朱利超，趙曼

（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)定性仿真結(jié)果評價

朱利超，趙曼

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

操縱穩(wěn)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(wěn)定性的要求提高。多軸車輛伴隨底盤軸數(shù)的增加，在行駛時轉(zhuǎn)向失真較嚴(yán)重，容易引發(fā)交通事故，具有特殊的轉(zhuǎn)向特性。目前，多軸轉(zhuǎn)向技術(shù)的理論還不成熟，對于多軸轉(zhuǎn)向車輛的研究還處于初級階段。本文利用動力學(xué)仿真軟件建立了某多軸轉(zhuǎn)向特種車輛的多體動力學(xué)模型。對虛擬樣車進(jìn)行了轉(zhuǎn)向回正性能、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能等進(jìn)行模擬分析，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對結(jié)果進(jìn)行評價。

操縱穩(wěn)定性；平衡懸架；四軸；多體動力學(xué)

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

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，因此對越野車機(jī)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(wěn)定性、乘坐舒適性的要求也越來越高。操縱穩(wěn)定性是評價汽車的關(guān)鍵指標(biāo)之一，但以往測試操縱穩(wěn)定性，需要經(jīng)過多輪樣車試制，反復(fù)的道路試驗和整車性能試驗。不僅花費大量人力、物理，設(shè)計周期長，而且有些試驗非常危險難以進(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)開大都大量運(yùn)用了數(shù)字虛擬化設(shè)計。對汽車來說，動態(tài)性能更為重要，這樣利用數(shù)字樣機(jī)對汽車操縱穩(wěn)定性和平順性進(jìn)行計算機(jī)仿真愈發(fā)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(jù)現(xiàn)有參數(shù)，建立ADAMS模型，并進(jìn)行操縱穩(wěn)定性試驗仿真，根據(jù)仿真結(jié)果，以及國標(biāo)的評價方法，對結(jié)果進(jìn)行評分。評價本文研究車輛操縱穩(wěn)定性優(yōu)劣。

1、基于ADAMS的模型分析操縱穩(wěn)定性

本文基于本作者上一篇論文《某越野車操縱穩(wěn)定性仿真分析》研究的四軸重型汽車結(jié)果。對穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向回正進(jìn)行分析，參數(shù)已知，操縱穩(wěn)定性分析如下：

1.1 整車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗仿真

穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向及過度轉(zhuǎn)向特性、側(cè)傾特性、最大橫向加速度、保舵力等進(jìn)行評價的試驗。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現(xiàn)。穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗的目的是測定汽車對轉(zhuǎn)向盤角輸入達(dá)到穩(wěn)定行駛狀態(tài)時汽車的穩(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，記錄整個過程。如圖1-圖5所示：

圖1 整車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真軌跡

圖2 側(cè)偏角VS側(cè)向加速度

圖3 橫擺角速度VS側(cè)向加速度

圖4 側(cè)傾角VS側(cè)向加速度

圖5 車速VS側(cè)向加速度

按國標(biāo)QC/T 480-1999穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗中對結(jié)果處理的方法，對仿真結(jié)果進(jìn)行處理，得到圖6轉(zhuǎn)彎半徑變化的仿真結(jié)果；圖7是轉(zhuǎn)彎半徑比的仿真結(jié)果；圖8是前后側(cè)偏角差的仿真結(jié)果：

圖6 轉(zhuǎn)彎半徑VS側(cè)向加速度

圖7 轉(zhuǎn)彎半徑比VS側(cè)向加速度

圖8 前后側(cè)偏角差VS側(cè)向加速度

1.2 整車轉(zhuǎn)向回正試驗仿真

轉(zhuǎn)向回正試驗是轉(zhuǎn)彎行駛中松開轉(zhuǎn)向盤時，汽車橫擺加速度等變量恢復(fù)直線行駛狀態(tài)的試驗。轉(zhuǎn)向回正試驗是表征和測定汽車自曲線回復(fù)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(wěn)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(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)定車速并開始記錄，待3s后，駕駛員突然松開轉(zhuǎn)向盤，記錄松手后4s的汽車運(yùn)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(zhuǎn)角變化曲線

圖11 側(cè)向加速度變化曲線

圖12 側(cè)傾角變化曲線

圖13 橫擺角速度變化曲線

2、整車操縱穩(wěn)定性評價方法

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 480-1999汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)限值與評價方法，對操縱穩(wěn)定性試驗方法有轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗（轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入）、轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗（轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角脈沖輸入）、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗、轉(zhuǎn)向回正試驗、轉(zhuǎn)向輕便性試驗和蛇形試驗等。以上試驗通常在正向設(shè)計全部考慮、評價，本文針對質(zhì)量改進(jìn)只對整車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗、轉(zhuǎn)向回正性試驗進(jìn)行仿真和評價。

2.1 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗評價方法

本試驗按中性轉(zhuǎn)向點的側(cè)向加速度值an、不足轉(zhuǎn)向度U、車廂傾斜度K?等三項指標(biāo)進(jìn)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(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)評價計分表

中性轉(zhuǎn)向點的側(cè)向加速度an、定義為前后橋側(cè)偏角差與側(cè)向加速度關(guān)系曲線上，斜率為零除的側(cè)向加速度值。在所試的側(cè)向加速度范圍內(nèi)，未出現(xiàn)中性轉(zhuǎn)向點時，an值用最小二乘法按無常數(shù)項的三次多項式擬合曲線進(jìn)行推算。

中性轉(zhuǎn)向點的側(cè)向加速度按式(1)計算：

式中：

Nan——中性轉(zhuǎn)向點側(cè)向加速度值的評價計分值：

an——中性轉(zhuǎn)向點側(cè)向加速度值的試驗值，m/s2

an60——中性轉(zhuǎn)向點側(cè)向加速度值的下線值，m/s2

an100——中性轉(zhuǎn)向點側(cè)向加速度值的上線值，m/s2

2.2 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗評價方法

本試驗按空開轉(zhuǎn)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(biāo)進(jìn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向回正性能試驗殘留橫擺角速度絕對值的下限值，(°)/s；

Δr100——轉(zhuǎn)向回正性能試驗殘留橫擺角速度絕對值的上限值，(°)/s；

Δr——轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向回正性能試驗殘留橫擺角速度總方差的下限值，s；

Er100——轉(zhuǎn)向回正性能試驗殘留橫擺角速度總方差的上限值，s；

Er——轉(zhuǎn)向回正性能試驗殘留橫擺角速度總方差的試驗值，s；

3、結(jié)論

依據(jù)2.1節(jié)中汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)限值與評價方法，對整車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能的評價計分如表3：

表3 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能評分

依據(jù)2.2節(jié)中汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)限值與評價方法，對轉(zhuǎn)向回正性能的評價計分如表4：

表4 轉(zhuǎn)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(jù)以上表格可以直觀得到車輛操縱穩(wěn)定性。

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

[2] 成大先主編.機(jī)械設(shè)計手冊（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,翟潤國,井緒文. 基于 ADAMS/INSIGHT 的汽車懸架定位參數(shù)優(yōu)化設(shè)計[J]. 汽車技術(shù), 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(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.063