基于Adams/Car的汽车操纵稳定性仿真分析

程海涛，蒲丹丹

（重庆交通大学交通运输学院，重庆 400074）

测试试验

基于Adams/Car的汽车操纵稳定性仿真分析

程海涛，蒲丹丹

（重庆交通大学交通运输学院，重庆 400074）

操纵稳定性优劣对评价一款车型性能好坏具有重要影响，而稳态回转试验在评价操纵稳定性方面具有作用。本文针对市场上较热门的某款车型进行操纵稳定性验证分析，首先运用MSC.ADAMS/Car软件建立了该车型多体动力学模型，并进行稳态回转仿真试验分析，得到了车辆的稳态响应性能，最后验证该车的操纵稳定性。

MSC.ADAMS/Car；稳态回转；仿真；操纵稳定性

CLC NO.: U461.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

引言

汽车操纵稳定性，是指在驾驶员不感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽车能按照驾驶员通过转向系及转向车轮给定的方向（直线或转弯）行驶；且当受到外界干扰（路不平、侧风、货物或乘客偏载）时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的性能。汽车操纵稳定性是汽车的重要使用性能，其优劣不仅影响汽车驾驶的操纵方便程度，还决定着高速汽车的安全行驶。世界上许多国家都已经把汽车操稳性的好坏作为汽车研发、生产和销售的重要依据。本文运用稳态回转试验来验证某款汽车的操纵稳定性。

1、整车模型建立

Adams/Car建模的顺序为模板-子系统-总成。为了提高虚拟样车的建模速度及精度，将整车分解成以下五个子系统：前悬架、后悬架、转向系统、轮胎以及车身系统。首先进行整车数据收集，主要通过整车测量和网上搜集相结合得到；然后通过数据按照建模顺序依次建立模板、子系统，最终将各个系统组装成整车模型[1-3]。

2、仿真试验方法

QC/T480-1999中明确规定，稳态回转试验不合格的车辆，其操纵稳定性不合格。可见稳态回转试验[4]在评价汽车操纵稳定性中具有重要作用，稳态回转试验主要有两种方法：固定方向盘转角和定转弯半径，我国国标一般用的是固定方向盘转角的方法，本文是运用定转弯半径方法来验证该车的操纵稳定性。

一般汽车都要求具有不足转向特性，这是因为理论分析指出：拥有过多转向的汽车，在车速接近临街速度Vcr时，即使转向收到轻微干扰，也会发生失稳现象。

仿真试验条件：仿真条件20m，最小和最大速度分别为10km/h和120km/h，引道为直线。

3、仿真结果

通过Adams/Car软件对该车型进行稳态回转仿真试验，记录仿真结果，仿真结果以曲线形式表示，包括：稳态回转运动轨迹、侧向加速度与时间关系曲线、横摆角速度与时间关系曲线、侧倾角度随时间变化曲线、方向盘转角与时间关系、侧倾角与侧向加速度关系曲线、前后轴侧偏角之差与侧向加速度关系曲线。

由图3可知，车辆以一稳定速度直线行驶10米后，缓慢进入弯道行驶，侧向加速度较低，当达到稳定圆周运动后固定方向盘转角不变，开始以0.25 m/s2的纵向加速度缓慢地加速，当侧向加速度到达6.5m/s2后结束试验；由图4可知，车辆横摆角速度随车速增加而不断增加，且变化趋势与侧向加速度保持一致；

由图5可知，在开始阶段由于车辆运行速度较低，侧向加速度较小，车身侧倾角较小，随着车速与侧向加速度的不断增大，车身侧倾角慢慢变大，但总的变化幅度较小，最大侧倾角只有2.2°；由图6可知随着车速增加，转向盘角度不断增大，说明该车具有明显的不足转向特性。

4、整车稳态回转积分评价

根据国标，汽车稳态回转性能按不足转向度U、中性转向点的侧向加速度an和车身侧倾度K等3项指标进行评价计分[6]。

（1）中性转向点的侧向加速度值an，是指前、后桥侧偏角之差与侧向加速度关系曲线上，斜率为零处的侧向加速度值。若在所测的侧向加速度值范围内未出现中性转向点时，an的值通常用最小二乘法按无常数项的三次多项式拟合曲线进行推算。求得an=6.2m/s2。

中性转向点的侧向加速度值an的评分值：

式中：an60—中性转向点的侧向加速度下限值，取5.00 m/s2。

an100—中性转向点的侧向加速度上限值，取9.80 m/s2。an—中性转向点的侧向加速度的试验值为6.2m/s2。

（2）不足转向度U，是指前、后桥侧偏角差值与侧向加速度关系曲线上侧向加速度值为2m/s2处的平均斜率（即用2m/s2处的纵坐标值除以横坐标值得到）。求得U=侧偏角差值/侧向加速度=0.73°/(m/s2)。

不足转向度 U 的评分值：

式中：U60—为不足转向度下限值，取1.00°/(m/s2)。

U100—为不足转向度上限值，取0.40°/(m/s2)。

U—不足转向度的试验值为0.73°/(m/s2)。

（3）车厢侧倾度K∅，是指车厢侧倾角与侧向加速度关系曲线上侧向加速度值为2m/s2处的平均斜率（即用2m/s2处的纵坐标值除以横坐标值得到）。求得K∅=侧倾角/侧向加速度=0.33°/(m/s2)。

N∅大于100分，按100分计。

式中：K∅60—车厢侧倾度的下限值，取1.20°/(m/s2)。

K∅100—车厢侧倾度的上限值，取0.70°/(m/s2)。

K∅—车厢侧倾度的试验值为0.33°/(m/s2)。

（5）稳态回转特性仿真试验的综合评价计分值：

综上可得，样车满载时的稳态回转综合评价计分值为86.6分，具有良好的不足转向。

5、结束语

在样车开发阶段利用虚拟样机技术不仅可以缩短开发周期，还能节约大量人力财力。本文运用Adams/Car软件根据市场上较热门的某款车型建立整车模型，按照稳态回转国标要求进行仿真试验，记录仿真结果，通过评价计分得到该轿车具有较好的不足转向特性，可从一定程度上说明该车具有良好的操纵稳定性。但由于本文仅仅运用了稳态回转试验验证该车型的操纵稳定性，具有一定的局限性，但稳态回转试验是验证操纵稳定性的一种重要的方法，同时也具有一定的参考意义。

[1] 宋传学,蔡章林.基于ADAMS/CAR的双横臂独立悬架建模与仿真[J].吉林大学学报∶(工学版),2004,34(4)∶554-558.

[2] 蔡章林.于ADAMS/Car的双横臂独立悬架建模与仿真.吉林大学学报(工学版).2004.4.

[3] 陈军.MSC.ADAMS 技术与工程分析实例.北京∶中国水利水电出版社.2008.

[4] 国家技术监管局.GB/T 6323-2014稳定性试验方法∶稳态回转试验[S].北京∶国家技术监管局,2014.

[6] 国家技术监管局QC/T480-1999汽车操纵稳定性限值与评价方法[S]北京.国家技术监管局,1994.

Simulation of Vehicle Handling Stability Based on Adams/car

Cheng Haitao, Pu Dandan
（Transportation Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074）

The evaluation Handling and stability has a significant impact on evaluating a vehicle model, but steady rotation trials have played a great role on evaluating steering stability.In order to solve the problem of handling and stability about popular vehicle model, the article uses MSC.ADAMS/car software to establish a multi-body dynamics model of the vehicle. We obtain steady-state response performance of the vehicle through the Steady-state simulation of rotary. Finally, the car's handling and stability is verified.

MSC. ADAMS/car; Steady rotation; simulation; handling and stability

U461.6

A

1671-7988(2015)03--

程海涛，在读研究生，就读于重庆交通大学交通运输学院，研究方向交通与车辆安全。