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摘要：隨著汽車工業的發展，商用車消費者對車輛的各項性能也有了更高的要求，不僅要求車輛具備良好的動力性和經濟性，還要求車輛具有優異的操縱穩定性與安全性，其中轉向回正是整車操縱穩定性的一個重要性能指標。文章采用ADAMS分析軟件，建立整車多體動力學模型，依據汽車操縱穩定性試驗方法，對整車轉向回正性能進行動力學仿真分析，并運用分析結果對相關系統進行優化設計，提升整車的轉向回正性能的同時，也有效縮短整車的開發驗證周期。

關鍵詞：轉向回正性能；動力學仿真；優化設計；輕卡；ADAMS

隨著經濟的迅速發展，商用汽車在日常生活、工作和生產中的作用越來越重要。同時，駕乘人員，特別是青年人對整車的舒適性、操縱穩定性和安全性的要求也越來越高，諸如轉向回正等得到越來越多的重視。對于設計人員來說，在產品的設計開發之初，就應該對汽車系統動力學進行深入研究，利用ADMAS/Car軟件對系統進行動力學仿真，不僅能夠有效提升整車性能，同時也會大大縮短開發驗證周期。目前對整車操縱穩定性的研究、測試和評價主要從三個維度進行：（1）通過專業的主觀評價工程師進行實車試驗，按照標準的評價體系，對汽車的運動特性進行研究并給予主觀評價；（2）通過客觀試驗（包括場地試驗和模擬實驗），按照國家標準及行業標準要求，測量開環和閉環條件下汽車的主要觀測量，研究汽車及人-車-路閉環系統的特性，并結合試驗數據進行分析和客觀評價；（3）通過建立整車動力學仿真模型和人-車閉環系統模型，利用ADMAS/Car仿真軟件來研究分析和評價汽車的操縱穩定性[1]。利用多體系統動力學理論建立多自由度汽車動力學模型，進行整車動力學仿真分析，成為整車操縱穩定性分析及優化提升的重要方法。本文以某輕型卡車為仿真分析對象，采用了ADAMS/Car仿真分析軟件的整車模塊、懸架模塊、底盤模塊、輪胎模塊、解算器模塊和后處理模塊，建立了前后懸架均是鋼板彈簧非獨立懸架的整車動力學仿真模型，進行了整車轉向回正性能分析，并對分析結果進行迭代優化，將分析結論用于相關系統的優化設計，并在后續的實車測試、驗證及評價中得到了驗證[2]。

1基于ADAMS/Car的整車動力學模型的建立

根據ADAMS/Car的建模理論，在ADAMS/Car模塊分別建立整車的各項模板和子系統，并根據各子系統之間的通訊器匹配關系，裝配成整車模型。ADAMS/Car整車建模流程如圖1所示。其中，建模的難點是前后鋼板彈簧模型的建立，雖然鋼板彈簧結構簡單，但在ADAMS中模擬鋼板彈簧并不是簡單的工作。本文運用ADAMS/Chassis模塊中的板簧編輯功能創建鋼板彈簧。車輛結構及主要設計參數如表1、表2所示，作為整車建模的參考。以前懸架模型建立為例。用ADAMS/Chassis模塊中的LeafSpring創建鋼板彈簧模型，如圖2所示。前懸架模型可抽象為以下部件：前軸、左/右轉向節、左/右輪轂、左/右減振器、節臂、轉向橫拉桿、左/右限位塊，建立好的前懸架模型如圖3所示。之后對后鋼板彈簧、后懸架、輪胎、車身、動力總成等進行依次建模，在標準模式（standardinterface）下將上述所建各子系統模型與整車測試平臺（MDI_SDI_TESTRIG）組裝在一起，得到整車操縱穩定性動力學仿真模型，如圖4所示。

2整車轉向回正性能仿真分析

2.1轉向回正概念

轉向回正是汽車轉向后能否主動恢復直線行駛趨勢的一種重要性能，主要關注汽車瞬態響應特性。轉向回正特性是表征汽車操縱穩定性的一個重要特性，良好的轉向回正性能可有效提升整車的操縱品質和駕駛感覺。

2.2轉向回正仿真

2.2.1轉向回正試驗方法。依據GB/T6323—2014汽車操縱穩定性試驗方法的相關規定，試驗汽車直線行駛，記錄各測量變量零線，然后調整轉向盤轉角，使汽車沿半徑為15m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，駕駛員突然松開轉向盤并做標記，至少記錄松手后4s的汽車運動過程。記錄時間內加速踏板位置保持不變[3]。2.2.2仿真結果。對整車橫擺角速度進行觀測記錄，生成曲線如圖5所示。根據QC/T480—1999汽車操縱穩定性指標限值與評價方法[4]，結合仿真分析結果數據，計算出轉向回正性能仿真及試驗評價計分表如表3、表4所示。小結：當方向盤撒手時轉向盤轉角曲線、整車側向加速度曲線、橫擺角速度曲線均經過一定時間后進入穩定狀態，符合轉向回正試驗要求，仿真結果與試驗結果較接近，但轉向回正性能較差，同時由于整車阻尼、摩擦等一些誤差的原因導致橫擺角速度總方差的仿真結果與試驗結果存在一定偏差。

3整車轉向回正性能優化及仿真

結合實車試驗情況，分析影響整車轉向回正性能的主要因素，重點對液壓轉向機背壓及主銷后傾角開展仿真分析及試驗驗證。

3.1改變液壓轉向機背壓

經試驗測量，液壓轉向器初始背壓為0.9MPa，分別對轉向器的背壓加大20%（調整為1.08MPa）、減小20%（調整為0.72MPa）進行仿真，車輛的橫擺角速度仿真曲線如圖6所示，圖中為原車初始狀態，轉向機背壓加大20%，轉向機背壓減小20%時的橫擺角速度。根據QC/T480—1999汽車操縱穩定性指標限值與評價方法，結合仿真分析結果數據，計算出改變液壓轉向機背壓轉向回正性能仿真評價計分表如表5所示。小結：適當減小轉向機背壓能提高整車的轉向回正性能。

3.2改變主銷后傾角

車輛轉向軸的主銷后傾角為2°，分別將主銷后傾角加大至3°、減小至1°進行仿真，車輛的橫擺角速度仿真曲線如圖7所示。根據QC/T480—1999汽車操縱穩定性指標限值與評價方法，結合仿真分析結果數據，計算出改變主銷后傾角轉向回正性能仿真評價計分表如表6所示。小結：增大主銷后傾角能提高整車的轉向回正性能。

3.3改進后實車驗證

通過上述仿真，適當減小轉向機背壓及增大主銷后傾角，都能使轉向回正性能提高，根據此結論對實車進行了結構改進（主銷后傾角增加到3°，同時轉向機背壓減小20%），表7為操穩試驗結果數據。小結：通過仿真分析適當減小轉向機背壓并增大主銷后傾角，整車回正性能大幅提升，綜合評分達到65.3，滿足國標要求。

4總結

本文依據多體動力學的基本理論和仿真分析方法，利用ADAMS/Car模塊建立了某輕卡的多體動力學模型，并依據國標的相關要求，對整車進行了轉向回正性能仿真分析，明確設計優化方向，并進行實車驗證。（1）在ADAMS/Car模塊中，按照整車建模流程，建立了前后懸架、前后板簧、轉向系、前后輪胎、車身、動力系統模型，并生成了系統，最后裝配成轉向回正模型，為下一步仿真打下基礎。（2）對整車進行轉向回正仿真分析，仿真結果同試驗結果基本一致，轉向回正性能較差，需優化提升。（3）結合以上仿真結果，對影響該車型轉向回正的主要因素進行分析，并提出優化方案。仿真結果表明，適當減小轉向機背壓并增大主銷后傾角后回正性能提升；最后通過實車驗證，轉向回正性能提升到65.3分，滿足國標要求，整車回正性能得到大幅提升；但主銷后傾角的增大會帶來其他問題，如輪胎磨損過度等，需結合整車可靠性試驗進一步確定。

參考文獻

[1]余志生.汽車理論[M].4版.北京:機械工業出版社,2006.

[2]尹漢琪,黃秀玲,唐亞麗,等.基于ADAMS的汽車操縱穩定性仿真分析[J].機械制造,2015,53(2):17-20.

[3]全國汽車標準化技術委員會.汽車操縱穩定性試驗方法:穩態回轉試驗:GB/T6323—2014[S].北京:中國標準出版社,2014.

[4]長春汽車研究所.汽車操縱穩定性指標限值與評價方法:QC/T480—1999[S].北京:中國標準出版社,1999.

作者:盧威 王印 張旭 單位:陜西汽車集團股份有限公司