基于Adams/VC++校車操穩性仿真分析模塊的開發

何 璇

（合肥工業大學機械與汽車工程學院，安徽 合肥 230009）

基于Adams/VC++校車操穩性仿真分析模塊的開發

何 璇

He Xuan

（合肥工業大學機械與汽車工程學院，安徽 合肥 230009）

利用VC++6.0對Adams進行二次開發，建立校車操穩性仿真分析模塊。該模塊界面友好，方便易用，用戶只需在界面對話框中輸入有關參數后模塊就能自動完成相應的功能。不僅可以實現參數化建模和操穩性仿真，還能對操穩性影響因素進行分析，給用戶提供明確的優化方向。文中利用該模塊對某校車進行了建模和操穩性仿真，通過分析對比找出了對該校車操穩性影響最大的因素。

VC++；Adams；二次開發；操穩性仿真；優化

0 引 言

現階段，多體動力學仿真軟件已經在汽車行業得到越來越廣泛的應用，其中 MSC公司的Adams深受廣大用戶的青睞[1]。但其對專業知識要求較高，為此很多學者專家進行了研究，對Adams進行二次開發來簡化其使用方法。2005年于國飛等在 Adams/Car的基礎上二次開發了集整車動力性、制動性、操縱穩定性及平順性于一體的自動仿真系統[2]；2010年董希狀結合VC++和Adams，開發了共享底盤懸架專用分析模塊[3]。文中在此基礎上運用VC++對Adams進行了二次開發，建立了能快速進行整車建模、仿真分析和后期優化的校車操穩性仿真分析模塊。該模塊不僅可以快速建模和仿真，而且可以對影響操穩性的因素進行分析。既可以用于新品的開發，也可以對老產品進行性能分析和針對性的優化。

1 模塊的開發

鑒于Adams可以執行.cmd命令文件，并且這一命令文件可以利用VC++來編寫，所以將兩者結合使用。

模塊開發的流程如圖1所示。

開發出的校車操穩性仿真分析模塊有以下功能：

1）各子系統的參數化建模并裝配成整車；

2）根據國家標準對整車操穩性相關試驗進行仿真；

3）對操穩性影響因素進行仿真分析，使用戶能快速直觀地判斷出哪個因素對試驗車操穩性影響最大，從而進行針對性優化。

2 校車建模

應用新開發的校車操穩性仿真分析模塊，對某校車進行參數化快速建模。首先根據UG三維幾何模型提供的信息，在模塊各子系統的對話框中輸入相關參數，點擊生成.cmd文件，該文件調用Adams自動建立符合參數要求的子系統。

所研究的校車主要包括帶鋼板彈簧的前懸架子系統、后懸架子系統、轉向子系統、車身子系統、發動機和輪胎等，將這些子系統對話框分別生成.cmd命令文件并保存在同一路徑中。各子系統建模完成后在模塊主界面點擊生成整車模型，模塊會自動調用之前生成的.cmd命令文件，通過Adams將各子系統裝配起來。

裝配完成后的整車模型如圖2所示。

3 操穩性仿真與優化

3.1 操穩性仿真

汽車操縱穩定性試驗包括：穩態回轉試驗、轉向盤角階躍輸入試驗、轉向盤角脈沖輸入試驗、轉向回正性試驗、轉向輕便性試驗以及蛇形試驗。新開發的校車操穩性仿真分析模塊，可以對校車進行國家規定的上述 6項試驗，能夠全面分析該校車的操穩性。

由于篇幅限制，僅對校車進行轉向回正試驗。按照 GB/T6323.4—94汽車操縱穩定性試驗方法轉向回正試驗[4]規定，需要對汽車進行低速回正和高速回正 2項仿真試驗。但是校車的質量為 8t （＞6t），根據《汽車操縱穩定性指標限值與評價方法》[5]規定總質量大于 6t的客車與貨車只進行低速回正試驗。

低速回正試驗：汽車沿半徑為（15±1）m的圓周行駛，調整車速，使側向加速度達到 4±0.2 m/s2，固定轉向盤轉角，穩定車速并開始記錄，待3s后，再松開轉向盤并做標記，至少記錄松手后4s的汽車運動過程。

仿真結果如圖3～圖5所示。

從仿真曲線可以看出，當在10 s時松開轉向盤后，側向加速度、橫擺角速度和轉向盤轉角均進入一個波形振蕩中，且振幅不斷變小，經過3 s左右都收斂到0，說明該車由曲線行駛恢復到直線行駛的性能很好并且反應很迅速，操縱穩定性較好。

3.2 操穩性優化

影響汽車操縱穩定性的因素有很多[6]，給設計人員對汽車操穩性的優化帶來了很大的困難。如何快速辨識哪個因素對汽車的操穩性影響最大成為亟需解決的問題。該模塊利用VC++強大的編程功能，通過編寫相關命令文件調用Adams對影響操穩性的因素進行分析。分析結果以曲線的形式直觀地展現給用戶，用戶能快速分析哪些因素對本車的操穩性影響較大，從而做出針對性的優化，提高工作效率。

前輪外傾角和輪胎的剛度對整車操穩性有一定的影響[6]。選取這2個因素利用建立的校車操穩性仿真分析模塊對其影響程度進行分析。校車的前輪外傾角是-0.5°,對比該校車在前輪外傾角分別為-0.1°、-0.5°、-1.2°這3種情況下整車側傾角隨時間的變化曲線，以此來判斷該校車的前輪外傾角對整車操穩性的影響程度，以及哪種情況下整車的操穩性最優。分析結果如圖6所示。

camber_ss_step對應的曲線表示外傾角數值為-0.1°的結果曲線，camber_m_step對應的曲線表示數值為-0.5°的結果曲線，camber_ll_step對應的曲線表示數值為-1.2°的結果曲線。從圖6中可以看出，前輪外傾角的變化對整車操穩性的影響不太明顯，不是主要影響因素。對于該車而言，適度減小前輪外傾角，可使車身側傾角的穩態值減小，并且可以略微減小響應時間，達到提高整車操縱穩定性的目的。

同樣，該校車的輪胎徑向剛度為 245 600 N/mm，適當增大或減小輪胎徑向剛度，為此選取3個不同的值進行對比，結果如圖7所示。

vertical_stiffness_ss_step對應的曲線表示徑向剛度數值為245 600 N/mm的結果曲線，vertical_stiffness_ m_step對應的曲線表示數值為285 600 N/mm的結果曲線，vertical_stiffness_ll_step對應的曲線表示數值為345 600 N/mm的結果曲線。從圖7中可以看出，對于該車而言，輪胎徑向剛度對整車操穩性影響較大，適度增大輪胎的徑向剛度能明顯減小車身側傾角的穩態值，并且轉向響應時間減少，有利于整車操穩性能的提高。

將圖6、圖7的結果曲線進行對比可知，針對該校車，輪胎的徑向剛度相對于前輪外傾角對整車操穩性的影響更大一些，這一分析結果給用戶提供了明確的優化方向。除此之外該模塊還可以分析其他因素對整車操穩性的影響，用戶可以分析對比各影響因素從而判斷哪個因素對該車的操穩性影響最大，做到有針對性地優化。

4 結束語

在Adams/Car的基礎上利用VC++二次開發了集整車參數化建模、操穩性仿真分析和優化于一體的校車操穩性仿真分析模塊。利用此模塊對某校車進行了多體動力學建模、操穩性試驗和影響操穩性因素的分析。結果表明：該模塊不僅能實現快速建模與操穩性仿真，還能分析出對試驗車輛操穩性影響最大的因素。在界面對話框中更改相應參數，就能實現整車操穩性的優化。針對文中研究的校車而言，影響最大的因素為輪胎徑向剛度，這一分析結果為整車操穩性的優化提供了明確的方向。

[1]孫虎. 多軸汽車仿真分析開發系統的研究[D]. 武漢：武漢理工大學，2012.

[2]于國飛，孔德文，馬士澤，等. 應用Adams/Car二次開發模塊研究汽車操縱穩定性[J]. 吉林大學學報（工學版），2005，35（6）：582-586.

[3]董希狀，寧曉斌，張杰. 汽車共享底盤懸架仿真模塊的開發與應用[J].機電工程，2010，27（10）：34-37.

[4]GB/T 6323. 4-1994，汽車操縱穩定性試驗方法轉向回正試驗[S].

[5]QC/T 480-1999，汽車操縱穩定性指標限值與評價方法[S].

[6]馬濤鋒，薛念文，李仲興，等. 對汽車操縱穩定性的影響因素分析及對操穩性的研究評價[J].機械設計與制造，2005（4）：122-123.

[7]張杰，孫虎，楊波，等. 基于VC++和Adams/Car的汽車制動性能仿真分析系統[J].機械設計與制造，2012（4）：65-67.

U461.6：TP391.9

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2015.01.002

1002-4581（2015）01-0006-03

2014?06?10