平的不断进步，越野车使用环境的多样化、复杂化程度也在不断加重，因此对越野车机动性的要求也在不断提高。同时用户对汽车安全性、行驶平顺性、操纵稳定性、乘坐舒适性的要求也越来越高。操纵稳定性是评价汽车的关键指标之一，但以往测试操纵稳定性，需要经过多轮样车试制，反复的道路试验和整车性能试验。不仅花费大量人力、物理，设计周期长，而且有些试验非常危险难以进行。随着虚拟样机技术发展，从整车匹配到子系统开大都大量运用了数字虚拟化设计。对汽车来说，动态性能更为重要，这样利用数字样机对汽车操纵稳定性和平顺性进行计算机仿真愈发重要。本文研究对象是带平衡轴悬架的四轴重型商用车，第一轴悬架和第二轴悬架均采用叶片式钢板弹簧的非独立悬架，第三轴和第四轴共同采用平衡轴悬架，平衡轴悬架共用一根钢板弹簧。根据现有参数，建立ADAMS模型，并进行操纵稳定性试验仿真，反应整车操纵稳定性水平。

1、基于ADAMS的模型建立

本文研究的四轴重型汽车在结构上和组成上均比较复杂，在建模的过程中必须要对其进行较为合理的抽象和简化，从而在保证准确性的同时减少相应工作量，为此本文的多体动力学建模工作遵循以下几点原则：

（1）由于本文不涉及研究发动机的振动对整车操纵稳定性的影响，所以只考虑动力总成的驱动作用，忽略其振动影响并作相应简化；

（2）将簧上质量看作一个具有六个自由度的刚体，即不考虑车身的弹性特征；

（3）除了轮胎、弹性和阻尼元件以及衬套考虑弹性特征，其他所有部件都看作刚体；

（4）模型所采用的整车坐标系的坐标原点位于整车纵向对称面内，X轴正向为整车后方，Y轴正向为整车右方，Z轴正向为整车上方；

（5）用橡胶衬套实现刚体与刚体之间的柔性连接，并忽略各运动副内的摩擦作用。

其中整车载荷参数、几何参数、转动惯量如表 1、2、3所示：

表1 整车载荷参数

表2 整车几何参数

表3 整车惯量参数

各硬点参数较多，不一一列举，整车ADAMS模型如图1-图5：

图1 第一轴悬架多体动力学模型

图2 平衡轴悬架多体动力学模型图

图3 一轴和二轴悬架钢板弹簧多体动力学模型

图4 平衡轴悬架钢板弹簧多体动力学模型

图5 转向系统多体动力学模型

本文建立整车模型时就假设了将簧上质量视作六个自由度的刚体，所以对于车架和驾驶室没有考虑其弹性特性，也没有建立柔性模型，将驾驶室和车架等效成一个质量点，对其定义质量和转动惯量，同理动力传动系统亦做此处理。

2、整车稳态回转试验仿真

稳态回转试验是改变横向加速度，以一定车速在固定半径的圆弧上行驶，从而对汽车的不足转向及过度转向特性、侧倾特性、最大横向加速度、保舵力等进行评价的试验。改变横向加速度可采用定半径法、定转向盘转角连续加速法及定车速法实现[52]。稳态回转试验的目的是测定汽车对转向盘角输入达到稳定行驶状态时汽车的稳态横摆响应。仿真采用定方向盘转角连续加速法。驾驶员操纵汽车以最低稳定速度沿半径为15m的圆周行驶，待稳定后，缓缓连续而均匀地加速（纵向加速度不超过0.25m/s2），直至汽车的侧向加速度达到6.5m/s2（或受发动机功率限制而所能达到的最大侧向加速度、或汽车出现不稳定状态）为止，记录整个过程。如图6-图10所示：

图6 整车稳态回转仿真轨迹

图7 侧偏角VS侧向加速度

图8 横摆角速度VS侧向加速度

图9 侧倾角VS侧向加速度

图10 车速VS侧向加速度

按国标QC/T 480-1999稳态回转试验中对结果处理的方法，对仿真结果进行处理，得到图11转弯半径变化的仿真结果；图12是转弯半径比的仿真结果；图13是前后侧偏角差的仿真结果：

图11 转弯半径VS侧向加速度

图12 转弯半径比VS侧向加速度

图13 前后侧偏角差VS侧向加速度

3、整车转向回正试验仿真

转向回正试验是转弯行驶中松开转向盘时，汽车横摆加速度等变量恢复直线行驶状态的试验。转向回正试验是表征和测定汽车自曲线回复到直线行驶的过渡过程，是测定自由操纵力输入的基本性能试验，回正能力是汽车操纵稳定性的一个重要方面。低速回正试验是使汽车沿半径为15±1m的圆周行驶，调整车速，使侧向加速度达到 0.4g,固定转向盘转角，稳定车速并开始记录，待3s后，驾驶员突然松开转向盘，记录松手后4s的汽车运动过程。如图14-图18所示：

图14 低速回正仿真行驶轨迹

图15 方向盘转角变化曲线

图16 侧向加速度变化曲线

图17 侧倾角变化曲线

图18 横摆角速度变化曲线

4、结论

建立好的整车多体动力学模型为本文所研究的带平衡轴悬架的四轴重型商用车的提供了虚拟样机模型，根据模型模拟仿真了整车稳态回转试验和转向回正试验。由于本章是对多体动力学模型进行操纵稳定性分析，多体动力学模型的建立是在详细并且充分的车辆参数的基础上建立起来的，通过ADAMS/Car模块对整车的仿真也是得到了广大工程师的认可，所以得到的分析评价结果是比较接近于实车的。对实车验证提供了可靠的理论依据，也为本车型后续的分析研究以及同类别车型的开发研究打下了基础。

[1] QC/T 480-1999. 汽车操纵稳定性指标限值与评价方法[S], 1999.

[2] 成大先主编.机械设计手册（第五版）第 5卷.化学工业出版社. 2008.

[3] 余志生主编，汽车理论（第三版），机械工业出版社，2000.

[4] 任卫群. 车-路系统动力学中的虚拟样机[M].电子工业出版社, 2005.

[5] 丁亚康, 翟润国, 井绪文. 基于 ADAMS/INSIGHT 的汽车悬架定位参数优化设计[J].汽车技术, 2011 (5): 33-36.

Calculation of Cross trench width of Off-road Vehicle

Zhu Lichao
（Anhui Jianghuai Automobile CO. LTD, Anhui Hefei 230601）

With the improvement of consumer of vehicle performance requirements, as one of the important indicators of evaluation vehicle performance steering stability for commercial vehicle has become increasingly important. Good control stability can guarantee the driver's comfort, allows the driver to safe and reliable driving a car, reduce the possibility of a road accident. This paper takes an investigation on a four-axle heavy commercial vehicle. Multi-body dynamic model and mathematical model of the vehicle are constructed. On the vehicle steering stability analysis.

Handling stability; Balanced suspension; Four axis; Multi-body dynamics

U463.1

A

1671-7988 (2017)06-99-03

朱利超，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.034