重型汽車低附著路面制動穩定性的仿真研究＊

賈會星

（滁州職業技術學院，安徽 滁州 239000）

前言

重型汽車由于裝載質量大，運輸效率高，在公路運輸中運用廣泛，如何提高重型汽車行駛時的穩定性，減少重型汽車交通事故，意義重大。很多與重型汽車相關的交通事故是由緊急制動引起汽車行駛失去穩定性造成的，對重型汽車行駛中的緊急制動進行研究有一定的意義。但對行駛中的重型汽車進行失穩試驗，成本過高，同于由于安全因素的影響，難以實施，研究重型汽車行駛穩定性的有效手段是采用計算機軟件進行仿真研究。Trucksim是針對重型汽車行駛過程進行研究的一種軟件[1][2]。

1 仿真模型的構建[3][4]

利用 Trucksim中提供的廂式卡車在低附著路面緊急制動仿真程序，構建整車動力學模型，設置相應的環境參數和路面參數。這里為了研究重型汽車的緊急制動時得動態響應，選用軟件中的經過試驗驗證的較為精確的箱式汽車模型（如圖1所示），汽車的主要結構參數如表1所示。

汽車行駛的路面設置為下了雪的低附著路面，道路為直線，一半為有積雪的濕滑路面其附著系數為0.2；另一半為沒有雪的濕滑路面，附著系數為0.5，道路模型如圖2所示。

圖1 汽車模型的外觀

表1 重型汽車的主要結構參數

圖2 道路環境的設置

2 制動過程的仿真[5][6]

Trucksim中的重型汽車模型以70公里/小時的初始速度在建立的濕滑路面行駛，2秒鐘后踩下制動踏板進行緊急制動。進行制動時，一種方式是對制動管路的制動油壓進行控制，使其保持在使車輪滑移率在15%～20%左右，模擬了ABS系統對制動管路進行壓力控制；另一種方式為不對制動管路的壓力進行控制，踩下制動踏板后使管路中的油壓迅速達到最高值。具體的控制壓力如圖3、圖4所示。

圖3 有ABS控制的制動輪缸壓力

圖4 無ABS控制的制動輪缸壓力

在制動過程中，對重型汽車行駛穩定性影響較大的車身參數，如簧載質量（即車身）的橫擺角、橫擺角速度、簧載質量的側傾角、俯仰角、車輛的側滑角等參數的瞬態數值變化情況如圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12所示。

圖5 簧載質量的俯仰角

圖6 制動輪的制動壓力

3 仿真結果分析

由圖5簧載質量的俯仰角隨時間變化的關系可以看出，重型汽車行駛中進行緊急制動時，重型汽車簧載質量的俯仰角震蕩有ABS控制時持續時間較長，這與制動管路壓力的控制有關，通過圖6制動輪的制動壓力變化可以看出，有ABS控制時，為了防止車輪制動時抱死，頻繁地對制動管路壓力進行增壓和減壓，壓力震蕩頻率比較大，這也直接導致了圖5中簧載質量俯仰角的震蕩。但俯仰角的變化對行駛穩定性影響不大，對駕駛員的舒適性有一定的影響。

圖7 制動中的車速變化

由圖7可以看出，制動時有ABS控制的車速變化比較平緩，而無ABS控制的車速下降很快，并出現了震蕩，故在緊急制動過程中，無ABS控制時，對駕駛員產生的沖擊更大。由圖8簧載質量（車身）的側傾角變化情況可以看出，無ABS控制時，制動過程中車身的側傾角變化更大，這對重型汽車制動時的穩定性有很大的影響。從圖9和圖10可以看出，無ABS控制時，車身的橫擺角處于失調狀態，橫擺角速度很大，嚴重影響了制動時得汽車穩定性。

圖8 簧載質量（車身）的側傾角

圖9 簧載質量的橫擺角

圖10 簧載質量的橫擺角速度

圖11 車輛的側滑角

圖12 車輛側滑角與路程距離

由圖11中車輛的側滑角與時間及車輛行駛路程的關系可以看出，在制動初期（汽車以70km/h行駛2秒后開始緊急制動），無ABS控制時，發生了較大的側滑角，而這時車速仍較高，微小的車身側滑角就會導致汽車行駛失去穩定性，發生橫向位移，產生甩尾現象。由圖12可以看出，無ABS控制時，汽車行駛約104m停止了運動，但由于側滑角在制動前期車速較高時就出現，因此引起了車身的橫向滑移，車身旋轉了180°；而有ABS控制時，汽車行駛了約158m后停止了運動，此時雖然車身產生了較大的滑移角，但車速基本為零，故對車身姿態基本沒有影響，如圖13中仿真動畫所示。

圖12中，有ABS控制的重型汽車的制動距離為158米，而無ABS控制的僅為104米，有ABS控制時，隨改善了重型汽車的行駛穩定性，但制動距離卻大大增加了，這個重型汽車的行駛安全帶來了很大的影響。

圖13 無ABS控制的車輛出現了180°甩尾

4 結論

利用Trucksim重型汽車動力學仿真軟件，對六輪雙軸重型汽車在低附著路面左右車輪附著系數不一致情況下進行緊急制動的行駛工況進行了仿真研究。通過以上對仿真結果的分析可知：

（1）重型汽車在附著性比較差且左右兩輪所接觸地面的附著系數相差較大的路面行駛時，有 ABS控制的緊急制動，其簧載質量產生的側傾角、橫擺角要遠小于無ABS控制的情況，車身在制動過程中的側滑量也很微小，可以忽略不計；而無ABS控制的重型汽車緊急制動時，失去了行駛穩定性，車身發生了很大的橫向位移，甚至出現了180°的甩尾。因此裝備 ABS的重型汽車可有效改善在低附著系數路面行駛的穩定性。

（2）有ABS控制的重型汽車在低附著路面緊急制動時的制動距離，卻比無ABS控制時的制動距離增加了很多，這對行駛的安全性帶來了不良影響。