基于虛擬樣機軟件的某商用車操縱穩(wěn)定性分析

王文磊，宋少寧，張琦，齊海超，金璐

（陜汽集團商用車有限公司，陜西 寶雞 721000）

1 概述

汽車的操縱穩(wěn)定性是指在駕駛者不感到過分緊張、疲勞的條件下，汽車能遵循駕駛者通過轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向車輪給定的方向行駛，且當遭遇外界干擾時，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力[1]。本文以虛擬樣機軟件Adams 作為轉(zhuǎn)向盤階躍輸入試驗和蛇形試驗的平臺，根據(jù)GB_T 6323-2014 中對轉(zhuǎn)向階躍輸入和蛇形試驗的要求進行虛擬仿真，通過試驗綜合評價計分值來評價此商用車的操縱穩(wěn)定性。

2 基于虛擬樣機軟件MSC.Adams 的整車多體動力學建模

2.1 模型的建立

本文根據(jù)Adams/car 提供的模板文件，新建用于某商用車仿真的整車模型，如圖1 所示，導入動力總成、轉(zhuǎn)向、前后懸架、制動、輪胎和車架系統(tǒng)，裝配成可用于操縱穩(wěn)定性試驗的整車模型。

圖1 商用車模型

2.2 模型質(zhì)量參數(shù)修改

根據(jù)車型參數(shù)配置修改整車的硬點、懸架轉(zhuǎn)向的性能參數(shù)、發(fā)動機的性能參數(shù)、輪胎側(cè)偏特性、整車質(zhì)量等參數(shù)。

2.3 模型調(diào)試

整車模型的調(diào)試主要有兩個方面，第一個是保證模型可運行，即所創(chuàng)建的模型不出現(xiàn)軟件設置錯誤的情況，模型收斂；第二個是確保模型參數(shù)設置正確。對整車進行一次勻速直線運動仿真，進行一般的整車模型測試。

3 轉(zhuǎn)向盤階躍輸入仿真試驗

3.1 試驗方法

汽車以最高車速的70%并四舍五入為10 的整數(shù)倍(本試驗取為約80km/h)直線行駛，達到穩(wěn)態(tài)后，以盡快的速度(起躍時間本試驗取為約0.1s)轉(zhuǎn)動方向盤并固定，直至達到新的穩(wěn)定狀態(tài)。本試驗起躍后方向盤轉(zhuǎn)動45 度，按向左和向右分別進行，試驗過程中保持油門開度不變[2]。

3.2 數(shù)據(jù)處理

3.2.1 橫擺角速度響應時間

橫擺角速度達到90%穩(wěn)態(tài)值時相對于方向盤轉(zhuǎn)角達到50%階躍值時的滯后時間。

3.2.2 橫擺角速度峰值響應時間

橫擺角速度達到峰值時相對于方向盤轉(zhuǎn)角達到50%階躍值時的滯后時間。

3.2.3 側(cè)向加速度響應時間

側(cè)向加速度達到90%穩(wěn)態(tài)值時相對于方向盤轉(zhuǎn)角達到50%階躍值時的滯后時間。

3.2.4 橫擺角速度超調(diào)量

式中：

σ是橫擺角速度超調(diào)量；r0是橫擺角速度響應穩(wěn)態(tài)值；rmax是橫擺角速度響應最大值

3.3 時域信號記錄

利用Adams 繪制側(cè)向加速度、橫擺角速度、車身側(cè)偏角和方向盤轉(zhuǎn)角隨時間變化的曲線，如圖2、圖3 所示。

圖2 左轉(zhuǎn)性能曲線

圖3 右轉(zhuǎn)性能曲線

3.4 結(jié)果評價

計算結(jié)果如下表1 所示：

表1 計算結(jié)果

由于本次試驗為某商用車的操縱穩(wěn)定性，總質(zhì)量超過了6t，所以本次試驗不進行評價記分，通過上表的測量結(jié)果來評價操縱穩(wěn)定性。

4 蛇形試驗

4.1 試驗方法

汽車以近似基準車速二分之一的穩(wěn)定車速直線行駛，在進入試驗區(qū)段之前，記錄各測量變量的零線，然后蛇行通過試驗路段。同時記錄各測量變量的時間歷程曲線及通過有效標樁區(qū)的時間?；鶞受囁偬岣哕囁?，重復以上過程，進行多次試驗，最高車速不超過80km/h[2]。

4.2 數(shù)據(jù)處理

4.2.1 蛇形車速

試驗過程中的車速按式（2）進行計算。

式中L 是標樁間距，這里取50；N 是有效標樁區(qū)起始至終了標樁數(shù)，這里取6，t 是通過有效標樁區(qū)的時間。

4.2.2 平均轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角

試驗平均轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角按式（3）計算。

4.2.3 平均橫擺角速度

平均橫擺角速度按式（4）計算。

4.2.4 平均車身側(cè)傾角

平均車身側(cè)傾角按式（5）計算。

4.2.5 平均側(cè)向加速度

平均側(cè)向加速度按式（6）計算。

4.3 時域信號記錄

根據(jù)國標GB_T 6323-2014 中規(guī)定對標樁間距和基準車速的規(guī)定，對于總質(zhì)量小于或等于15t 的載貨類貨車，標樁間距50m，基準車速60km/h。圖4 是車速為60km/h 的一次試驗仿真結(jié)果。

圖4 仿真結(jié)果

4.4 結(jié)果評價

按式（3）-式（6）計算在基準車速下的平均轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、平均橫擺角速度、平均車身側(cè)傾角、平均側(cè)向加速度的值，如表2 所示。

表2 計算結(jié)果

4.4.1 平均橫擺角速度峰值r 的評價計分值

按下式進行計算：

式中Nr是平均橫擺角速度峰值的評價計分值；r60取10，r100 取4。

4.4.2 平均轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角峰值θ的評價計分值

按下式進行計算：

式中Nθ是平均轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角峰值的評價計分值；θ60 取180，θ100 取60。

4.4.3 蛇行試驗的綜合評價計分值

按下式計算：

按照式（7）、（8）、（9）計算蛇形試驗的評價計分值，如表3 所示。

表3 評價計分值

5 結(jié)論

本文以轉(zhuǎn)向盤階躍輸入試驗和蛇形試驗來評價某商用車的操縱穩(wěn)定性，根據(jù)計算結(jié)果分析，該商用車的操縱穩(wěn)定性并沒有達到設計要求，轉(zhuǎn)向盤階躍輸入試驗響應時間偏大，蛇形試驗綜合評價計分偏小。在后續(xù)的優(yōu)化設計過程中可以通過修改懸架系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、駕駛室、輪胎的性能參數(shù)，來提高整車的操縱穩(wěn)定性。