某越野車操縱穩定性仿真結果評價

朱利超，趙曼

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某越野車操縱穩定性仿真結果評價

朱利超，趙曼

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

操縱穩定性是車輛最重要的性能之一，尤其對于特種車輛，由于特殊的用途使得對其操縱穩定性的要求提高。多軸車輛伴隨底盤軸數的增加，在行駛時轉向失真較嚴重，容易引發交通事故，具有特殊的轉向特性。目前，多軸轉向技術的理論還不成熟，對于多軸轉向車輛的研究還處于初級階段。本文利用動力學仿真軟件建立了某多軸轉向特種車輛的多體動力學模型。對虛擬樣車進行了轉向回正性能、穩態回轉性能等進行模擬分析，并根據標準對結果進行評價。

操縱穩定性；平衡懸架；四軸；多體動力學

CLC NO.:U461.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-186-03

前言

隨著汽車技術水平的不斷進步，越野車使用環境的多樣化、復雜化程度也在不斷加重，因此對越野車機動性的要求也在不斷提高。同時用戶對汽車安全性、行駛平順性、操縱穩定性、乘坐舒適性的要求也越來越高。操縱穩定性是評價汽車的關鍵指標之一，但以往測試操縱穩定性，需要經過多輪樣車試制，反復的道路試驗和整車性能試驗。不僅花費大量人力、物理，設計周期長，而且有些試驗非常危險難以進行。隨著虛擬樣機技術發展，從整車匹配到子系統開大都大量運用了數字虛擬化設計。對汽車來說，動態性能更為重要，這樣利用數字樣機對汽車操縱穩定性和平順性進行計算機仿真愈發重要。本文研究對象是帶平衡軸懸架的四軸重型商用車，第一軸懸架和第二軸懸架均采用葉片式鋼板彈簧的非獨立懸架，第三軸和第四軸共同采用平衡軸懸架，平衡軸懸架共用一根鋼板彈簧。根據現有參數，建立ADAMS模型，并進行操縱穩定性試驗仿真，根據仿真結果，以及國標的評價方法，對結果進行評分。評價本文研究車輛操縱穩定性優劣。

1、基于ADAMS的模型分析操縱穩定性

本文基于本作者上一篇論文《某越野車操縱穩定性仿真分析》研究的四軸重型汽車結果。對穩態回轉和轉向回正進行分析，參數已知，操縱穩定性分析如下：

1.1 整車穩態回轉試驗仿真

穩態回轉試驗是改變橫向加速度，以一定車速在固定半徑的圓弧上行駛，從而對汽車的不足轉向及過度轉向特性、側傾特性、最大橫向加速度、保舵力等進行評價的試驗。改變橫向加速度可采用定半徑法、定轉向盤轉角連續加速法及定車速法實現。穩態回轉試驗的目的是測定汽車對轉向盤角輸入達到穩定行駛狀態時汽車的穩態橫擺響應。仿真采用定方向盤轉角連續加速法。駕駛員操縱汽車以最低穩定速度沿半徑為15m的圓周行駛，待穩定后，緩緩連續而均勻地加速（縱向加速度不超過0.25m/s2），直至汽車的側向加速度達到6.5m/s2（或受發動機功率限制而所能達到的最大側向加速度、或汽車出現不穩定狀態）為止，記錄整個過程。如圖1-圖5所示：

圖1 整車穩態回轉仿真軌跡

圖2 側偏角VS側向加速度

圖3 橫擺角速度VS側向加速度

圖4 側傾角VS側向加速度

圖5 車速VS側向加速度

按國標QC/T 480-1999穩態回轉試驗中對結果處理的方法，對仿真結果進行處理，得到圖6轉彎半徑變化的仿真結果；圖7是轉彎半徑比的仿真結果；圖8是前后側偏角差的仿真結果：

圖6 轉彎半徑VS側向加速度

圖7 轉彎半徑比VS側向加速度

圖8 前后側偏角差VS側向加速度

1.2 整車轉向回正試驗仿真

轉向回正試驗是轉彎行駛中松開轉向盤時，汽車橫擺加速度等變量恢復直線行駛狀態的試驗。轉向回正試驗是表征和測定汽車自曲線回復到直線行駛的過渡過程，是測定自由操縱力輸入的基本性能試驗，回正能力是汽車操縱穩定性的一個重要方面。低速回正試驗是使汽車沿半徑為15±1m的圓周行駛，調整車速，使側向加速度達到0.4g,固定轉向盤轉角，穩定車速并開始記錄，待3s后，駕駛員突然松開轉向盤，記錄松手后4s的汽車運動過程。如圖9-圖13所示：

圖9 低速回正仿真行駛軌跡

圖10 方向盤轉角變化曲線

圖11 側向加速度變化曲線

圖12 側傾角變化曲線

圖13 橫擺角速度變化曲線

2、整車操縱穩定性評價方法

根據標準QC/T 480-1999汽車操縱穩定性指標限值與評價方法，對操縱穩定性試驗方法有轉向瞬態響應試驗（轉向盤轉角階躍輸入）、轉向瞬態響應試驗（轉向盤轉角脈沖輸入）、穩態回轉試驗、轉向回正試驗、轉向輕便性試驗和蛇形試驗等。以上試驗通常在正向設計全部考慮、評價，本文針對質量改進只對整車穩態回轉試驗、轉向回正性試驗進行仿真和評價。

2.1 穩態回轉試驗評價方法

本試驗按中性轉向點的側向加速度值an、不足轉向度U、車廂傾斜度K?等三項指標進行評價計分。an、U、K?下限值an60、U60、K?60和上限值an100、U100、K?100如表1所示：

表1 穩態回轉評價計分表

中性轉向點的側向加速度an、定義為前后橋側偏角差與側向加速度關系曲線上，斜率為零除的側向加速度值。在所試的側向加速度范圍內，未出現中性轉向點時，an值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。

中性轉向點的側向加速度按式(1)計算：

式中：

Nan——中性轉向點側向加速度值的評價計分值：

an——中性轉向點側向加速度值的試驗值，m/s2

an60——中性轉向點側向加速度值的下線值，m/s2

an100——中性轉向點側向加速度值的上線值，m/s2

2.2 穩態回轉試驗評價方法

本試驗按空開轉向盤（方向盤）3s時殘留橫擺角速度絕對值Δr及橫擺角速度總方差Er兩項指標進行評價計分，Δ r及Er測下限值Δr60、Er60與上限值Δr100、Er100見表2所示：

表2 轉向回正評價計分表

低速回正性試驗與高速回正性試驗的殘留橫擺角速度絕對值Δr的平均計分值，按式(2)計算：

式中：NΔr——轉向回正性能試驗殘留橫擺角速度絕對值的評價計分值；

Δr60——轉向回正性能試驗殘留橫擺角速度絕對值的下限值，(°)/s；

Δr100——轉向回正性能試驗殘留橫擺角速度絕對值的上限值，(°)/s；

Δr——轉向回正性能試驗殘留橫擺角速度絕對值的試驗值，(°)/s；

低速回正性試驗與高速回正性試驗的殘留橫擺角速度總方差Er的評價計分值，均按式(3)計算：

式中：NE——轉向回正性能試驗殘留橫擺角速度總方差的評價計分值；

Er60——轉向回正性能試驗殘留橫擺角速度總方差的下限值，s；

Er100——轉向回正性能試驗殘留橫擺角速度總方差的上限值，s；

Er——轉向回正性能試驗殘留橫擺角速度總方差的試驗值，s；

3、結論

依據2.1節中汽車操縱穩定性指標限值與評價方法，對整車穩態回轉性能的評價計分如表3：

表3 穩態回轉性能評分

依據2.2節中汽車操縱穩定性指標限值與評價方法，對轉向回正性能的評價計分如表4：

表4 轉向回正性能評分

滿分為100分，分值越大說明該性能越好。根據以上表格可以直觀得到車輛操縱穩定性。

[1] QC/T 480-1999. 汽車操縱穩定性指標限值與評價方法[S], 1999

[2] 成大先主編.機械設計手冊（第五版）第5卷.化學工業出版社.2008

[3] 余志生主編，汽車理論（第三版），機械工業出版社.2000.

[4] 任衛群.車-路系統動力學中的虛擬樣機[M].電子工業出版社, 2005.

[5] 丁亞康,翟潤國,井緒文. 基于 ADAMS/INSIGHT 的汽車懸架定位參數優化設計[J]. 汽車技術, 2011 (5): 33-36.

Calculation of Cross trench width of Off-road Vehicle

Zhu Lichao, Zhao Man
（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. Virtual prototype for the steering return-to-center performance, steady turning performance, portability and so on carries on the simulation analysis, and according to the standard to evaluate the results.

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

U461.6

A

1671-7988 (2017)08-186-03

朱利超，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.063