基于Adams/Car的汽車操縱穩定性仿真分析

程海濤，蒲丹丹

（重慶交通大學交通運輸學院，重慶 400074）

測試試驗

基于Adams/Car的汽車操縱穩定性仿真分析

程海濤，蒲丹丹

（重慶交通大學交通運輸學院，重慶 400074）

操縱穩定性優劣對評價一款車型性能好壞具有重要影響，而穩態回轉試驗在評價操縱穩定性方面具有作用。本文針對市場上較熱門的某款車型進行操縱穩定性驗證分析，首先運用MSC.ADAMS/Car軟件建立了該車型多體動力學模型，并進行穩態回轉仿真試驗分析，得到了車輛的穩態響應性能，最后驗證該車的操縱穩定性。

MSC.ADAMS/Car；穩態回轉；仿真；操縱穩定性

CLC NO.: U461.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

引言

汽車操縱穩定性，是指在駕駛員不感覺過分緊張、疲勞的條件下，汽車能按照駕駛員通過轉向系及轉向車輪給定的方向（直線或轉彎）行駛；且當受到外界干擾（路不平、側風、貨物或乘客偏載）時，汽車能抵抗干擾而保持穩定行駛的性能。汽車操縱穩定性是汽車的重要使用性能，其優劣不僅影響汽車駕駛的操縱方便程度，還決定著高速汽車的安全行駛。世界上許多國家都已經把汽車操穩性的好壞作為汽車研發、生產和銷售的重要依據。本文運用穩態回轉試驗來驗證某款汽車的操縱穩定性。

1、整車模型建立

Adams/Car建模的順序為模板-子系統-總成。為了提高虛擬樣車的建模速度及精度，將整車分解成以下五個子系統：前懸架、后懸架、轉向系統、輪胎以及車身系統。首先進行整車數據收集，主要通過整車測量和網上搜集相結合得到；然后通過數據按照建模順序依次建立模板、子系統，最終將各個系統組裝成整車模型[1-3]。

2、仿真試驗方法

QC/T480-1999中明確規定，穩態回轉試驗不合格的車輛，其操縱穩定性不合格。可見穩態回轉試驗[4]在評價汽車操縱穩定性中具有重要作用，穩態回轉試驗主要有兩種方法：固定方向盤轉角和定轉彎半徑，我國國標一般用的是固定方向盤轉角的方法，本文是運用定轉彎半徑方法來驗證該車的操縱穩定性。

一般汽車都要求具有不足轉向特性，這是因為理論分析指出：擁有過多轉向的汽車，在車速接近臨街速度Vcr時，即使轉向收到輕微干擾，也會發生失穩現象。

仿真試驗條件：仿真條件20m，最小和最大速度分別為10km/h和120km/h，引道為直線。

3、仿真結果

通過Adams/Car軟件對該車型進行穩態回轉仿真試驗，記錄仿真結果，仿真結果以曲線形式表示，包括：穩態回轉運動軌跡、側向加速度與時間關系曲線、橫擺角速度與時間關系曲線、側傾角度隨時間變化曲線、方向盤轉角與時間關系、側傾角與側向加速度關系曲線、前后軸側偏角之差與側向加速度關系曲線。

由圖3可知，車輛以一穩定速度直線行駛10米后，緩慢進入彎道行駛，側向加速度較低，當達到穩定圓周運動后固定方向盤轉角不變，開始以0.25 m/s2的縱向加速度緩慢地加速，當側向加速度到達6.5m/s2后結束試驗；由圖4可知，車輛橫擺角速度隨車速增加而不斷增加，且變化趨勢與側向加速度保持一致；

由圖5可知，在開始階段由于車輛運行速度較低，側向加速度較小，車身側傾角較小，隨著車速與側向加速度的不斷增大，車身側傾角慢慢變大，但總的變化幅度較小，最大側傾角只有2.2°；由圖6可知隨著車速增加，轉向盤角度不斷增大，說明該車具有明顯的不足轉向特性。

4、整車穩態回轉積分評價

根據國標，汽車穩態回轉性能按不足轉向度U、中性轉向點的側向加速度an和車身側傾度K等3項指標進行評價計分[6]。

（1）中性轉向點的側向加速度值an，是指前、后橋側偏角之差與側向加速度關系曲線上，斜率為零處的側向加速度值。若在所測的側向加速度值范圍內未出現中性轉向點時，an的值通常用最小二乘法按無常數項的三次多項式擬合曲線進行推算。求得an=6.2m/s2。

中性轉向點的側向加速度值an的評分值：

式中：an60—中性轉向點的側向加速度下限值，取5.00 m/s2。

an100—中性轉向點的側向加速度上限值，取9.80 m/s2。an—中性轉向點的側向加速度的試驗值為6.2m/s2。

（2）不足轉向度U，是指前、后橋側偏角差值與側向加速度關系曲線上側向加速度值為2m/s2處的平均斜率（即用2m/s2處的縱坐標值除以橫坐標值得到）。求得U=側偏角差值/側向加速度=0.73°/(m/s2)。

不足轉向度 U 的評分值：

式中：U60—為不足轉向度下限值，取1.00°/(m/s2)。

U100—為不足轉向度上限值，取0.40°/(m/s2)。

U—不足轉向度的試驗值為0.73°/(m/s2)。

（3）車廂側傾度K?，是指車廂側傾角與側向加速度關系曲線上側向加速度值為2m/s2處的平均斜率（即用2m/s2處的縱坐標值除以橫坐標值得到）。求得K?=側傾角/側向加速度=0.33°/(m/s2)。

N?大于100分，按100分計。

式中：K?60—車廂側傾度的下限值，取1.20°/(m/s2)。

K?100—車廂側傾度的上限值，取0.70°/(m/s2)。

K?—車廂側傾度的試驗值為0.33°/(m/s2)。

（5）穩態回轉特性仿真試驗的綜合評價計分值：

綜上可得，樣車滿載時的穩態回轉綜合評價計分值為86.6分，具有良好的不足轉向。

5、結束語

在樣車開發階段利用虛擬樣機技術不僅可以縮短開發周期，還能節約大量人力財力。本文運用Adams/Car軟件根據市場上較熱門的某款車型建立整車模型，按照穩態回轉國標要求進行仿真試驗，記錄仿真結果，通過評價計分得到該轎車具有較好的不足轉向特性，可從一定程度上說明該車具有良好的操縱穩定性。但由于本文僅僅運用了穩態回轉試驗驗證該車型的操縱穩定性，具有一定的局限性，但穩態回轉試驗是驗證操縱穩定性的一種重要的方法，同時也具有一定的參考意義。

[1] 宋傳學,蔡章林.基于ADAMS/CAR的雙橫臂獨立懸架建模與仿真[J].吉林大學學報∶(工學版),2004,34(4)∶554-558.

[2] 蔡章林.于ADAMS/Car的雙橫臂獨立懸架建模與仿真.吉林大學學報(工學版).2004.4.

[3] 陳軍.MSC.ADAMS 技術與工程分析實例.北京∶中國水利水電出版社.2008.

[4] 國家技術監管局.GB/T 6323-2014穩定性試驗方法∶穩態回轉試驗[S].北京∶國家技術監管局,2014.

[6] 國家技術監管局QC/T480-1999汽車操縱穩定性限值與評價方法[S]北京.國家技術監管局,1994.

Simulation of Vehicle Handling Stability Based on Adams/car

Cheng Haitao, Pu Dandan
（Transportation Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074）

The evaluation Handling and stability has a significant impact on evaluating a vehicle model, but steady rotation trials have played a great role on evaluating steering stability.In order to solve the problem of handling and stability about popular vehicle model, the article uses MSC.ADAMS/car software to establish a multi-body dynamics model of the vehicle. We obtain steady-state response performance of the vehicle through the Steady-state simulation of rotary. Finally, the car's handling and stability is verified.

MSC. ADAMS/car; Steady rotation; simulation; handling and stability

U461.6

A

1671-7988(2015)03--

程海濤，在讀研究生，就讀于重慶交通大學交通運輸學院，研究方向交通與車輛安全。