客车操稳性模拟计算软件开发

焦渊，吴晨，胡新

（长安大学，陕西 西安 710064）

客车操稳性模拟计算软件开发

焦渊，吴晨，胡新

（长安大学，陕西 西安 710064）

客车操纵稳定性的研究对于旅客运输安全性、舒适性有重要意义。本文利用VC++平台开发了客车操纵稳定性模拟计算软件，并以某中型客车为例，对该软件的可行性进行了研究。

操纵稳定性；三自由度模型；VC++软件开发

CLC NO.:U461.6Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)08-35-03

引言

高速公路的发展使得汽车交通安全问题日益成为一个社会性问题。而客车作为高速客运的重要工具，其运行品质的好坏直接影响到人的生命安全，因此解决客车乘坐安全性、舒适性紧密相关的操纵稳定性能问题，尤其是针对国产客车的研究，就显得尤为重要。

本文拟对客车进行动力学分析，建立三自由度模型，并采用VC++语言编制相应的操稳性模拟计算软件。该软件根据输入的客车参数以及车速，求解相应操稳性数据和特性曲线，由输出的数据以及曲线对客车进行评价。并以ZK6100H客车为例，对软件系统功能进行验证。

1、操稳性计算软件设计

1.1 建模

操稳性数学模型主要有简化的二自由度模型及线性三自由度模型。线性三自由度模型相对于简化二自由度模型而言，考虑了变形转向、侧倾转向、悬挂质量的影响，其结论与实际较为一致[8]。

线性三自由度模型建立在以下假设基础上：

（1）线性假设。即整车在低侧向角速度工况下行驶，车辆与轮胎特性比较接近线性，近似认为在一个车轴的内、外侧车轮上发生的侧偏特性变化基本可以相互抵消；

（2）沿车身方向的速度保持不变；

（3）忽略空气动力的影响；

（4）在一个车轴上车轮总的侧偏特性不受车轮上载荷转

移的影响。

依据图1、2建立三自由度模型。

经过推导，可得三自由度模型运动微分方程为：

三自由度瞬态响应包括：在前轮角阶跃输入下，客车在某一车速下的横摆角速度响应、质心侧偏角响应、车身相对侧倾角响应及车身相对侧倾角速度响应。

其中，用稳态横摆角速度增益来评价稳态响应：

用rω 、β、φ.和φ 的时间历程来评价瞬态响应，利用改进欧拉法来求解。

1.2 改进欧拉法

欧拉(Euler)算法是数值求解中最基本、最简单的方法。微分方程的本质特征是方程中含有导数项，数值解法的第一步就是设法消除其导数值，这个过程称为离散化。实现离散化的基本途径是用向前差商来近似代替导数，这就是欧拉算法实现的依据。

改进欧拉法，先用欧拉法求得一个初步的近似值，称为预报值，然后用它替代梯形法右端yi+1的再直接计算fi+1，得到校正值，这样建立的预报—校正系统称为改进的欧拉格式：

采用改进欧拉算法进行VC++编程。程序如下：

2、软件介绍

本客车操稳性模拟计算软件软件主要用于：在前轮转向角为阶跃输入的条件下，用户输入客车的相应参数后，在对话框中输出客车操纵稳定性的评价参数以及图像，进而对客车的操纵稳定性进行评价。

输入参数包括：整车质量，前轮转角，悬挂质量，侧倾力臂，车速，前轮侧倾转向系数，后轮侧倾转向系数，质心距前轴距离，质心距后轴距离，前轮侧偏刚度，后轮侧偏刚度，对X 轴转动惯量，对Z 轴转动惯量，对XZ 轴惯性积，前回正力矩刚度，后回正力矩刚度，前悬架侧倾角刚度，后

悬架侧倾角刚度，前悬架侧倾角阻尼，后悬架侧倾角阻尼。

参数输入界面如图3所示：

3、软件系统的功能验证

取一例客车的主要参数如图4所示：

参数输入后，运行软件计算所得曲线分别如图5、图6、图7、图8所示：

上述结果可知，从图5为客横摆角速度响应，ZK6100H在转向盘角阶跃输入下经过0.7s左右达到波动峰值，在经过大约2.5s后达到稳定状态。

图6为质心侧偏角响应，可知，汽车在转向盘角阶跃输入下，客车质心向相反的方向发生偏移，在1s左右达到最大偏移量，2s之后逐渐稳定在某一值。

图7为客车质心侧倾角速度响应，客车质心侧倾角速度在0.7s内达到极大值，之后迅速减小，之后又最大，出现波动衰减，最后当客车达到稳态响应时，质心侧倾角速度最后均趋近0。因为此时汽车做等速圆周运动了。

图8为相对质心侧倾角响应，客车在转向盘角阶跃输入下，客车悬架上下质量发生相对运动产生侧倾角，且侧倾角随时间逐渐增大，时间在2.5s左右之后逐渐达到某一稳定值。

4、结论

所编译的客车操纵稳定性计算软件也不是很完善，但还是能解决一般的问题，从而提高计算效率。ZK6100H操稳性的验证表明，本软件的功能达到了设计的要求。

本软件系统还存在一些不足，该软件只对客车进行了三自由度的分析，对客车的动力分析还不是有很深的了解，有待于进一步研究。

[1] 张洪欣.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，2000:120-172.

[2] 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社,2009:130-201.

[3] 魏朗,陈涛.VC++程序设计攻略教程[M].西安：电子科大出版社,2004:1-224.

[4] 郭孔辉.汽车操纵动力学 [M].吉林：吉林科学技术出版社，1991:295-332.

[5] 孙鑫 余安萍. VC++深入详解[M].北京：电子工业出版社, 2006.6.

[6] 小林明.汽车工程手册(第二分册)(日)[M]. 北京：机械工业出版社.2008:1503.5372.

[7] 杨英.大客车操纵稳定性动力学模型研究[学位论文]长安大学，2002.

[8] 王锋，孙永将，基于线性三自由度模型的操稳研究[J].轻型汽车技术2013：285-286.

The software development for simulation of vehicle handling and stability

Jiao Yuan, Wu Chen, HuXin
（Chang'an University, Shaanxi Xi’an 710064）

The study of vehicle handling and stability has a great significance of transport safety and comfort .This article takes use of the VC++ as a platform to develop the vehicle handling and stability of the simulation system software. Taking a medium-sized passenger car for instance, validated the feasibility of the software.

handling and stability；three degrees of freedom model；VC++ software development

U461.6

A

1671-7988(2014)08-35-03

焦渊，就读于长安大学汽车学院。