基于橫向穩定桿的汽車操縱穩定性影響分析

楊銀輝，靳昕，韓尚尚

基于橫向穩定桿的汽車操縱穩定性影響分析

楊銀輝，靳昕，韓尚尚

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

文章基于橫向穩定桿在整車的功能，分析車輛安裝橫向穩定桿和不安裝橫向穩定桿兩個狀態，研究了橫向穩定桿對車輛操穩性能的影響，進一步在Trucksim軟件中建立虛擬整車和駕駛員模型，模擬穩態回轉和蛇形試驗工況，并結合試驗評價標準進行評分，對比分析結果表明，安裝橫向穩定桿的車輛對不足轉向和車輛側傾度性能影響較大，對轉向性能影響較小。

橫向穩定桿；操縱穩定性；虛擬仿真；Trucksim

1 引言

汽車轉向時，在離心力的作用下，外側車輪的懸架彈簧被壓縮，而內側車輪的懸架彈簧被伸張，從而使車輛產生橫向傾斜，引發橫向角振動、并引起內外側車輪的載荷產生變化。載荷的轉移量通常是由懸架側傾剛度決定。當前懸架側傾剛度增加時，前軸左、右車輪垂直載荷變動量增加，前軸輪胎總側偏剛度減小，輪胎側偏角增加，車輛趨于增加不足轉向；當后懸架側傾剛度增加時，作用于左、右側車輪與地面垂直載荷變動量增加，輪胎總側偏剛度減小，輪胎側偏角增加，車輛趨于減小不足轉向[1]。

2 懸架側傾角剛度對左右側車輪垂直載荷影響

通常為了使汽車行駛平順性好，一般會減小懸架垂直剛度，但這會使懸架側傾剛度較小，車輛轉向時產生較大側傾角，進而會對操穩性能產生不良影響。為解決這一矛盾，在懸架系統加裝橫向穩定桿以增加整車側傾角剛度[2]。整車側傾角剛度為前后懸架側傾角剛度的總和，側傾角剛度的大小及其在前、后輪的分配，對車輛側傾角的大小及車輛穩態響應特性有一定影響。懸架系統總側傾剛度按式1進行。

式中：1-彈簧垂直剛度；2-橫向穩定桿剛度；-輪距；-懸架總側傾剛度。

車輛側傾時的左右輪垂直載荷的再分配，可簡化為圖1所示的模型。結合力矩平衡原理，聯立公式2～公式6可知懸架產生的側傾剛度引起左右車輪的載荷再分配，左右輪荷差值ΔW變化，進而影響輪胎側偏剛度大小。

圖1 側傾時左右輪垂直載荷再分配簡化模型

式中：

T-懸架作用于車廂的恢復力矩；

-側傾角；

a-質心距前軸或后軸距離；

L-前后軸軸距；

H-簧載質量質心離地面高度；

h1-前或者后側傾中心離地面高度；

F-作用于質心位置的向心力；

F-前、后非簧載質量產生的向心力；

?W、?W-左、右輪胎垂直反力的變動量；

F、F-靜止狀態時左、右車輪的地面垂直反力；

F總、F-側傾后左、右車輪的地面垂直反力。

3 操縱穩定性仿真分析模型的建立

3.1 虛擬仿真模型

為了更好研究穩定桿對操穩的影響，采用面向特性的參數化的仿真軟件Trucksim軟件，對某6×4牽引車和三軸集裝箱半掛車組成的汽車列車進行建模并進行仿真[3]。建模內容主要包括：主車和半掛車建模（轉動慣量、質量參數及尺寸參數）、懸架系統建模、制動系統建模、轉向系統建模、輪胎建模及路面建模，六軸半掛汽車列車模型界面及模型如圖2所示。

圖2 某6×4牽引車和三軸集裝箱半掛汽車列車Trucksim模型

3.2 穩態回轉分析

穩態回轉試驗主要檢測汽車方向盤轉角輸入達到穩定行駛狀態時汽車的穩態響應。按GB/T 6323-2014《汽車操縱穩定性試驗方法》[4]，對搭建完成的Trucksim模型進行仿真分析。采用定方向盤轉角連續加速法，汽車以最小穩定車速在半徑15m的圓周上行駛，待穩定后再加速，至側向加速度受發動機功率限制達到最大側向加速度為止，結果如表1。經過對比仿真，穩定桿對穩態回轉性能影響較大。

表1 無穩定桿和有穩定桿時穩態回轉仿真試驗對比

3.3 蛇形試驗分析

蛇形試驗主要檢測車輛轉彎靈活性。在標樁間距50m，道路總長350m的虛擬路面進行蛇形試驗仿真，依次完成50km/h、60km/h、70km/h、80km/h的虛擬仿真試驗，記錄轉向盤轉角、橫擺角速度、車廂側傾角、側向加速度及側向位移時間歷程曲線，無穩定桿和有穩定桿的對比分析結果如表2。由分析結果可知，穩定桿在蛇形試驗工況對車輛操穩性能影響較小，具體見圖3、圖4、圖5。

表2 無穩定桿和有穩定桿時蛇形試驗對比

圖4 無穩定桿和有穩定桿時橫擺角速度隨車速的變化

圖5 無穩定桿和有穩定桿時牽引車側傾度隨車速的變化

3.4 結果評價

表3 穩態回轉和蛇形試驗評分表

根據QC/T 480-1999《汽車操縱穩定性指標限值與評價方法》對穩態回轉和蛇形工況進行打分評價[5]，評價結果如表3。從對比分析結果可知，加裝穩定桿的車輛操穩性能好于無穩定桿的車輛。

4 結論

安裝橫向穩定桿的車輛在不影響整車平順性同時可改善懸架系統側傾剛度，本文基于對橫向穩定桿功能的分析，從安裝橫向穩定桿和未安裝橫向穩定桿兩個方面，分析橫向穩定桿對車輛操穩性能的影響，進一步在Trucksim軟件中建立虛擬整車模型，重點分析了穩態回轉和蛇形試驗兩個工況，仿真試驗結果表明，安裝橫向穩定桿的車輛對不足轉向和車輛側傾度兩個操穩性能影響較大，對轉向靈活性影響較小。

[1] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業出版社,2012.

[2] 孫亞軍,郭福祥.某輕型客車橫向穩定桿的匹配研究[J].上海汽車, 2014(12):22～24.

[3] 曹中恒.基于Trucksim的全掛汽車建模與操穩性改進仿真研究[D].西安:長安大學,2016.

[4] GB/T 6323-2014,汽車操縱穩定性試驗方法[S].

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

Analysis of the Influence of Vehicle Handling and Stability Based on the Stabilizer Bar

Yang Yinhui, Jin Xin, Han Shangshang

（Shaaxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi’an 710200）

Based on the function of the stabilizer bar in the whole vehicle, this paper analyzes the two states of installing the stabilizer bar and not installing the stabilizer bar, studies the influence of the stabilizer bar on the vehicle handling and stability performance, further establishes the virtual vehicle and driver model in the trucksim software, simulates the steady-state rotation and serpentine test conditions, scores and compares the results with the test evaluation criteria The results show that the performance of the vehicle with the stabilizer has great influence on understeer and vehicle roll, but has little effect on the steering performance.

Stabilizer bar;Handing stability;Virtual simulation; Trucksim

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.031

U467

A

1671-7988(2021)03-103-03

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1671-7988(2021)03-103-03

楊銀輝，就職于陜西重型汽車有限公司。