基于Adams/Car的汽車操縱穩(wěn)定性仿真分析

程海濤，蒲丹丹

（重慶交通大學交通運輸學院，重慶 400074）

測試試驗

基于Adams/Car的汽車操縱穩(wěn)定性仿真分析

程海濤，蒲丹丹

（重慶交通大學交通運輸學院，重慶 400074）

操縱穩(wěn)定性優(yōu)劣對評價一款車型性能好壞具有重要影響，而穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗在評價操縱穩(wěn)定性方面具有作用。本文針對市場上較熱門的某款車型進行操縱穩(wěn)定性驗證分析，首先運用MSC.ADAMS/Car軟件建立了該車型多體動力學模型，并進行穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真試驗分析，得到了車輛的穩(wěn)態(tài)響應性能，最后驗證該車的操縱穩(wěn)定性。

MSC.ADAMS/Car；穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)；仿真；操縱穩(wěn)定性

CLC NO.: U461.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

引言

汽車操縱穩(wěn)定性，是指在駕駛員不感覺過分緊張、疲勞的條件下，汽車能按照駕駛員通過轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向車輪給定的方向（直線或轉(zhuǎn)彎）行駛；且當受到外界干擾（路不平、側(cè)風、貨物或乘客偏載）時，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的性能。汽車操縱穩(wěn)定性是汽車的重要使用性能，其優(yōu)劣不僅影響汽車駕駛的操縱方便程度，還決定著高速汽車的安全行駛。世界上許多國家都已經(jīng)把汽車操穩(wěn)性的好壞作為汽車研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的重要依據(jù)。本文運用穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗來驗證某款汽車的操縱穩(wěn)定性。

1、整車模型建立

Adams/Car建模的順序為模板-子系統(tǒng)-總成。為了提高虛擬樣車的建模速度及精度，將整車分解成以下五個子系統(tǒng)：前懸架、后懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、輪胎以及車身系統(tǒng)。首先進行整車數(shù)據(jù)收集，主要通過整車測量和網(wǎng)上搜集相結(jié)合得到；然后通過數(shù)據(jù)按照建模順序依次建立模板、子系統(tǒng)，最終將各個系統(tǒng)組裝成整車模型[1-3]。

2、仿真試驗方法

QC/T480-1999中明確規(guī)定，穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗不合格的車輛，其操縱穩(wěn)定性不合格?？梢姺€(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗[4]在評價汽車操縱穩(wěn)定性中具有重要作用，穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗主要有兩種方法：固定方向盤轉(zhuǎn)角和定轉(zhuǎn)彎半徑，我國國標一般用的是固定方向盤轉(zhuǎn)角的方法，本文是運用定轉(zhuǎn)彎半徑方法來驗證該車的操縱穩(wěn)定性。

一般汽車都要求具有不足轉(zhuǎn)向特性，這是因為理論分析指出：擁有過多轉(zhuǎn)向的汽車，在車速接近臨街速度Vcr時，即使轉(zhuǎn)向收到輕微干擾，也會發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。

仿真試驗條件：仿真條件20m，最小和最大速度分別為10km/h和120km/h，引道為直線。

3、仿真結(jié)果

通過Adams/Car軟件對該車型進行穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)仿真試驗，記錄仿真結(jié)果，仿真結(jié)果以曲線形式表示，包括：穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)運動軌跡、側(cè)向加速度與時間關(guān)系曲線、橫擺角速度與時間關(guān)系曲線、側(cè)傾角度隨時間變化曲線、方向盤轉(zhuǎn)角與時間關(guān)系、側(cè)傾角與側(cè)向加速度關(guān)系曲線、前后軸側(cè)偏角之差與側(cè)向加速度關(guān)系曲線。

由圖3可知，車輛以一穩(wěn)定速度直線行駛10米后，緩慢進入彎道行駛，側(cè)向加速度較低，當達到穩(wěn)定圓周運動后固定方向盤轉(zhuǎn)角不變，開始以0.25 m/s2的縱向加速度緩慢地加速，當側(cè)向加速度到達6.5m/s2后結(jié)束試驗；由圖4可知，車輛橫擺角速度隨車速增加而不斷增加，且變化趨勢與側(cè)向加速度保持一致；

由圖5可知，在開始階段由于車輛運行速度較低，側(cè)向加速度較小，車身側(cè)傾角較小，隨著車速與側(cè)向加速度的不斷增大，車身側(cè)傾角慢慢變大，但總的變化幅度較小，最大側(cè)傾角只有2.2°；由圖6可知隨著車速增加，轉(zhuǎn)向盤角度不斷增大，說明該車具有明顯的不足轉(zhuǎn)向特性。

4、整車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)積分評價

根據(jù)國標，汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能按不足轉(zhuǎn)向度U、中性轉(zhuǎn)向點的側(cè)向加速度an和車身側(cè)傾度K等3項指標進行評價計分[6]。

（1）中性轉(zhuǎn)向點的側(cè)向加速度值an，是指前、后橋側(cè)偏角之差與側(cè)向加速度關(guān)系曲線上，斜率為零處的側(cè)向加速度值。若在所測的側(cè)向加速度值范圍內(nèi)未出現(xiàn)中性轉(zhuǎn)向點時，an的值通常用最小二乘法按無常數(shù)項的三次多項式擬合曲線進行推算。求得an=6.2m/s2。

中性轉(zhuǎn)向點的側(cè)向加速度值an的評分值：

式中：an60—中性轉(zhuǎn)向點的側(cè)向加速度下限值，取5.00 m/s2。

an100—中性轉(zhuǎn)向點的側(cè)向加速度上限值，取9.80 m/s2。an—中性轉(zhuǎn)向點的側(cè)向加速度的試驗值為6.2m/s2。

（2）不足轉(zhuǎn)向度U，是指前、后橋側(cè)偏角差值與側(cè)向加速度關(guān)系曲線上側(cè)向加速度值為2m/s2處的平均斜率（即用2m/s2處的縱坐標值除以橫坐標值得到）。求得U=側(cè)偏角差值/側(cè)向加速度=0.73°/(m/s2)。

不足轉(zhuǎn)向度 U 的評分值：

式中：U60—為不足轉(zhuǎn)向度下限值，取1.00°/(m/s2)。

U100—為不足轉(zhuǎn)向度上限值，取0.40°/(m/s2)。

U—不足轉(zhuǎn)向度的試驗值為0.73°/(m/s2)。

（3）車廂側(cè)傾度K?，是指車廂側(cè)傾角與側(cè)向加速度關(guān)系曲線上側(cè)向加速度值為2m/s2處的平均斜率（即用2m/s2處的縱坐標值除以橫坐標值得到）。求得K?=側(cè)傾角/側(cè)向加速度=0.33°/(m/s2)。

N?大于100分，按100分計。

式中：K?60—車廂側(cè)傾度的下限值，取1.20°/(m/s2)。

K?100—車廂側(cè)傾度的上限值，取0.70°/(m/s2)。

K?—車廂側(cè)傾度的試驗值為0.33°/(m/s2)。

（5）穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)特性仿真試驗的綜合評價計分值：

綜上可得，樣車滿載時的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)綜合評價計分值為86.6分，具有良好的不足轉(zhuǎn)向。

5、結(jié)束語

在樣車開發(fā)階段利用虛擬樣機技術(shù)不僅可以縮短開發(fā)周期，還能節(jié)約大量人力財力。本文運用Adams/Car軟件根據(jù)市場上較熱門的某款車型建立整車模型，按照穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)國標要求進行仿真試驗，記錄仿真結(jié)果，通過評價計分得到該轎車具有較好的不足轉(zhuǎn)向特性，可從一定程度上說明該車具有良好的操縱穩(wěn)定性。但由于本文僅僅運用了穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗驗證該車型的操縱穩(wěn)定性，具有一定的局限性，但穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗是驗證操縱穩(wěn)定性的一種重要的方法，同時也具有一定的參考意義。

[1] 宋傳學,蔡章林.基于ADAMS/CAR的雙橫臂獨立懸架建模與仿真[J].吉林大學學報∶(工學版),2004,34(4)∶554-558.

[2] 蔡章林.于ADAMS/Car的雙橫臂獨立懸架建模與仿真.吉林大學學報(工學版).2004.4.

[3] 陳軍.MSC.ADAMS 技術(shù)與工程分析實例.北京∶中國水利水電出版社.2008.

[4] 國家技術(shù)監(jiān)管局.GB/T 6323-2014穩(wěn)定性試驗方法∶穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗[S].北京∶國家技術(shù)監(jiān)管局,2014.

[6] 國家技術(shù)監(jiān)管局QC/T480-1999汽車操縱穩(wěn)定性限值與評價方法[S]北京.國家技術(shù)監(jiān)管局,1994.

Simulation of Vehicle Handling Stability Based on Adams/car

Cheng Haitao, Pu Dandan
（Transportation Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074）

The evaluation Handling and stability has a significant impact on evaluating a vehicle model, but steady rotation trials have played a great role on evaluating steering stability.In order to solve the problem of handling and stability about popular vehicle model, the article uses MSC.ADAMS/car software to establish a multi-body dynamics model of the vehicle. We obtain steady-state response performance of the vehicle through the Steady-state simulation of rotary. Finally, the car's handling and stability is verified.

MSC. ADAMS/car; Steady rotation; simulation; handling and stability

U461.6

A

1671-7988(2015)03--

程海濤，在讀研究生，就讀于重慶交通大學交通運輸學院，研究方向交通與車輛安全。