朱利超

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某越野車操縱穩(wěn)定性仿真分析

朱利超

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

隨著消費(fèi)者對(duì)車輛性能要求的提高，作為評(píng)價(jià)車輛性能重要指標(biāo)之一的操縱穩(wěn)定性對(duì)于商用車變得愈發(fā)重要。良好的操縱穩(wěn)定性可以保證駕駛員的舒適性，使得駕駛員能夠安全可靠的駕駛汽車，減少道路事故發(fā)生的可能性。文章以某帶平衡懸架四軸重型商用車為研究對(duì)象，建立了車輛的多體動(dòng)力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型，對(duì)車輛進(jìn)行了操縱穩(wěn)定性分析。

操縱穩(wěn)定性；平衡懸架；四軸；多體動(dòng)力學(xué)

CLC NO.:U463.1Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-99-03

前言

隨著汽車技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，越野車使用環(huán)境的多樣化、復(fù)雜化程度也在不斷加重，因此對(duì)越野車機(jī)動(dòng)性的要求也在不斷提高。同時(shí)用戶對(duì)汽車安全性、行駛平順性、操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性的要求也越來(lái)越高。操縱穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)汽車的關(guān)鍵指標(biāo)之一，但以往測(cè)試操縱穩(wěn)定性，需要經(jīng)過(guò)多輪樣車試制，反復(fù)的道路試驗(yàn)和整車性能試驗(yàn)。不僅花費(fèi)大量人力、物理，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，而且有些試驗(yàn)非常危險(xiǎn)難以進(jìn)行。隨著虛擬樣機(jī)技術(shù)發(fā)展，從整車匹配到子系統(tǒng)開(kāi)大都大量運(yùn)用了數(shù)字虛擬化設(shè)計(jì)。對(duì)汽車來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)性能更為重要，這樣利用數(shù)字樣機(jī)對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性和平順性進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真愈發(fā)重要。本文研究對(duì)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(dú)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(jù)現(xiàn)有參數(shù)，建立ADAMS模型，并進(jìn)行操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)仿真，反應(yīng)整車操縱穩(wěn)定性水平。

1、基于ADAMS的模型建立

本文研究的四軸重型汽車在結(jié)構(gòu)上和組成上均比較復(fù)雜，在建模的過(guò)程中必須要對(duì)其進(jìn)行較為合理的抽象和簡(jiǎn)化，從而在保證準(zhǔn)確性的同時(shí)減少相應(yīng)工作量，為此本文的多體動(dòng)力學(xué)建模工作遵循以下幾點(diǎn)原則：

（1）由于本文不涉及研究發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)對(duì)整車操縱穩(wěn)定性的影響，所以只考慮動(dòng)力總成的驅(qū)動(dòng)作用，忽略其振動(dòng)影響并作相應(yīng)簡(jiǎn)化；

（2）將簧上質(zhì)量看作一個(gè)具有六個(gè)自由度的剛體，即不考慮車身的彈性特征；

（3）除了輪胎、彈性和阻尼元件以及襯套考慮彈性特征，其他所有部件都看作剛體；

（4）模型所采用的整車坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)位于整車縱向?qū)ΨQ面內(nèi)，X軸正向?yàn)檎嚭蠓?，Y軸正向?yàn)檎囉曳?，Z軸正向?yàn)檎嚿戏剑?/p>

（5）用橡膠襯套實(shí)現(xiàn)剛體與剛體之間的柔性連接，并忽略各運(yùn)動(dòng)副內(nèi)的摩擦作用。

其中整車載荷參數(shù)、幾何參數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如表 1、2、3所示：

表1 整車載荷參數(shù)

表2 整車幾何參數(shù)

表3 整車慣量參數(shù)

各硬點(diǎn)參數(shù)較多，不一一列舉，整車ADAMS模型如圖1-圖5：

圖1 第一軸懸架多體動(dòng)力學(xué)模型

圖2 平衡軸懸架多體動(dòng)力學(xué)模型圖

圖3 一軸和二軸懸架鋼板彈簧多體動(dòng)力學(xué)模型

圖4 平衡軸懸架鋼板彈簧多體動(dòng)力學(xué)模型

圖5 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)模型

本文建立整車模型時(shí)就假設(shè)了將簧上質(zhì)量視作六個(gè)自由度的剛體，所以對(duì)于車架和駕駛室沒(méi)有考慮其彈性特性，也沒(méi)有建立柔性模型，將駕駛室和車架等效成一個(gè)質(zhì)量點(diǎn)，對(duì)其定義質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，同理動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)亦做此處理。

2、整車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)仿真

穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)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(duì)汽車的不足轉(zhuǎn)向及過(guò)度轉(zhuǎn)向特性、側(cè)傾特性、最大橫向加速度、保舵力等進(jìn)行評(píng)價(jià)的試驗(yàn)。改變橫向加速度可采用定半徑法、定轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角連續(xù)加速法及定車速法實(shí)現(xiàn)[52]。穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)的目的是測(cè)定汽車對(duì)轉(zhuǎn)向盤角輸入達(dá)到穩(wěn)定行駛狀態(tài)時(shí)汽車的穩(wěn)態(tài)橫擺響應(yīng)。仿真采用定方向盤轉(zhuǎn)角連續(xù)加速法。駕駛員操縱汽車以最低穩(wěn)定速度沿半徑為15m的圓周行駛，待穩(wěn)定后，緩緩連續(xù)而均勻地加速（縱向加速度不超過(guò)0.25m/s2），直至汽車的側(cè)向加速度達(dá)到6.5m/s2（或受發(fā)動(dòng)機(jī)功率限制而所能達(dá)到的最大側(cè)向加速度、或汽車出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)）為止，記錄整個(gè)過(guò)程。如圖6-圖10所示：

圖6 整車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真軌跡

圖7 側(cè)偏角VS側(cè)向加速度

圖8 橫擺角速度VS側(cè)向加速度

圖9 側(cè)傾角VS側(cè)向加速度

圖10 車速VS側(cè)向加速度

按國(guó)標(biāo)QC/T 480-1999穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)中對(duì)結(jié)果處理的方法，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行處理，得到圖11轉(zhuǎn)彎半徑變化的仿真結(jié)果；圖12是轉(zhuǎn)彎半徑比的仿真結(jié)果；圖13是前后側(cè)偏角差的仿真結(jié)果：

圖11 轉(zhuǎn)彎半徑VS側(cè)向加速度

圖12 轉(zhuǎn)彎半徑比VS側(cè)向加速度

圖13 前后側(cè)偏角差VS側(cè)向加速度

3、整車轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)仿真

轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)是轉(zhuǎn)彎行駛中松開(kāi)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，汽車橫擺加速度等變量恢復(fù)直線行駛狀態(tài)的試驗(yàn)。轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)是表征和測(cè)定汽車自曲線回復(fù)到直線行駛的過(guò)渡過(guò)程，是測(cè)定自由操縱力輸入的基本性能試驗(yàn)，回正能力是汽車操縱穩(wěn)定性的一個(gè)重要方面。低速回正試驗(yàn)是使汽車沿半徑為15±1m的圓周行駛，調(diào)整車速，使側(cè)向加速度達(dá)到 0.4g,固定轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，穩(wěn)定車速并開(kāi)始記錄，待3s后，駕駛員突然松開(kāi)轉(zhuǎn)向盤，記錄松手后4s的汽車運(yùn)動(dòng)過(guò)程。如圖14-圖18所示：

圖14 低速回正仿真行駛軌跡

圖15 方向盤轉(zhuǎn)角變化曲線

圖16 側(cè)向加速度變化曲線

圖17 側(cè)傾角變化曲線

圖18 橫擺角速度變化曲線

4、結(jié)論

建立好的整車多體動(dòng)力學(xué)模型為本文所研究的帶平衡軸懸架的四軸重型商用車的提供了虛擬樣機(jī)模型，根據(jù)模型模擬仿真了整車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)和轉(zhuǎn)向回正試驗(yàn)。由于本章是對(duì)多體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行操縱穩(wěn)定性分析，多體動(dòng)力學(xué)模型的建立是在詳細(xì)并且充分的車輛參數(shù)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，通過(guò)ADAMS/Car模塊對(duì)整車的仿真也是得到了廣大工程師的認(rèn)可，所以得到的分析評(píng)價(jià)結(jié)果是比較接近于實(shí)車的。對(duì)實(shí)車驗(yàn)證提供了可靠的理論依據(jù)，也為本車型后續(xù)的分析研究以及同類別車型的開(kāi)發(fā)研究打下了基礎(chǔ)。

[1] QC/T 480-1999. 汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)限值與評(píng)價(jià)方法[S], 1999.

[2] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五版）第 5卷.化學(xué)工業(yè)出版社. 2008.

[3] 余志生主編，汽車?yán)碚摚ǖ谌妫?，機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[4] 任衛(wèi)群. 車-路系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中的虛擬樣機(jī)[M].電子工業(yè)出版社, 2005.

[5] 丁亞康, 翟潤(rùn)國(guó), 井緒文. 基于 ADAMS/INSIGHT 的汽車懸架定位參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].汽車技術(shù), 2011 (5): 33-36.

Calculation of Cross trench width of Off-road Vehicle

Zhu Lichao
（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. Multi-body dynamic model and mathematical model of the vehicle are constructed. On the vehicle steering stability analysis.

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

U463.1

A

1671-7988 (2017)06-99-03

朱利超，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.034