基于Adams的机场摆渡车操纵稳定性仿真分析

张 岩

基于Adams的机场摆渡车操纵稳定性仿真分析

张 岩

（长安大学 汽车学院，陕西 西安 710061）

为研究机场摆渡车的操纵稳定性，在软件Adams的Car模块中，修改对应参数，建立前、后悬架系统，转向系统，前、后轮胎系统，车身系统等六个子系统模型，并组建成机场摆渡车操纵稳定性分析模型，进而根据《汽车操纵稳定性试验方法》（GB/T 6323—2014）对组建的整车模型进行操稳性仿真试验，并根据《汽车操纵稳定性指标限值与评价方法》（QC/T 480—1999）对机场摆渡车操纵稳定性进行评价，得到总评价计分值为71.13分，评价结果为合格，为机场摆渡车操纵稳定性的研究提供了一定的理论基础。

操纵稳定性；机场摆渡车；Adams；仿真分析

当前机场飞机数量多，但机位少，而建设一个机位需要的资金大，所以多数飞机停留在远机位，需要通过摆渡车运送乘客。为了满足驾驶员和乘客有良好的乘坐舒适性，就需要机场摆渡车具有良好的操纵稳定性。

汽车具有良好的操纵稳定性是安全行驶的保障，也是驾驶人感到舒适的前提[1]。对于机场摆渡车而言，其主要作用是运送乘客到达指定位置[2]，操纵稳定性不仅影响到机场摆渡车驾驶的操纵方便程度，也是决定机场摆渡车安全行驶的一个主要性能。从国内与国外的研究现状来看，对于特种车辆，比如机场摆渡车、飞机加油车、飞机牵引车以及飞机除冰车的操稳性研究还相对较少，车辆操纵性和稳定性是一种十分重要的动态性能，直接影响汽车驾驶的乘坐安全性和舒适性，以往设计方法通常依靠经验及反复试验，不仅周期长，而且投资大，效果还不理想。为了提高对机场特种车辆的研究，采用仿真软件对机场摆渡车的研究必不可少[3]。

机场摆渡车具备普通客车的基本功能和性能，但其属于特种车辆，还具备普通客车不具备的特点，比如对机场摆渡车的容量要求较大，一次能承载多名乘客及其行李；其次机场摆渡车的底盘较低，目的是方便乘客拿取行李，因此，机场摆渡车对底盘的稳定性和可靠性要求非常高[4]，研究机场摆渡车的操纵稳定性具有重要意义[5]。

1 操纵稳定性分析模型的建立

本文在建立操纵稳定性分析模型时的简化原则：（1）将汽车当作是6自由度的系统；（2）除了轮胎、弹簧和减震器等柔性体之外，其余部件都被视为非弹性元件；（3）不考虑零部件之间的摩擦；（4）用软件自带的发动机模型和制动系统模型，本文只需要利用它们来控制车速。

简化后，在Adams/Car2016环境下建立各大子系统[6]，主要包括前、后悬架系统，转向系统，前、后轮胎系统以及车身系统；以前后悬架子系统为例，其硬点坐标如图1、图2所示。

子系统建立后需要对其进行装备和调试。在标准界面上，新建整车装配，选择之前创建好的各个子系统，如图3所示。

将建立的各大子系统模型进行组装完成后要进行准静态测试，选择测试台类型为_MDI_SDI_ TESTRIG，静态测试如图4所示。

图1 前悬架的硬点坐标

图2 后悬架的硬点坐标

图3 操纵稳定性分析模型的装配

通过后处理读取车身质心高度437.67 mm，应调整为自动更新后的数值433.84 mm，手动调整质心高度为430 mm，重复静平衡后，车身质心高度已近似433.84 mm，完成质心调整之后继续进行验证，校核整车基本参数，若得到的结果与整车参数不符，继续通过上述步骤进行调整，直至整车基本参数符合要求为止，完成之后对模型进行保存，为下面要完成的各大操纵稳定性仿真试验做好准备，图5是整车试验的三级菜单。

图4 准静态测试

图5 整车仿真试验的三级菜单

2 操纵稳定性试验分析及评价

2.1 转向盘角脉冲输入仿真试验及评价

转向盘角脉冲输入仿真试验按照《汽车操纵稳定性试验方法》（GB/T 6323—2014）进行设置来完成仿真[7]。开始试验时需要对试验工况设置，首先确定行驶车速，行驶速度根据机场摆渡车最大速度的70%并圆整为10的整数倍，机场摆渡车的最大速度为50 km/h，在Adams/Car中设置模型的速度为40 km/h。对所搭建的模型在仿真路面上按照上述速度进行匀速行驶，并标记转向盘此时位置为开始位置，记录下转向盘的中间位置，记录完后转动转向盘，使其获得一个三角脉冲输入，本次试验采用向左转动方向盘，以脉宽为0.3 s～0.5 s转角迅速转动方向盘并恢复到最初位置，在这个试验中要使得侧向加速度的最大值为0.4，整个试验仿真中要保持油门踏板的位置不变。在Adams/Car模块输入所需参数，输入脉冲转向的有关参数，如图6所示，设置完成后开始仿真，试验结束后点击回放，按F8打开数据分析，并记录相关试验数据。

图6 脉冲转向参数设置

在进行转向盘角脉冲输入工况操纵稳定性评价计分时，参考国标计分方法[8]，具体参数指标如下：

谐振频率f的计算公式可通过式（1）计算得

式中，100和60分别为其对应的上下限值，为0.50和0.30，单位为Hz，p为幅频特性谐振峰所对应的频率，Hz，值为0.35。通过计算，谐振频率的评价计分值为71分。

谐振峰水平d的计算公式为

式中，60和100分别为其对应的上下限值，为5.00和2.00，单位为dB；为试验值，为10.8 dB。

通过计算，谐振峰水平的评价计分值为73分。

相位滞后角的计算方法为

式中，100和60分别为其对应的上下限值，取60和100，单位为°；为试验值，取14.8°。

通过计算，相位滞后角的评价计分值为66分。

此次试验总评价计分值的计算公式为

通过计算，转向盘角脉冲输入试验的综合评价计分值M为70分。

2.2 转向回正性仿真试验及评价

道路试验方法为在仿真环境内先直行20 m，随后改变方向盘转角，使其进行圆周行驶，半径为15 m，在行驶过程中调整车速，直到侧向加速度值为4 m/s2，随后保持车速不变行驶一段时间后，松开方向盘，记录其运动轨迹，在Adams/Car中设置对应参数，如图7所示，随后进行仿真试验，并记录试验数据[9]。考虑到机场摆渡车的最高车速为50 km/h，本次试验为低速回正，试验向左进行3次，取其中一次仿真结果进行评价计分。

图7 参数设置

依照国标对该仿真试验进行评价计分，具体参数指标如下：

残留横摆角速度评价计分公式为

式中，Δ60为对应的下限值，取6.0°/s；Δ100为对应的上限值，取0°/s；Δ为试验值，°/s，值为3.2。

通过计算，其评价计分值为72分。

横摆角速度总方差的评价计分公式为

通过计算，横摆角速度总方差的评价计分值为64分。

此次试验总评价计分值的计算公式为

通过计算得到转向回正性能试验的综合评价计分值H为68分。

2.3 稳态回转仿真试验及评价

本文的稳态回转仿真方法依照《汽车操纵稳定性试验方法》（GB/T 6323—2014）所要求的试验方法完成，本次试验拥有固定转向盘转角、固定行驶轨迹半径和准静态稳态回转三种仿真方法，本文采用的稳态回转试验仿真方法为固定转向盘转角，将建好的操纵稳定性分析模型以最低稳定车速进行圆周行驶，半径为15 m，行驶过程中保持方向盘不动，让车辆加速，直到其侧向加速度值为6.5 m/s2结束试验，在Adams中更改MINI_1中的参数，让车辆以3 m/s2车速直线行驶10 m，沿着半径15 m的圆周行驶，直至侧向加速度为0.6 m/s2，对MINI_2进行参数设置，在MINI_1的基础上固定转向盘，设置完成后打开MINI_2，将油门控制设置为0.25 m/s2，挡位选择3挡，结束条件为侧向加速度为6.5 m/s2。设置完参数后进行仿真[10]，并记录试验结果。

参考国标计分方法，具体参数指标如下：

中性转向点的侧向加速度评价计分值为

式中，a为试验值，为4.3 m/s2；为对应的下限值，取3 m/s2；为对应的上限值，取6 m/s2。

根据国标进行计算可得其评价计分值为76分。

不足转向度的评价计分值按式（9）计算。

式中，60为不足转向度的上限值，°/（m/s2），值为1.2；100为不足转向度的下限值，°/（m/s2），值为0.5；值为6；为不足转向度的试验值，°/（m/s2），为0.8。

通过计算，不足转向度的评价计分值为84.6分。

车身侧倾度的评价计分值按式（10）计算：

通过计算，车身侧倾度的评价计分值为65.6分。

通过上述指标得到对应的评价分值，进而可得到稳态回转试验的综合评价计分值，通过式（11）计算。

可得，稳态回转试验的综合评价计分值为75.4分。

2.4 机场摆渡车操纵稳定性总评价计分值

总评价计分值可根据式（12）计算。

车辆操纵稳定性的好坏，可根据总评价计分值大小进行判断，小于60分说明操纵稳定性不好。通过计算，机场摆渡车的操纵稳定性评价分数为71.13分，该机场摆渡车操纵稳定性良好。

3 结论

以机场摆渡车为研究对象，利用Adams/Car模块建立整车操纵稳定性分析模型，根据国标规定的方法完成了转向盘角脉冲试验、稳态回转试验和转向回正试验，仿真结束后利用Adams软件中回放功能的数据处理模块勾选所需要的数据和曲线，对仿真得到的数据按照国标进行分析处理，按照标准对每个仿真试验进行打分，计算出综合评价计分值为71.13分，表明操纵稳定性良好，为机场摆渡车操纵稳定性的研究奠定了基础。

[1] 毛明哲,王丽.汽车安全性介绍[J].汽车实用技术, 2020,45(24):233-235.

[2] 徐赫男.纯电动机场摆渡车的研发和应用[J].中国新技术新产品,2018(7):18-19.

[3] 李兵,王泽平.纯电动机场摆渡车应用的可行性[J].客车技术与研究,2016,38(3):60-62.

[4] 岳凤来,张俊红,林杰威,等.纯电动机场摆渡车动力系统匹配与性能仿真[J].机械设计与制造,2014(7): 120-122,126.

[5] 梁程.浅谈机场摆渡车的现状、特点及发展前景[J].内蒙古煤炭经济,2021(1):99-100.

[6] 施京凯,刘成武,吴铭.基于ADAMS/Car的汽车操稳性仿真优化研究[J].机电技术,2020(6):68-72.

[7] 全国汽车标准化技术委员会.汽车操纵稳定性试验方法:GB/T 6323—2014[S].北京:中国标准出版社. 2014.

[8] 国家机械工业局.汽车操纵稳定性指标限值与评价方法:QC/T 480—1999[S].北京:中国标准出版社, 1999.

[9] 夏建华,于志超,张鹏.低速转向回正性能的分析及优化[J].汽车实用技术,2020,45(15):149-151.

[10] 苗文兴,刘秋影,梁延召,等.汽车操纵稳定性稳态回转试验及评价[J].汽车工程师,2019(9):38-40.

Simulation Analysis of Handling Stability of Airport Shuttle Bus Based on Adams

ZHANG Yan

( School of Automobile, Chang’an University, Xi’an 710061, China )

In order to study the handling stability of the airport shuttle bus, in the car module of the software Adams, modify the corresponding parameters, establish six subsystem models of the front and rear suspension system, steering system, front and rear tire system, body system, etc, and form the handling stability analysis model of the airport shuttle bus, and then conduct the handling stability simulation test on the completed vehicle model according to(GB/T6323—2014). According to(GB/T480—1999), the handling stability of the airport shuttle car is evaluated, and the total evaluation score is 71.13 points, and the evaluation result is qualified, which provides a certain theoretical basis for the study of the handling stability of the airport shuttle bus.

Handling stability; Airport shuttle bus; Adams; Simulation analysis

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.021.026

U461.6

A

1671-7988(2022)21-138-05

U461.6

A

1671-7988(2022)21-138-05

张岩（1998—），男，硕士研究生，研究方向为智能驾驶技术、车辆主动安全，E-mail:2020122012@chd.edu.cn。