周兵兵，楊志剛，方慧平

（陜西重型汽車有限公司 汽車工程研究院，陜西 西安 710000）

1 前言

隨著汽車保有量的逐年增加，汽車特別是重型商用車的安全性能越來越受到社會(huì)的關(guān)注，相關(guān)的行業(yè)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)（GB 7258、JT 1178）日益加嚴(yán)，對(duì)商用車安全性能提出了更為嚴(yán)苛的要求。整車的操縱穩(wěn)定性作為汽車行駛安全的主要組成部分，反應(yīng)的是汽車遵循駕駛員操縱意圖，并抵抗外界干擾保持穩(wěn)定行駛的能力[1]。優(yōu)良的整車操穩(wěn)性能是保證行車及極限運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的車輛安全的基本保證，是汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中重點(diǎn)關(guān)注的性能方向之一。

本文以某重型商用車為研究對(duì)象，通過行業(yè)主流軟件TruckSim建立其多體動(dòng)力學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上依據(jù)GB 6323試驗(yàn)方法對(duì)所建立的整車虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)、低速回正、蛇形繞樁性能仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證其是否滿足設(shè)計(jì)要求，為下一步產(chǎn)品開發(fā)工作提供理論依據(jù)。

2 TruckSim整車多體動(dòng)力學(xué)建模方法

TruckSim是專門針對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)開發(fā)的性能仿真軟件，其采用模塊化的設(shè)計(jì)理念，用戶只需在對(duì)應(yīng)的車輛子系統(tǒng)模塊中輸入已定義好的參數(shù)值，即可快速完成整車及系統(tǒng)虛擬樣機(jī)建模，大大加速和簡化了產(chǎn)品建模的步驟和效率。因此被廣泛應(yīng)用于汽車操穩(wěn)、制動(dòng)、平順及控制系統(tǒng)開發(fā)等方向。強(qiáng)大的后處理模塊，能夠直觀逼真地反映車輛實(shí)際路況表現(xiàn)，還原車輛關(guān)鍵系統(tǒng)性能，幫助設(shè)計(jì)人員快速定位開發(fā)問題，制定性能解決方案。TruckSim軟件的求解器Solver的工作流程如圖1所示[2]。

圖1 求解器Solver工作流程圖

3 整車操穩(wěn)模型建立與仿真驗(yàn)證

3.1 模型建立

按照Trucksim軟件各模塊參數(shù)定義，完成動(dòng)力系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、駕駛室、輪胎、制動(dòng)、鞍座等各子系統(tǒng)建模，整車主要性能參數(shù)見表1，建立的重型商用車多體動(dòng)力學(xué)模型見圖2。

表1 整車性能參數(shù)

圖2 整車操穩(wěn)性能仿真模型

3.2 操穩(wěn)性能仿真分析

3.2.1 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能

整車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能仿真主要考察車輛不足轉(zhuǎn)向度、車身側(cè)傾角等性能指標(biāo)。從汽車設(shè)計(jì)角度來說，車輛應(yīng)具有適當(dāng)?shù)牟蛔戕D(zhuǎn)向度。利用建立好的某重型商用車多體動(dòng)力學(xué)模型，參考GB6323整車操穩(wěn)試驗(yàn)測試方法，通過定義軟件內(nèi)部的仿真事件控制方式，完成車輛操穩(wěn)性能分析，分析結(jié)果見圖3、圖4。

從圖3可以看出，0.2g處的車輛的不足轉(zhuǎn)向度為0.05，說明車輛具有適當(dāng)?shù)牟蛔戕D(zhuǎn)向度。圖4顯示車輛側(cè)向加速度達(dá)到0.2g時(shí)，車身的側(cè)傾角為-0.7度，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 車輛不足轉(zhuǎn)向度隨側(cè)向加速度變化規(guī)律

圖4 車身側(cè)傾角隨側(cè)向加速度變化規(guī)律

3.2.2 低速回正性能

該項(xiàng)指標(biāo)主要考察車輛的低速回正特性，是對(duì)車輛動(dòng)態(tài)狀態(tài)下車輪定位參數(shù)、軸荷分布及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是否設(shè)計(jì)合理的綜合考察，是操穩(wěn)性能的關(guān)鍵考察項(xiàng)。圖5給出了從方向盤撒手3s后，車輛的橫擺角速度殘余值的變化規(guī)律。從圖中可以看出，3s后車輛的橫擺角速度值為20/s，車輛已經(jīng)基本回正且具有較小的橫擺角速度值，該項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

圖5 車輛低速回正橫擺角速度隨時(shí)間變化規(guī)律

3.2.3 蛇形繞樁性能

蛇形繞樁試驗(yàn)主要考察車輛急劇轉(zhuǎn)向能力、大側(cè)向加速度工況的抗側(cè)翻、側(cè)滑能力[3]。圖6給出了車身側(cè)傾角變化曲線。圖7給出了相應(yīng)的車輛橫擺角速度響應(yīng)值，從圖中可計(jì)算出整個(gè)蛇形繞樁仿真中車輛橫擺角速度平均峰值為9.20/s，車輛側(cè)傾角平均峰值為0.78度，該值亦滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

圖6 車身側(cè)傾角變化曲線

圖7 蛇形仿真車輛的橫擺角速度變化規(guī)律

4 結(jié)束語

本文以某重型商用車為研究對(duì)象，利用TruckSim軟件建立其多體動(dòng)力學(xué)模型，并參考GB6323操穩(wěn)性能試驗(yàn)方法進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)回正、低速回正及蛇形繞樁仿真分析。仿真結(jié)果表明，所開發(fā)的整車操穩(wěn)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)產(chǎn)品的性能集成提供了依據(jù)。