楊銀輝，靳昕，韓尚尚

基于橫向穩(wěn)定桿的汽車操縱穩(wěn)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(wěn)定桿在整車的功能，分析車輛安裝橫向穩(wěn)定桿和不安裝橫向穩(wěn)定桿兩個(gè)狀態(tài)，研究了橫向穩(wěn)定桿對(duì)車輛操穩(wěn)性能的影響，進(jìn)一步在Trucksim軟件中建立虛擬整車和駕駛員模型，模擬穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)和蛇形試驗(yàn)工況，并結(jié)合試驗(yàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)分，對(duì)比分析結(jié)果表明，安裝橫向穩(wěn)定桿的車輛對(duì)不足轉(zhuǎn)向和車輛側(cè)傾度性能影響較大，對(duì)轉(zhuǎn)向性能影響較小。

橫向穩(wěn)定桿；操縱穩(wěn)定性；虛擬仿真；Trucksim

1 引言

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

2 懸架側(cè)傾角剛度對(duì)左右側(cè)車輪垂直載荷影響

通常為了使汽車行駛平順性好，一般會(huì)減小懸架垂直剛度，但這會(huì)使懸架側(cè)傾剛度較小，車輛轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生較大側(cè)傾角，進(jìn)而會(huì)對(duì)操穩(wěn)性能產(chǎn)生不良影響。為解決這一矛盾，在懸架系統(tǒng)加裝橫向穩(wěn)定桿以增加整車側(cè)傾角剛度[2]。整車側(cè)傾角剛度為前后懸架側(cè)傾角剛度的總和，側(cè)傾角剛度的大小及其在前、后輪的分配，對(duì)車輛側(cè)傾角的大小及車輛穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性有一定影響。懸架系統(tǒng)總側(cè)傾剛度按式1進(jìn)行。

式中：1-彈簧垂直剛度；2-橫向穩(wěn)定桿剛度；-輪距；-懸架總側(cè)傾剛度。

車輛側(cè)傾時(shí)的左右輪垂直載荷的再分配，可簡(jiǎn)化為圖1所示的模型。結(jié)合力矩平衡原理，聯(lián)立公式2～公式6可知懸架產(chǎn)生的側(cè)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(jìn)而影響輪胎側(cè)偏剛度大小。

圖1 側(cè)傾時(shí)左右輪垂直載荷再分配簡(jiǎn)化模型

式中：

T-懸架作用于車廂的恢復(fù)力矩；

-側(cè)傾角；

a-質(zhì)心距前軸或后軸距離；

L-前后軸軸距；

H-簧載質(zhì)量質(zhì)心離地面高度；

h1-前或者后側(cè)傾中心離地面高度；

F-作用于質(zhì)心位置的向心力；

F-前、后非簧載質(zhì)量產(chǎn)生的向心力；

?W、?W-左、右輪胎垂直反力的變動(dòng)量；

F、F-靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)左、右車輪的地面垂直反力；

F總、F-側(cè)傾后左、右車輪的地面垂直反力。

3 操縱穩(wěn)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(wěn)定桿對(duì)操穩(wěn)的影響，采用面向特性的參數(shù)化的仿真軟件Trucksim軟件，對(duì)某6×4牽引車和三軸集裝箱半掛車組成的汽車列車進(jìn)行建模并進(jìn)行仿真[3]。建模內(nèi)容主要包括：主車和半掛車建模（轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)量參數(shù)及尺寸參數(shù)）、懸架系統(tǒng)建模、制動(dòng)系統(tǒng)建模、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)分析

穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)主要檢測(cè)汽車方向盤(pán)轉(zhuǎn)角輸入達(dá)到穩(wěn)定行駛狀態(tài)時(shí)汽車的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。按GB/T 6323-2014《汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》[4]，對(duì)搭建完成的Trucksim模型進(jìn)行仿真分析。采用定方向盤(pán)轉(zhuǎn)角連續(xù)加速法，汽車以最小穩(wěn)定車速在半徑15m的圓周上行駛，待穩(wěn)定后再加速，至側(cè)向加速度受發(fā)動(dòng)機(jī)功率限制達(dá)到最大側(cè)向加速度為止，結(jié)果如表1。經(jīng)過(guò)對(duì)比仿真，穩(wěn)定桿對(duì)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能影響較大。

表1 無(wú)穩(wěn)定桿和有穩(wěn)定桿時(shí)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真試驗(yàn)對(duì)比

3.3 蛇形試驗(yàn)分析

蛇形試驗(yàn)主要檢測(cè)車輛轉(zhuǎn)彎靈活性。在標(biāo)樁間距50m，道路總長(zhǎng)350m的虛擬路面進(jìn)行蛇形試驗(yàn)仿真，依次完成50km/h、60km/h、70km/h、80km/h的虛擬仿真試驗(yàn)，記錄轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角、橫擺角速度、車廂側(cè)傾角、側(cè)向加速度及側(cè)向位移時(shí)間歷程曲線，無(wú)穩(wěn)定桿和有穩(wěn)定桿的對(duì)比分析結(jié)果如表2。由分析結(jié)果可知，穩(wěn)定桿在蛇形試驗(yàn)工況對(duì)車輛操穩(wěn)性能影響較小，具體見(jiàn)圖3、圖4、圖5。

表2 無(wú)穩(wěn)定桿和有穩(wěn)定桿時(shí)蛇形試驗(yàn)對(duì)比

圖4 無(wú)穩(wěn)定桿和有穩(wěn)定桿時(shí)橫擺角速度隨車速的變化

圖5 無(wú)穩(wěn)定桿和有穩(wěn)定桿時(shí)牽引車側(cè)傾度隨車速的變化

3.4 結(jié)果評(píng)價(jià)

表3 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)和蛇形試驗(yàn)評(píng)分表

根據(jù)QC/T 480-1999《汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)限值與評(píng)價(jià)方法》對(duì)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)和蛇形工況進(jìn)行打分評(píng)價(jià)[5]，評(píng)價(jià)結(jié)果如表3。從對(duì)比分析結(jié)果可知，加裝穩(wěn)定桿的車輛操穩(wěn)性能好于無(wú)穩(wěn)定桿的車輛。

4 結(jié)論

安裝橫向穩(wěn)定桿的車輛在不影響整車平順性同時(shí)可改善懸架系統(tǒng)側(cè)傾剛度，本文基于對(duì)橫向穩(wěn)定桿功能的分析，從安裝橫向穩(wěn)定桿和未安裝橫向穩(wěn)定桿兩個(gè)方面，分析橫向穩(wěn)定桿對(duì)車輛操穩(wěn)性能的影響，進(jìn)一步在Trucksim軟件中建立虛擬整車模型，重點(diǎn)分析了穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)和蛇形試驗(yàn)兩個(gè)工況，仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，安裝橫向穩(wěn)定桿的車輛對(duì)不足轉(zhuǎn)向和車輛側(cè)傾度兩個(gè)操穩(wěn)性能影響較大，對(duì)轉(zhuǎn)向靈活性影響較小。

[1] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

[2] 孫亞軍,郭福祥.某輕型客車橫向穩(wěn)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(wěn)性改進(jìn)仿真研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2016.

[4] GB/T 6323-2014,汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法[S].

[5] 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].

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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楊銀輝，就職于陜西重型汽車有限公司。