基于TruckSim的商用车操稳性能验证

周兵兵，杨志刚，方慧平

（陕西重型汽车有限公司 汽车工程研究院，陕西 西安 710000）

1 前言

随着汽车保有量的逐年增加，汽车特别是重型商用车的安全性能越来越受到社会的关注，相关的行业法规标准（GB 7258、JT 1178）日益加严，对商用车安全性能提出了更为严苛的要求。整车的操纵稳定性作为汽车行驶安全的主要组成部分，反应的是汽车遵循驾驶员操纵意图，并抵抗外界干扰保持稳定行驶的能力[1]。优良的整车操稳性能是保证行车及极限运动状态下的车辆安全的基本保证，是汽车产品设计开发中重点关注的性能方向之一。

本文以某重型商用车为研究对象，通过行业主流软件TruckSim建立其多体动力学模型，在此基础上依据GB 6323试验方法对所建立的整车虚拟样机模型进行稳态回转、低速回正、蛇形绕桩性能仿真，并对仿真结果进行分析，验证其是否满足设计要求，为下一步产品开发工作提供理论依据。

2 TruckSim整车多体动力学建模方法

TruckSim是专门针对车辆动力学开发的性能仿真软件，其采用模块化的设计理念，用户只需在对应的车辆子系统模块中输入已定义好的参数值，即可快速完成整车及系统虚拟样机建模，大大加速和简化了产品建模的步骤和效率。因此被广泛应用于汽车操稳、制动、平顺及控制系统开发等方向。强大的后处理模块，能够直观逼真地反映车辆实际路况表现，还原车辆关键系统性能，帮助设计人员快速定位开发问题，制定性能解决方案。TruckSim软件的求解器Solver的工作流程如图1所示[2]。

图1 求解器Solver工作流程图

3 整车操稳模型建立与仿真验证

3.1 模型建立

按照Trucksim软件各模块参数定义，完成动力系统、转向系统、悬架系统、驾驶室、轮胎、制动、鞍座等各子系统建模，整车主要性能参数见表1，建立的重型商用车多体动力学模型见图2。

表1 整车性能参数

图2 整车操稳性能仿真模型

3.2 操稳性能仿真分析

3.2.1 稳态回转性能

整车稳态回转性能仿真主要考察车辆不足转向度、车身侧倾角等性能指标。从汽车设计角度来说，车辆应具有适当的不足转向度。利用建立好的某重型商用车多体动力学模型，参考GB6323整车操稳试验测试方法，通过定义软件内部的仿真事件控制方式，完成车辆操稳性能分析，分析结果见图3、图4。

从图3可以看出，0.2g处的车辆的不足转向度为0.05，说明车辆具有适当的不足转向度。图4显示车辆侧向加速度达到0.2g时，车身的侧倾角为-0.7度，满足设计要求。

图3 车辆不足转向度随侧向加速度变化规律

图4 车身侧倾角随侧向加速度变化规律

3.2.2 低速回正性能

该项指标主要考察车辆的低速回正特性，是对车辆动态状态下车轮定位参数、轴荷分布及转向系统是否设计合理的综合考察，是操稳性能的关键考察项。图5给出了从方向盘撒手3s后，车辆的横摆角速度残余值的变化规律。从图中可以看出，3s后车辆的横摆角速度值为20/s，车辆已经基本回正且具有较小的横摆角速度值，该项指标满足设计要求。

图5 车辆低速回正横摆角速度随时间变化规律

3.2.3 蛇形绕桩性能

蛇形绕桩试验主要考察车辆急剧转向能力、大侧向加速度工况的抗侧翻、侧滑能力[3]。图6给出了车身侧倾角变化曲线。图7给出了相应的车辆横摆角速度响应值，从图中可计算出整个蛇形绕桩仿真中车辆横摆角速度平均峰值为9.20/s，车辆侧倾角平均峰值为0.78度，该值亦满足设计指标要求。

图6 车身侧倾角变化曲线

图7 蛇形仿真车辆的横摆角速度变化规律

4 结束语

本文以某重型商用车为研究对象，利用TruckSim软件建立其多体动力学模型，并参考GB6323操稳性能试验方法进行了稳态回正、低速回正及蛇形绕桩仿真分析。仿真结果表明，所开发的整车操稳指标均达到设计要求，为后续产品的性能集成提供了依据。