基于Adams/VC++校车操稳性仿真分析模块的开发

何 璇

（合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽 合肥 230009）

基于Adams/VC++校车操稳性仿真分析模块的开发

何 璇

He Xuan

（合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽 合肥 230009）

利用VC++6.0对Adams进行二次开发，建立校车操稳性仿真分析模块。该模块界面友好，方便易用，用户只需在界面对话框中输入有关参数后模块就能自动完成相应的功能。不仅可以实现参数化建模和操稳性仿真，还能对操稳性影响因素进行分析，给用户提供明确的优化方向。文中利用该模块对某校车进行了建模和操稳性仿真，通过分析对比找出了对该校车操稳性影响最大的因素。

VC++；Adams；二次开发；操稳性仿真；优化

0 引 言

现阶段，多体动力学仿真软件已经在汽车行业得到越来越广泛的应用，其中 MSC公司的Adams深受广大用户的青睐[1]。但其对专业知识要求较高，为此很多学者专家进行了研究，对Adams进行二次开发来简化其使用方法。2005年于国飞等在 Adams/Car的基础上二次开发了集整车动力性、制动性、操纵稳定性及平顺性于一体的自动仿真系统[2]；2010年董希状结合VC++和Adams，开发了共享底盘悬架专用分析模块[3]。文中在此基础上运用VC++对Adams进行了二次开发，建立了能快速进行整车建模、仿真分析和后期优化的校车操稳性仿真分析模块。该模块不仅可以快速建模和仿真，而且可以对影响操稳性的因素进行分析。既可以用于新品的开发，也可以对老产品进行性能分析和针对性的优化。

1 模块的开发

鉴于Adams可以执行.cmd命令文件，并且这一命令文件可以利用VC++来编写，所以将两者结合使用。

模块开发的流程如图1所示。

开发出的校车操稳性仿真分析模块有以下功能：

1）各子系统的参数化建模并装配成整车；

2）根据国家标准对整车操稳性相关试验进行仿真；

3）对操稳性影响因素进行仿真分析，使用户能快速直观地判断出哪个因素对试验车操稳性影响最大，从而进行针对性优化。

2 校车建模

应用新开发的校车操稳性仿真分析模块，对某校车进行参数化快速建模。首先根据UG三维几何模型提供的信息，在模块各子系统的对话框中输入相关参数，点击生成.cmd文件，该文件调用Adams自动建立符合参数要求的子系统。

所研究的校车主要包括带钢板弹簧的前悬架子系统、后悬架子系统、转向子系统、车身子系统、发动机和轮胎等，将这些子系统对话框分别生成.cmd命令文件并保存在同一路径中。各子系统建模完成后在模块主界面点击生成整车模型，模块会自动调用之前生成的.cmd命令文件，通过Adams将各子系统装配起来。

装配完成后的整车模型如图2所示。

3 操稳性仿真与优化

3.1 操稳性仿真

汽车操纵稳定性试验包括：稳态回转试验、转向盘角阶跃输入试验、转向盘角脉冲输入试验、转向回正性试验、转向轻便性试验以及蛇形试验。新开发的校车操稳性仿真分析模块，可以对校车进行国家规定的上述 6项试验，能够全面分析该校车的操稳性。

由于篇幅限制，仅对校车进行转向回正试验。按照 GB/T6323.4—94汽车操纵稳定性试验方法转向回正试验[4]规定，需要对汽车进行低速回正和高速回正 2项仿真试验。但是校车的质量为 8t （＞6t），根据《汽车操纵稳定性指标限值与评价方法》[5]规定总质量大于 6t的客车与货车只进行低速回正试验。

低速回正试验：汽车沿半径为（15±1）m的圆周行驶，调整车速，使侧向加速度达到 4±0.2 m/s2，固定转向盘转角，稳定车速并开始记录，待3s后，再松开转向盘并做标记，至少记录松手后4s的汽车运动过程。

仿真结果如图3～图5所示。

从仿真曲线可以看出，当在10 s时松开转向盘后，侧向加速度、横摆角速度和转向盘转角均进入一个波形振荡中，且振幅不断变小，经过3 s左右都收敛到0，说明该车由曲线行驶恢复到直线行驶的性能很好并且反应很迅速，操纵稳定性较好。

3.2 操稳性优化

影响汽车操纵稳定性的因素有很多[6]，给设计人员对汽车操稳性的优化带来了很大的困难。如何快速辨识哪个因素对汽车的操稳性影响最大成为亟需解决的问题。该模块利用VC++强大的编程功能，通过编写相关命令文件调用Adams对影响操稳性的因素进行分析。分析结果以曲线的形式直观地展现给用户，用户能快速分析哪些因素对本车的操稳性影响较大，从而做出针对性的优化，提高工作效率。

前轮外倾角和轮胎的刚度对整车操稳性有一定的影响[6]。选取这2个因素利用建立的校车操稳性仿真分析模块对其影响程度进行分析。校车的前轮外倾角是-0.5°,对比该校车在前轮外倾角分别为-0.1°、-0.5°、-1.2°这3种情况下整车侧倾角随时间的变化曲线，以此来判断该校车的前轮外倾角对整车操稳性的影响程度，以及哪种情况下整车的操稳性最优。分析结果如图6所示。

camber_ss_step对应的曲线表示外倾角数值为-0.1°的结果曲线，camber_m_step对应的曲线表示数值为-0.5°的结果曲线，camber_ll_step对应的曲线表示数值为-1.2°的结果曲线。从图6中可以看出，前轮外倾角的变化对整车操稳性的影响不太明显，不是主要影响因素。对于该车而言，适度减小前轮外倾角，可使车身侧倾角的稳态值减小，并且可以略微减小响应时间，达到提高整车操纵稳定性的目的。

同样，该校车的轮胎径向刚度为 245 600 N/mm，适当增大或减小轮胎径向刚度，为此选取3个不同的值进行对比，结果如图7所示。

vertical_stiffness_ss_step对应的曲线表示径向刚度数值为245 600 N/mm的结果曲线，vertical_stiffness_ m_step对应的曲线表示数值为285 600 N/mm的结果曲线，vertical_stiffness_ll_step对应的曲线表示数值为345 600 N/mm的结果曲线。从图7中可以看出，对于该车而言，轮胎径向刚度对整车操稳性影响较大，适度增大轮胎的径向刚度能明显减小车身侧倾角的稳态值，并且转向响应时间减少，有利于整车操稳性能的提高。

将图6、图7的结果曲线进行对比可知，针对该校车，轮胎的径向刚度相对于前轮外倾角对整车操稳性的影响更大一些，这一分析结果给用户提供了明确的优化方向。除此之外该模块还可以分析其他因素对整车操稳性的影响，用户可以分析对比各影响因素从而判断哪个因素对该车的操稳性影响最大，做到有针对性地优化。

4 结束语

在Adams/Car的基础上利用VC++二次开发了集整车参数化建模、操稳性仿真分析和优化于一体的校车操稳性仿真分析模块。利用此模块对某校车进行了多体动力学建模、操稳性试验和影响操稳性因素的分析。结果表明：该模块不仅能实现快速建模与操稳性仿真，还能分析出对试验车辆操稳性影响最大的因素。在界面对话框中更改相应参数，就能实现整车操稳性的优化。针对文中研究的校车而言，影响最大的因素为轮胎径向刚度，这一分析结果为整车操稳性的优化提供了明确的方向。

[1]孙虎. 多轴汽车仿真分析开发系统的研究[D]. 武汉：武汉理工大学，2012.

[2]于国飞，孔德文，马士泽，等. 应用Adams/Car二次开发模块研究汽车操纵稳定性[J]. 吉林大学学报（工学版），2005，35（6）：582-586.

[3]董希状，宁晓斌，张杰. 汽车共享底盘悬架仿真模块的开发与应用[J].机电工程，2010，27（10）：34-37.

[4]GB/T 6323. 4-1994，汽车操纵稳定性试验方法转向回正试验[S].

[5]QC/T 480-1999，汽车操纵稳定性指标限值与评价方法[S].

[6]马涛锋，薛念文，李仲兴，等. 对汽车操纵稳定性的影响因素分析及对操稳性的研究评价[J].机械设计与制造，2005（4）：122-123.

[7]张杰，孙虎，杨波，等. 基于VC++和Adams/Car的汽车制动性能仿真分析系统[J].机械设计与制造，2012（4）：65-67.

U461.6：TP391.9

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2015.01.002

1002-4581（2015）01-0006-03

2014−06−10