基于横向稳定杆的汽车操纵稳定性影响分析

杨银辉，靳昕，韩尚尚

基于横向稳定杆的汽车操纵稳定性影响分析

杨银辉，靳昕，韩尚尚

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

文章基于横向稳定杆在整车的功能，分析车辆安装横向稳定杆和不安装横向稳定杆两个状态，研究了横向稳定杆对车辆操稳性能的影响，进一步在Trucksim软件中建立虚拟整车和驾驶员模型，模拟稳态回转和蛇形试验工况，并结合试验评价标准进行评分，对比分析结果表明，安装横向稳定杆的车辆对不足转向和车辆侧倾度性能影响较大，对转向性能影响较小。

横向稳定杆；操纵稳定性；虚拟仿真；Trucksim

1 引言

汽车转向时，在离心力的作用下，外侧车轮的悬架弹簧被压缩，而内侧车轮的悬架弹簧被伸张，从而使车辆产生横向倾斜，引发横向角振动、并引起内外侧车轮的载荷产生变化。载荷的转移量通常是由悬架侧倾刚度决定。当前悬架侧倾刚度增加时，前轴左、右车轮垂直载荷变动量增加，前轴轮胎总侧偏刚度减小，轮胎侧偏角增加，车辆趋于增加不足转向；当后悬架侧倾刚度增加时，作用于左、右侧车轮与地面垂直载荷变动量增加，轮胎总侧偏刚度减小，轮胎侧偏角增加，车辆趋于减小不足转向[1]。

2 悬架侧倾角刚度对左右侧车轮垂直载荷影响

通常为了使汽车行驶平顺性好，一般会减小悬架垂直刚度，但这会使悬架侧倾刚度较小，车辆转向时产生较大侧倾角，进而会对操稳性能产生不良影响。为解决这一矛盾，在悬架系统加装横向稳定杆以增加整车侧倾角刚度[2]。整车侧倾角刚度为前后悬架侧倾角刚度的总和，侧倾角刚度的大小及其在前、后轮的分配，对车辆侧倾角的大小及车辆稳态响应特性有一定影响。悬架系统总侧倾刚度按式1进行。

式中：1-弹簧垂直刚度；2-横向稳定杆刚度；-轮距；-悬架总侧倾刚度。

车辆侧倾时的左右轮垂直载荷的再分配，可简化为图1所示的模型。结合力矩平衡原理，联立公式2～公式6可知悬架产生的侧倾刚度引起左右车轮的载荷再分配，左右轮荷差值ΔW变化，进而影响轮胎侧偏刚度大小。

图1 侧倾时左右轮垂直载荷再分配简化模型

式中：

T-悬架作用于车厢的恢复力矩；

-侧倾角；

a-质心距前轴或后轴距离；

L-前后轴轴距；

H-簧载质量质心离地面高度；

h1-前或者后侧倾中心离地面高度；

F-作用于质心位置的向心力；

F-前、后非簧载质量产生的向心力；

∆W、∆W-左、右轮胎垂直反力的变动量；

F、F-静止状态时左、右车轮的地面垂直反力；

F总、F-侧倾后左、右车轮的地面垂直反力。

3 操纵稳定性仿真分析模型的建立

3.1 虚拟仿真模型

为了更好研究稳定杆对操稳的影响，采用面向特性的参数化的仿真软件Trucksim软件，对某6×4牵引车和三轴集装箱半挂车组成的汽车列车进行建模并进行仿真[3]。建模内容主要包括：主车和半挂车建模（转动惯量、质量参数及尺寸参数）、悬架系统建模、制动系统建模、转向系统建模、轮胎建模及路面建模，六轴半挂汽车列车模型界面及模型如图2所示。

图2 某6×4牵引车和三轴集装箱半挂汽车列车Trucksim模型

3.2 稳态回转分析

稳态回转试验主要检测汽车方向盘转角输入达到稳定行驶状态时汽车的稳态响应。按GB/T 6323-2014《汽车操纵稳定性试验方法》[4]，对搭建完成的Trucksim模型进行仿真分析。采用定方向盘转角连续加速法，汽车以最小稳定车速在半径15m的圆周上行驶，待稳定后再加速，至侧向加速度受发动机功率限制达到最大侧向加速度为止，结果如表1。经过对比仿真，稳定杆对稳态回转性能影响较大。

表1 无稳定杆和有稳定杆时稳态回转仿真试验对比

3.3 蛇形试验分析

蛇形试验主要检测车辆转弯灵活性。在标桩间距50m，道路总长350m的虚拟路面进行蛇形试验仿真，依次完成50km/h、60km/h、70km/h、80km/h的虚拟仿真试验，记录转向盘转角、横摆角速度、车厢侧倾角、侧向加速度及侧向位移时间历程曲线，无稳定杆和有稳定杆的对比分析结果如表2。由分析结果可知，稳定杆在蛇形试验工况对车辆操稳性能影响较小，具体见图3、图4、图5。

表2 无稳定杆和有稳定杆时蛇形试验对比

图4 无稳定杆和有稳定杆时横摆角速度随车速的变化

图5 无稳定杆和有稳定杆时牵引车侧倾度随车速的变化

3.4 结果评价

表3 稳态回转和蛇形试验评分表

根据QC/T 480-1999《汽车操纵稳定性指标限值与评价方法》对稳态回转和蛇形工况进行打分评价[5]，评价结果如表3。从对比分析结果可知，加装稳定杆的车辆操稳性能好于无稳定杆的车辆。

4 结论

安装横向稳定杆的车辆在不影响整车平顺性同时可改善悬架系统侧倾刚度，本文基于对横向稳定杆功能的分析，从安装横向稳定杆和未安装横向稳定杆两个方面，分析横向稳定杆对车辆操稳性能的影响，进一步在Trucksim软件中建立虚拟整车模型，重点分析了稳态回转和蛇形试验两个工况，仿真试验结果表明，安装横向稳定杆的车辆对不足转向和车辆侧倾度两个操稳性能影响较大，对转向灵活性影响较小。

[1] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2012.

[2] 孙亚军,郭福祥.某轻型客车横向稳定杆的匹配研究[J].上海汽车, 2014(12):22～24.

[3] 曹中恒.基于Trucksim的全挂汽车建模与操稳性改进仿真研究[D].西安:长安大学,2016.

[4] GB/T 6323-2014,汽车操纵稳定性试验方法[S].

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

Analysis of the Influence of Vehicle Handling and Stability Based on the Stabilizer Bar

Yang Yinhui, Jin Xin, Han Shangshang

（Shaaxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi’an 710200）

Based on the function of the stabilizer bar in the whole vehicle, this paper analyzes the two states of installing the stabilizer bar and not installing the stabilizer bar, studies the influence of the stabilizer bar on the vehicle handling and stability performance, further establishes the virtual vehicle and driver model in the trucksim software, simulates the steady-state rotation and serpentine test conditions, scores and compares the results with the test evaluation criteria The results show that the performance of the vehicle with the stabilizer has great influence on understeer and vehicle roll, but has little effect on the steering performance.

Stabilizer bar;Handing stability;Virtual simulation; Trucksim

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.031

U467

A

1671-7988(2021)03-103-03

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杨银辉，就职于陕西重型汽车有限公司。