旅游客車操穩性能評價

鄧 建, 鄒月英, 歐學昊, 蔣 正, 王守太

(中通客車股份有限公司, 山東 聊城 252000)

汽車操縱穩定性不僅影響汽車駕駛的操縱方便程度,而且是決定汽車高速安全行駛的一個主要性能[1]。國內旅游客車運行工況多為高速、山區,對操縱穩定性能要求較高,因此操穩性是旅游客車開發中重點關注的性能之一。

通過商業仿真軟件搭建整車動力學模型,可以仿真車輛側翻[2]、動力[3]、制動[4]、操穩[5-7]等測試工況,輸出仿真動畫及所需的數據及曲線,能夠較好地模擬車輛的實際駕駛特性,是車輛性能研發的重要工具。

本文以某旅游客車作為研究對象,提出兩種不同懸架方案,通過商業仿真軟件搭建參數模型和仿真分析:依據GB/T 6323—2014[8]設置穩態回轉試驗、蛇形試驗及轉向瞬態響應試驗的輸入工況,由商業仿真軟件進行仿真后,對相應輸出結果進行對比分析,然后基于QC/T 480—1999[9]驗證操穩性能優劣,為產品操縱穩定性開發提供參考。

1 模型建立

某旅游客車的主要參數見表1。對車輛的簧上質量、空氣動力學參數、輪胎、動力系統、傳動系統、制動系統、轉向系統、懸架系統等子總成模塊進行參數搭建,其中兩種懸掛系統方案的區別見表2。

表1 車輛主要參數

表2 兩種方案對比

2 操穩性指標仿真對比分析

2.1 穩態回轉試驗

穩態回轉試驗主要評價車輛的穩態轉向特性及車身側傾特性。本工況仿真選擇定方向盤轉角連續加速法,設置車輛沿半徑為15 m的圓周路徑勻速達到穩定后緩慢勻加速(縱向加速度小于0.25 m/s2),直至達到最大側向加速度后停止。

將商業仿真軟件輸出的數據進行處理,前后軸側偏角與側向加速度關系曲線如圖1所示;側傾角與側向加速度關系曲線如圖2所示;不足轉向度與評分關系曲線如圖3所示;評價指標及評分見表3。

圖1 前后軸側偏角與側向加速度關系曲線

圖2 側傾角與側向加速度關系曲線

圖3 不足轉向度與評分關系曲線

表3 穩態回轉評價指標及評分

由圖1可知,在達到中性轉向點之前,方案1與方案2的前后軸側偏角之差隨著側向加速度的增加而增加,車輛具有不足轉向特性;當曲線斜率為0時,車輛處于中性轉向,再經側向加速度增加,前后軸側偏角之差減小,斜率為負,車輛呈現不足轉向。

由圖1和表3可以看出,方案2在中性轉向點時側向加速度更大,中性轉向點側向加速度評分更高,穩態轉向安全性更好。

適當的不足轉向度能夠使駕駛員清晰地感知車輛運動狀態,提升行駛穩定性[10]。由圖3可知,不足轉向度一般設計在0.5～0.6之間最好,越趨于此范圍評分越高。由表3可知,方案2的不足轉向度評分更好。

由圖2可知,側向加速度相同時,方案2的車身側傾角更小,抗側傾能力更強。

綜上,方案2的穩態回轉綜合評價更好。

2.2 蛇形試驗

蛇形試驗可以表征車輛在快速變道、避障或緊急情況下的穩定性和控制能力。設置標樁間距為50 m,車輛以基準車速50 km/h勻速通過標樁路段。將商業仿真軟件輸出的數據進行處理,輸出橫擺角速度、方向盤轉角與時間的關系曲線如圖4和圖5所示;評價指標及評分見表4。

圖5 方向盤轉角與時間關系曲線

表4 蛇形試驗評價指標及評分

由圖4、圖5、表4可知,平均橫擺角速度峰值與平均方向盤轉角峰值越小,蛇形試驗評價分數越高。因兩個方案的蛇形試驗評價指標僅有細微差別,所以兩種方案的蛇形試驗性能評價基本一致。

2.3 轉向瞬態響應試驗

轉向瞬態響應試驗反映了車輛在轉向輸入時的響應速度及穩定性。車輛在勻速直線行駛時突施穩定側向加速度為2 m/s2的轉角,方向盤與車速均保持不變。將商業仿真軟件輸出的數據進行處理,橫擺角速度、側向加速度、側傾角與時間的關系曲線分別如圖6、圖7、圖8所示;評價指標見表5。

圖6 橫擺角速度與時間關系曲線

圖7 側向加速度與時間關系曲線

表5 轉向瞬態響應評價指標

由圖6與表5可知,方案2雖然橫擺角速度超調量更大一些,但橫擺角速度響應時間與橫擺角速度峰值響應時間都更小,車輛的操控性能以及駕駛安全性更好。由圖8可知,在相同側向加速度下,方案2的側傾角更小,意味著方案2的抗側傾能力更強。

由表5可知,方案2的總方差更小一些,較小的橫擺角速度總方差以及側向加速度總方差意味著車輛在橫擺運動時更加穩定,駕駛員會有更平穩的轉向體驗。

“汽車因素”TB由橫擺角速度峰值響應時間乘以穩態側傾角求得,該數值綜合反映了以上兩種參數大小,由于方案2峰值響應時間以及穩態側傾角都更小,所以其“汽車因素”TB數值更小,操穩性能更好。

綜上,方案2的轉向瞬態響應綜合評價更好。

3 結束語

本文以某旅游客車作為研究對象,對兩種技術方案分別搭建整車模型,通過穩態回轉試驗、蛇形試驗及轉向瞬態響應試驗,對兩個方案進行操穩對比。結果表示,方案2的操縱穩定性能更優,可為產品后續開發提供參考。