基于TruckSim的商用車操穩性能驗證

周兵兵，楊志剛，方慧平

（陜西重型汽車有限公司 汽車工程研究院，陜西 西安 710000）

1 前言

隨著汽車保有量的逐年增加，汽車特別是重型商用車的安全性能越來越受到社會的關注，相關的行業法規標準（GB 7258、JT 1178）日益加嚴，對商用車安全性能提出了更為嚴苛的要求。整車的操縱穩定性作為汽車行駛安全的主要組成部分，反應的是汽車遵循駕駛員操縱意圖，并抵抗外界干擾保持穩定行駛的能力[1]。優良的整車操穩性能是保證行車及極限運動狀態下的車輛安全的基本保證，是汽車產品設計開發中重點關注的性能方向之一。

本文以某重型商用車為研究對象，通過行業主流軟件TruckSim建立其多體動力學模型，在此基礎上依據GB 6323試驗方法對所建立的整車虛擬樣機模型進行穩態回轉、低速回正、蛇形繞樁性能仿真，并對仿真結果進行分析，驗證其是否滿足設計要求，為下一步產品開發工作提供理論依據。

2 TruckSim整車多體動力學建模方法

TruckSim是專門針對車輛動力學開發的性能仿真軟件，其采用模塊化的設計理念，用戶只需在對應的車輛子系統模塊中輸入已定義好的參數值，即可快速完成整車及系統虛擬樣機建模，大大加速和簡化了產品建模的步驟和效率。因此被廣泛應用于汽車操穩、制動、平順及控制系統開發等方向。強大的后處理模塊，能夠直觀逼真地反映車輛實際路況表現，還原車輛關鍵系統性能，幫助設計人員快速定位開發問題，制定性能解決方案。TruckSim軟件的求解器Solver的工作流程如圖1所示[2]。

圖1 求解器Solver工作流程圖

3 整車操穩模型建立與仿真驗證

3.1 模型建立

按照Trucksim軟件各模塊參數定義，完成動力系統、轉向系統、懸架系統、駕駛室、輪胎、制動、鞍座等各子系統建模，整車主要性能參數見表1，建立的重型商用車多體動力學模型見圖2。

表1 整車性能參數

圖2 整車操穩性能仿真模型

3.2 操穩性能仿真分析

3.2.1 穩態回轉性能

整車穩態回轉性能仿真主要考察車輛不足轉向度、車身側傾角等性能指標。從汽車設計角度來說，車輛應具有適當的不足轉向度。利用建立好的某重型商用車多體動力學模型，參考GB6323整車操穩試驗測試方法，通過定義軟件內部的仿真事件控制方式，完成車輛操穩性能分析，分析結果見圖3、圖4。

從圖3可以看出，0.2g處的車輛的不足轉向度為0.05，說明車輛具有適當的不足轉向度。圖4顯示車輛側向加速度達到0.2g時，車身的側傾角為-0.7度，滿足設計要求。

圖3 車輛不足轉向度隨側向加速度變化規律

圖4 車身側傾角隨側向加速度變化規律

3.2.2 低速回正性能

該項指標主要考察車輛的低速回正特性，是對車輛動態狀態下車輪定位參數、軸荷分布及轉向系統是否設計合理的綜合考察，是操穩性能的關鍵考察項。圖5給出了從方向盤撒手3s后，車輛的橫擺角速度殘余值的變化規律。從圖中可以看出，3s后車輛的橫擺角速度值為20/s，車輛已經基本回正且具有較小的橫擺角速度值，該項指標滿足設計要求。

圖5 車輛低速回正橫擺角速度隨時間變化規律

3.2.3 蛇形繞樁性能

蛇形繞樁試驗主要考察車輛急劇轉向能力、大側向加速度工況的抗側翻、側滑能力[3]。圖6給出了車身側傾角變化曲線。圖7給出了相應的車輛橫擺角速度響應值，從圖中可計算出整個蛇形繞樁仿真中車輛橫擺角速度平均峰值為9.20/s，車輛側傾角平均峰值為0.78度，該值亦滿足設計指標要求。

圖6 車身側傾角變化曲線

圖7 蛇形仿真車輛的橫擺角速度變化規律

4 結束語

本文以某重型商用車為研究對象，利用TruckSim軟件建立其多體動力學模型，并參考GB6323操穩性能試驗方法進行了穩態回正、低速回正及蛇形繞樁仿真分析。仿真結果表明，所開發的整車操穩指標均達到設計要求，為后續產品的性能集成提供了依據。