某越野车操纵稳定性仿真结果评价

朱利超，赵曼

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某越野车操纵稳定性仿真结果评价

朱利超，赵曼

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

操纵稳定性是车辆最重要的性能之一，尤其对于特种车辆，由于特殊的用途使得对其操纵稳定性的要求提高。多轴车辆伴随底盘轴数的增加，在行驶时转向失真较严重，容易引发交通事故，具有特殊的转向特性。目前，多轴转向技术的理论还不成熟，对于多轴转向车辆的研究还处于初级阶段。本文利用动力学仿真软件建立了某多轴转向特种车辆的多体动力学模型。对虚拟样车进行了转向回正性能、稳态回转性能等进行模拟分析，并根据标准对结果进行评价。

操纵稳定性；平衡悬架；四轴；多体动力学

CLC NO.:U461.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-186-03

前言

随着汽车技术水平的不断进步，越野车使用环境的多样化、复杂化程度也在不断加重，因此对越野车机动性的要求也在不断提高。同时用户对汽车安全性、行驶平顺性、操纵稳定性、乘坐舒适性的要求也越来越高。操纵稳定性是评价汽车的关键指标之一，但以往测试操纵稳定性，需要经过多轮样车试制，反复的道路试验和整车性能试验。不仅花费大量人力、物理，设计周期长，而且有些试验非常危险难以进行。随着虚拟样机技术发展，从整车匹配到子系统开大都大量运用了数字虚拟化设计。对汽车来说，动态性能更为重要，这样利用数字样机对汽车操纵稳定性和平顺性进行计算机仿真愈发重要。本文研究对象是带平衡轴悬架的四轴重型商用车，第一轴悬架和第二轴悬架均采用叶片式钢板弹簧的非独立悬架，第三轴和第四轴共同采用平衡轴悬架，平衡轴悬架共用一根钢板弹簧。根据现有参数，建立ADAMS模型，并进行操纵稳定性试验仿真，根据仿真结果，以及国标的评价方法，对结果进行评分。评价本文研究车辆操纵稳定性优劣。

1、基于ADAMS的模型分析操纵稳定性

本文基于本作者上一篇论文《某越野车操纵稳定性仿真分析》研究的四轴重型汽车结果。对稳态回转和转向回正进行分析，参数已知，操纵稳定性分析如下：

1.1 整车稳态回转试验仿真

稳态回转试验是改变横向加速度，以一定车速在固定半径的圆弧上行驶，从而对汽车的不足转向及过度转向特性、侧倾特性、最大横向加速度、保舵力等进行评价的试验。改变横向加速度可采用定半径法、定转向盘转角连续加速法及定车速法实现。稳态回转试验的目的是测定汽车对转向盘角输入达到稳定行驶状态时汽车的稳态横摆响应。仿真采用定方向盘转角连续加速法。驾驶员操纵汽车以最低稳定速度沿半径为15m的圆周行驶，待稳定后，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6.5m/s2（或受发动机功率限制而所能达到的最大侧向加速度、或汽车出现不稳定状态）为止，记录整个过程。如图1-图5所示：

图1 整车稳态回转仿真轨迹

图2 侧偏角VS侧向加速度

图3 横摆角速度VS侧向加速度

图4 侧倾角VS侧向加速度

图5 车速VS侧向加速度

按国标QC/T 480-1999稳态回转试验中对结果处理的方法，对仿真结果进行处理，得到图6转弯半径变化的仿真结果；图7是转弯半径比的仿真结果；图8是前后侧偏角差的仿真结果：

图6 转弯半径VS侧向加速度

图7 转弯半径比VS侧向加速度

图8 前后侧偏角差VS侧向加速度

1.2 整车转向回正试验仿真

转向回正试验是转弯行驶中松开转向盘时，汽车横摆加速度等变量恢复直线行驶状态的试验。转向回正试验是表征和测定汽车自曲线回复到直线行驶的过渡过程，是测定自由操纵力输入的基本性能试验，回正能力是汽车操纵稳定性的一个重要方面。低速回正试验是使汽车沿半径为15±1m的圆周行驶，调整车速，使侧向加速度达到0.4g,固定转向盘转角，稳定车速并开始记录，待3s后，驾驶员突然松开转向盘，记录松手后4s的汽车运动过程。如图9-图13所示：

图9 低速回正仿真行驶轨迹

图10 方向盘转角变化曲线

图11 侧向加速度变化曲线

图12 侧倾角变化曲线

图13 横摆角速度变化曲线

2、整车操纵稳定性评价方法

根据标准QC/T 480-1999汽车操纵稳定性指标限值与评价方法，对操纵稳定性试验方法有转向瞬态响应试验（转向盘转角阶跃输入）、转向瞬态响应试验（转向盘转角脉冲输入）、稳态回转试验、转向回正试验、转向轻便性试验和蛇形试验等。以上试验通常在正向设计全部考虑、评价，本文针对质量改进只对整车稳态回转试验、转向回正性试验进行仿真和评价。

2.1 稳态回转试验评价方法

本试验按中性转向点的侧向加速度值an、不足转向度U、车厢倾斜度Kø等三项指标进行评价计分。an、U、Kø下限值an60、U60、Kø60和上限值an100、U100、Kø100如表1所示：

表1 稳态回转评价计分表

中性转向点的侧向加速度an、定义为前后桥侧偏角差与侧向加速度关系曲线上，斜率为零除的侧向加速度值。在所试的侧向加速度范围内，未出现中性转向点时，an值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。

中性转向点的侧向加速度按式(1)计算：

式中：

Nan——中性转向点侧向加速度值的评价计分值：

an——中性转向点侧向加速度值的试验值，m/s2

an60——中性转向点侧向加速度值的下线值，m/s2

an100——中性转向点侧向加速度值的上线值，m/s2

2.2 稳态回转试验评价方法

本试验按空开转向盘（方向盘）3s时残留横摆角速度绝对值Δr及横摆角速度总方差Er两项指标进行评价计分，Δ r及Er测下限值Δr60、Er60与上限值Δr100、Er100见表2所示：

表2 转向回正评价计分表

低速回正性试验与高速回正性试验的残留横摆角速度绝对值Δr的平均计分值，按式(2)计算：

式中：NΔr——转向回正性能试验残留横摆角速度绝对值的评价计分值；

Δr60——转向回正性能试验残留横摆角速度绝对值的下限值，(°)/s；

Δr100——转向回正性能试验残留横摆角速度绝对值的上限值，(°)/s；

Δr——转向回正性能试验残留横摆角速度绝对值的试验值，(°)/s；

低速回正性试验与高速回正性试验的残留横摆角速度总方差Er的评价计分值，均按式(3)计算：

式中：NE——转向回正性能试验残留横摆角速度总方差的评价计分值；

Er60——转向回正性能试验残留横摆角速度总方差的下限值，s；

Er100——转向回正性能试验残留横摆角速度总方差的上限值，s；

Er——转向回正性能试验残留横摆角速度总方差的试验值，s；

3、结论

依据2.1节中汽车操纵稳定性指标限值与评价方法，对整车稳态回转性能的评价计分如表3：

表3 稳态回转性能评分

依据2.2节中汽车操纵稳定性指标限值与评价方法，对转向回正性能的评价计分如表4：

表4 转向回正性能评分

满分为100分，分值越大说明该性能越好。根据以上表格可以直观得到车辆操纵稳定性。

[1] QC/T 480-1999. 汽车操纵稳定性指标限值与评价方法[S], 1999

[2] 成大先主编.机械设计手册（第五版）第5卷.化学工业出版社.2008

[3] 余志生主编，汽车理论（第三版），机械工业出版社.2000.

[4] 任卫群.车-路系统动力学中的虚拟样机[M].电子工业出版社, 2005.

[5] 丁亚康,翟润国,井绪文. 基于 ADAMS/INSIGHT 的汽车悬架定位参数优化设计[J]. 汽车技术, 2011 (5): 33-36.

Calculation of Cross trench width of Off-road Vehicle

Zhu Lichao, Zhao Man
（Anhui Jianghuai Automobile co. Ltd, Anhui Hefei 230601 )

With the improvement of consumer of vehicle performance requirements, as one of the important indicators of evaluation vehicle performance steering stability for commercial vehicle has become increasingly important. Good control stability can guarantee the driver's comfort, allows the driver to safe and reliable driving a car, reduce the possibility of a road accident. This paper takes an investigation on a four-axle heavy commercial vehicle. Virtual prototype for the steering return-to-center performance, steady turning performance, portability and so on carries on the simulation analysis, and according to the standard to evaluate the results.

Handling stability; Balanced suspension; Four axis; Multi-body dynamics

U461.6

A

1671-7988 (2017)08-186-03

朱利超，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.063