基于ADAMS平台的稳态回转性能仿真分析及优化设计

江腾飞，方亮，彭曼娜

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于ADAMS平台的稳态回转性能仿真分析及优化设计

江腾飞，方亮，彭曼娜

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

随着经济的发展，人们对商用车操控稳定性能要求也逐步提高，稳态回转是操纵稳定性的重要评价指标，文章利用ADAMS软件，以某中型卡车为例，建立整车动力学分析模型，对整车稳态回转性能进行仿真分析，并根据分析结果进行优化设计，提升整车操纵性能。

ADAMS；稳态回转；板簧刚度

CLC NO.:U461.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-23-04

1、背景及意义

当今世界汽车工业迅猛发展，汽车已成为人们日常生活和生产中不可或缺的重要交通工具。而随着汽车的普及，人们对汽车操纵性能等要求也越来越高，对于这些要求，只有通过对汽车系统动力学的深入研究才能实现。

本文通过对某中型卡车的稳态回转性能进行动力学仿真分析，与试验结果进行对比，并对分析结果进行优化，根据优化结果给设计提供参考，减短产品开发周期。

2、基于ADAMS/Car的整车模型的建立

ADAMS/Car的建模顺序是自下而上的，所有的整车模型都是建立在子系统基础之上，而子系统又是建立在模板的基础上，根据零部件间的运动学关系，定义零部件的拓扑结构，对零部件进行重新组合，将没有相对运动关系的零部件组合为一体，确定重新组合后零件间的连接关系和接地点的位置，主要模块包括前悬架模型、转向系统模型、后悬架模型、轮胎 模型、车身模型、动力总成模型等。在标准模式下将上述所建各子系统模型与整车测试平台装配在一起，得到整车操纵稳定性动力学仿真模型，车辆结构及主要参数如表1所示，作为整车建模的参考。

表1 整车部分设计参数

3、整车稳态回转性能仿真分析

3.1 稳态回转概念

稳态回转特性是表征汽车操纵稳定性的一个重要的时域响应，汽车的稳态转向特性分为三种类型：不足转向、中性转向和过多转向。

3.2 稳态回转评价方法

汽车的操纵稳定性由于受研究目的、驾驶任务、人为感觉及环境条件等多种因素影响，使其研究和评价错综复杂。现阶段主要根据GB/T6323和QC/T480来进行汽车操纵稳定性的试验和评价。

3.3 稳态回转仿真

3.3.1 稳态回转试验方法

根据国标GB/T-6323.6规定：汽车处于满载状态，以最低稳定车速沿半径15m的圆周行驶，达到稳定后固定转向盘不动，缓缓连续而均匀地加速（纵向加速度不超过0.25m/s2），直至汽车的侧向加速度达到4.5m/s2为止。记录整个过程。

3.3.2 仿真过程图1为稳态回转仿真过程中车辆行驶轨迹，半径为15m。图2为车速与侧向加速度的关系曲线，侧向加速度达到4.5m/s2时，停止数据记录。

图1 稳态回转仿真轨迹

图2 车速VS侧向加速度

3.3.2.1 数据处理

转弯半径比Ri/R0与侧向加速度ay关系曲线

Ri=Vi/riayi==Vi·rii=1,2,3,4……n

式中：Vi—第i点前进车速，m/s

ri—第i点横摆角速度，rad/s

Ri—第i点转弯半径，m

ayi—第i点侧向加速度，m/s2

进而算出各点的转弯半径比（Ri/R0）（R0为初始半径，m）。根据仿真结果，绘制（Ri/R0）—ay曲线，如图3所示：

图3 转弯半径比VS侧向加速度

汽车前后侧偏角差值（δ1—δ2）与侧向加速度ay关系曲线

式中：δ1，δ2—前后轴侧偏角（°）

根据仿真结果绘制（δ1—δ2）—ay曲线，如图4；根据记录的车厢侧倾角整理出Ф—ay关系曲线，如图5；

图4 前后侧偏角差VS侧向加速度

图5 侧倾角VS侧向加速度

根据GB/T 13047的要求，找出中心转向点的侧向加速度an，不足转向度U及车厢侧倾度KФ三个参数。图3、4、5曲线中ay＜0.5 m/s2的数据为无效数据，仿真结果仅保留ay≥0.5 m/s2部分。

3.3.2.2 仿真评价

依据QC/T 480-1999汽车操纵稳定性指标限值与评价方法，由仿真分析结果得出整车稳态回转性能的评价计分如表2所示,整车稳态回转性能试验评价计分如表3所示：

表2 整车稳态回转性能仿真评价计分

表3 整车稳态回转性能试验评价计分

3.4 小结

根据GB/T6323和QC/T480对该车进行了稳态回转仿真分析及评价，由稳态回转仿真结果可以看出该车具有不足转向性能，稳态回转性能基本达到要求，且与试验数据相近，说明该动力学模型具有很好的精度，仿真方法可行，可在此基础上优化进一步提升稳态回转性能。

4、整车稳态回转性能优化

影响汽车稳态回转性能的因素有很多，本文主要选取一些实际可修改的因素，如前后悬架钢板弹簧刚度、主销后倾角，对稳态回转性能进行优化。

4.1 板簧刚度的影响分析

表4为车辆前后板簧刚度原始数据及加大减小后数据。

表4 板簧刚度

4.1.1 前板簧刚度的影响分析

对前板簧刚度加大、减小方案，分别进行稳态回转仿真，仿真过程中车辆行驶轨迹半径为15m，轨迹如图6所示，根据记录的车厢侧倾角整理出Ф—ay关系曲线，如图7所示，仿真结果如表5所示：

图6 稳态回转仿真轨迹

图7 侧倾角VS侧向加速度

表5 仿真结果

由上表可以看出，加大前板簧刚度，能提高整车的不足转向性能，并且使车厢侧倾度减小，即加大前板簧刚度能提高整车稳态回转性能。

4.1.2 后板簧刚度的影响分析

对后板簧主簧和复合刚度加大、减少方案，分别进行稳态回转仿真，仿真过程中车辆行驶轨迹半径为15m，轨迹如图8所示，根据记录的车厢侧倾角整理出Ф—ay关系曲线，如图9所示，仿真结果如表6所示：

改变后板簧刚度仿真对比：

红色曲线：原板簧刚度

蓝色曲线：后板簧刚度加大

粉色曲线：后板簧刚度减小

图8 稳态回转仿真轨迹

图9 侧倾角VS侧向加速

表6 仿真结果

由上表可以看出，加大后簧刚度能减小车厢侧倾度，对整车的不足转向性能影响小，即加大后板簧刚度能提高整车稳态回转性能。

4.2 主销后倾角的影响分析

对主销后倾角由2°加大到3°，或对主销后倾角由2°减小1°，分别进行稳态回转仿真，仿真过程中车辆行驶轨迹半径为15m，轨迹如图12所示，根据记录的车厢侧倾角整理出Ф—ay关系曲线，如图13所示，仿真结果如表7所示：

改变主销后倾角仿真对比：

红色曲线：原主销后倾角 2°

蓝色曲线：主销后倾角加大至3°

粉色曲线：主销后倾角减小至1°

图12 稳态回转仿真轨迹

图13 侧倾角VS侧向加速度

表7 仿真结果

由上表可以看出，主销后倾角加大或减小，不足转向度和车厢侧倾度变化较少，因此，改变主销后倾角对整车稳态回转性能几乎无影响。

4.3 各影响因素仿真结果对比分析

通过对前板簧刚度、后板簧刚度、主销后倾角等参数的调整，可以提升转向稳态回转性能，稳态 回转仿真评分详细对比结果如图14所示：

图14 稳态回转各影响因素仿真结果对比

4.4 小结

通过对各影响因素分析后可知，加大前板簧刚度、加大后板簧刚度都能使稳态回转性能提高，主销后倾角对稳态回转性能的影响可以忽略不计。

5、总结

本文根据多体动力学的基本理论和研究方法，利用ADAMS/Car模块建立了该车的多体动力学模型，并根据国标的相关要求，对整车进行了整车稳态回转性能进行仿真分析，同时对整车稳态回转性能进行优化设计。全文总结如下：

1）对整车进行稳态回转仿真，仿真结果显示，该车稳态回转性能较好；

2）根据仿真结果，对影响稳态回转的因素进行分析，提出优化方案。仿真结果表明：加大前板簧刚度、加大后板簧刚度都能使稳态回转性能提高，主销后倾角对稳态回转性能的影响可以忽略，但有些因素会影响到平顺性，需要综合考虑稳态回转性能和平顺性能再确定具体的变化的范围。

[1] 余志生.汽车理论:第四版.北京:机械工业出版社.2006.6.130-131, 141-151.

[2] 尹汉琪,黄秀玲,唐丽亚,沈黎明.基于ADMAS的汽车操纵稳定性仿真分析.机械制造53卷第606期. 2015.

[3] 长春汽车研究所.QC/T 480. 汽车操纵稳定性指标限值与评价方法. 北京.中国标准出版社.1999.

[4] 全国汽车标准化技术委员会. GB/T 6323.汽车操纵稳定性试验方法稳态回转试验. 北京.中国标准出版社.2014.

Simulation Analysis and Optimum Design of Steady State Rotation Based on ADAMS

Jiang Tengfei, Fang Liang, Peng Manna
( Anhui Jianghuai Automobile Group Co. Ltd, Anhui Hefei 230601 )

With the development of the economy, people also improve their demand to Commercial vehicle control stability step by step, the steady state of rotary steering stability is an important evaluation index, this paper, by using the ADAMS software, taking a Medium-sized truck as an example, the vehicle multi-body system dynamics model is established and dynamics simulation analysis was carried out on the vehicle steady turning performance, according to the result of analysis and optimization design, improve vehicle handling performance.

ADAMS; Steady state rotational performance; Plate spring stiffness

U461.6

A

1671-7988 (2017)08-23-04

江腾飞，项目管理部，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.008