某轿车操纵稳定性试验与仿真对比分析

李自平 郝锌 杨钧浩

摘 要：为了提升某轿车操纵稳定性，文章制定评价方法，对样车进行客观试验以及整车仿真。通过试验结果与仿真结果的对比分析，发现模型及样车存在的问题，可为实际工程问题提供参考。

关键词：操纵稳定性;动力学仿真;客观试验

中图分类号：U467  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）10-156-03

Comparative analysis of a car's handling stability test and simulation

Li Ziping， Hao Xin， Yang Junhao

（ Sichuan Jian'an Industry Co.， Ltd.， Sichuan Chengdu 610100 ）

Abstract： In order to improve the handling stability of a car， an evaluation method is developed in this paper， and objective tests and vehicle simulations are carried out on prototype cars. Through the comparative analysis of the test results and the simulation results， the problems existing in the model and the prototype vehicle are found， which can provide a reference for the actual engineering problems.

Keywords： Handling stability; Dynamic simulation; Objective test

CLC NO.： U467  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）10-156-03

前言

汽车操纵稳定性是汽车的重要性能之一，汽车的操纵稳定性客观评价是实车在标准工况下运行，根据测量的汽车操纵稳定性的指标来对汽车的性能进行的评价。汽车底盘开发阶段，车辆性能目标的设定通常基于客观评价^[1]。结合虚拟样机技术，这些试验可以在仿真环境下进行，从而大大的节省了项目研发的成本，同时缩短了研发时间，并提高了准确性与精确性。

1 试验及仿真准备

操纵稳定性道路试验设备包含日本SOHGOH的力矩方向盘、英国Oxford的陀螺仪、英国Racelogic的数据采集仪等。

样车整车模型是在ADAMS/CAR 2014环境下建立的，整车模型的建立要包含前、后悬架及转向系统、稳定杆子系统、车身子系统、制动子系统、动力子系统、车轮子系统，所有子系统组装起来建立整车装配体，并输入半载车辆信息，路面文件采用共享路面中的2d_flat^[2]。

2 试验及仿真对比分析

2.1 滚动转向

滚动转向试验方法是在附着性良好的水平路面，开启发动机，一挡10 km/h怠速行驶。方向盘从中间位置以匀速打到左侧最大角度，再打到右侧最大角度，然后打到左侧最大角度，最后打到中间位置。

滚动转向仿真分析的方向盘转角输入以50deg/s的速度匀速转向。表1是关键指标。

2.2 斜坡制動

斜坡制动主要考察的是不同制动减速度下的车身俯仰角变化^[3]，试验方法是在附着性良好的水平路面，将车辆加速到100km/h，保持匀速行驶。挂空档，滑行到80km/h时，以50N/s的制动力制动，保证在20km/h之前ABS能工作。

斜坡制动仿真参考样车试验中车速随时间变化闭环控制制动减速度线性增加来模拟50N/s的制动力制动。模型中没有EBD及ABS系统，为了达到与试验一致的纵向加速度，需要对制动力分配系数进行调整，保证制动过程中前、后车轮不抱死。在仿真过程中，提取试验车速用做仿真输入条件，采用速度闭环控制，模型仿真与试验的车速变化接近。表2是关键指标。由数据可知，斜坡制动工况，制动俯仰度的仿真值高于试验值，该参数与减振器阻尼、整车质心高度相关。

2.3 方向盘中间位置转向

方向盘中间位置转向参照ISO 13674-1，在附着性良好的水平路面，保持车速100km/h匀速行驶。方向盘以5s一个周期进行输入，至少需要4个周期。方向盘的输入幅值需要保证最大侧向加速度达到0.4g。

0.4g方向盘中间位置转向曲线如图1所示，左侧是试验曲线，右侧是仿真曲线，表3是关键指标。

中心区转向工况，侧向加速度死区的方向盘力矩仿真值明显低于试验值，与转向系统摩擦有直接关系，仿真模型中没有考虑转向系统摩擦特性。

2.4 稳态回转

稳态回转参照ISO 4138。车辆按指定半径（R=30m）缓慢行驶。缓慢增加车速，修正方向盘确保车辆稳定在固定圆周上，侧向加速度增速小于0.02g/s，直至侧向加速度最大。表4是关键指标：

稳态回转工况，由于轮胎与路面附着系数不同，得到最大侧向加速度的也不同，仿真中，结合试验来设置稳态回转的初始和结束条件，稳态回转的极限位置没有在仿真中进行体现。

2.5 扫频转向

扫频转向参照ISO 740。在附着性良好的水平路面，保持车速80km/h匀速行驶。控制方向盘的输入频率，从最小值0.2Hz开始，线性地增加到最大值4Hz，输入幅值保证0.2Hz的侧向加速度达到0.2g或0.4g。转向角阶跃曲线如图2所示，左侧是试验曲线，右侧是仿真曲线，表5是关键指标。

扫频转向工况，侧倾阻尼指标，仿真值高于试验值，除了减振器阻尼、侧倾惯量的差异，悬架系统摩擦也有直接关系，通过分析发现摩擦对侧倾阻尼的影响占比最大。

2.6 双移线

双移线参照ISO 3888-1，车辆以80km/h的速度穿过按照ISO 3888-1设置的标桩，成功则适当提高车速继续试验，失败则以上次成功的试验车速为最大安全车速。双移线试验以整车形式轨迹作为目标的闭环控制来调制转向盘的输入，最大通过车速与驾驶员控制系统有关。表6是关键指标。

2.7 转向角阶跃

转向角阶跃工况参照GB 6323。试验方法是在附着性良好的水平路面，以车速100km/h匀速行驶。快速打方向盘并使得方向盘超调量小，达到所要求的侧向加速度，固定方向盘直到车辆稳定。仿真分析的方向盘转向输入为开环控制，转角大小以侧向加速度0.2g為目标，转向角阶跃分别进行左转和右转分析。表7是关键指标。

瞬态工况下，由于轮胎的转动惯量、减振器特性、车身柔性、系统摩擦特性等，仿真结果与实际测试存在一定的差异^[4]。

3 仿真说明

由于样车整车模型分析中由于摩擦、路面参数、车身柔

性简化，现对仿真分析结果做如下说明：

由于模型中部分参数不完整，如缓冲块特性曲线等参数缺失，只能用相似车型的参数进行调试，因此仿真结果与实测结果有一定的误差。

车辆的状态（底盘是否松散，反复拆解等）也会对操纵稳定性测试造成影响。

4 结论

本文根据ISO 13674-1、ISO 4138、ISO 7401、ISO 3888-1、GB 6323等标准，结合实际情况，制定整车模型操纵稳定性仿真工况与样车试验工况，再对整车模型进行操纵稳定性仿真，对样车进行操纵稳定性客观试验，通过对比分析各工况关键指标，总结出悬架系统存在的问题：

（1）不足转向度偏小（13.36deg/g），除轴荷、轮胎的原因，前、后悬架的运动学、弹性运动学特性没有提供足够的不足转向设计也是重要原因，特别是后悬架存在过多转向趋势，减小了整车不足转向度，但是由于后悬架结构本身受限，难以达到理想状态，因此需要前悬架需要设计更多的不足转向特性^[5]。

（2）横摆角速度（4.09 deg/s）、侧向加速度（1.98 m/s?）偏大，高速易造成高速响应过度灵敏，驾驶难度增加。需要从转向传动比、不足转向度进行优化。

（3）较大的瞬态响应时间，特别侧向加速度响应时间（146ms），需要结合悬架弹性运动学特性，优化衬套特性^[6]。

参考文献

[1] Yang J，Suematsu Y and Kang Z.Two-degree-of-freedom controller to reduce the vibration of vehicle engine-body system [J].IEEE Tran -sactions on Control Technology，2011（9）.

[2] 程源.基于ADAMS的汽车操纵稳定性仿真试验研究[J].公路与汽运，2011（02）.

[3] 黄亮.某SUV操纵稳定性仿真分析及优化[D].西华大学车辆工程， 2017.

[4] 周磊.基于ADAMS的操纵稳定性分析及优化[J].汽车实用技术， 2016（06）.

[5] 赵丹.关于某车型操纵稳定性差的分析与改进[J].汽车实用技术， 2018（03）.

[6] 李白娜.汽车操纵稳定性的仿真分析研究[D].华中科技大学机械工程，2006.