鄧 建, 鄒月英, 歐學(xué)昊, 蔣 正, 王守太

(中通客車股份有限公司, 山東 聊城 252000)

汽車操縱穩(wěn)定性不僅影響汽車駕駛的操縱方便程度,而且是決定汽車高速安全行駛的一個(gè)主要性能[1]。國(guó)內(nèi)旅游客車運(yùn)行工況多為高速、山區(qū),對(duì)操縱穩(wěn)定性能要求較高,因此操穩(wěn)性是旅游客車開發(fā)中重點(diǎn)關(guān)注的性能之一。

通過商業(yè)仿真軟件搭建整車動(dòng)力學(xué)模型,可以仿真車輛側(cè)翻[2]、動(dòng)力[3]、制動(dòng)[4]、操穩(wěn)[5-7]等測(cè)試工況,輸出仿真動(dòng)畫及所需的數(shù)據(jù)及曲線,能夠較好地模擬車輛的實(shí)際駕駛特性,是車輛性能研發(fā)的重要工具。

本文以某旅游客車作為研究對(duì)象,提出兩種不同懸架方案,通過商業(yè)仿真軟件搭建參數(shù)模型和仿真分析:依據(jù)GB/T 6323—2014[8]設(shè)置穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)、蛇形試驗(yàn)及轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)的輸入工況,由商業(yè)仿真軟件進(jìn)行仿真后,對(duì)相應(yīng)輸出結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,然后基于QC/T 480—1999[9]驗(yàn)證操穩(wěn)性能優(yōu)劣,為產(chǎn)品操縱穩(wěn)定性開發(fā)提供參考。

1 模型建立

某旅游客車的主要參數(shù)見表1。對(duì)車輛的簧上質(zhì)量、空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)、輪胎、動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)等子總成模塊進(jìn)行參數(shù)搭建,其中兩種懸掛系統(tǒng)方案的區(qū)別見表2。

表1 車輛主要參數(shù)

表2 兩種方案對(duì)比

2 操穩(wěn)性指標(biāo)仿真對(duì)比分析

2.1 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)

穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)主要評(píng)價(jià)車輛的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性及車身側(cè)傾特性。本工況仿真選擇定方向盤轉(zhuǎn)角連續(xù)加速法,設(shè)置車輛沿半徑為15 m的圓周路徑勻速達(dá)到穩(wěn)定后緩慢勻加速(縱向加速度小于0.25 m/s2),直至達(dá)到最大側(cè)向加速度后停止。

將商業(yè)仿真軟件輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,前后軸側(cè)偏角與側(cè)向加速度關(guān)系曲線如圖1所示;側(cè)傾角與側(cè)向加速度關(guān)系曲線如圖2所示;不足轉(zhuǎn)向度與評(píng)分關(guān)系曲線如圖3所示;評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)分見表3。

圖1 前后軸側(cè)偏角與側(cè)向加速度關(guān)系曲線

圖2 側(cè)傾角與側(cè)向加速度關(guān)系曲線

圖3 不足轉(zhuǎn)向度與評(píng)分關(guān)系曲線

表3 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)分

由圖1可知,在達(dá)到中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)之前,方案1與方案2的前后軸側(cè)偏角之差隨著側(cè)向加速度的增加而增加,車輛具有不足轉(zhuǎn)向特性;當(dāng)曲線斜率為0時(shí),車輛處于中性轉(zhuǎn)向,再經(jīng)側(cè)向加速度增加,前后軸側(cè)偏角之差減小,斜率為負(fù),車輛呈現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向。

由圖1和表3可以看出,方案2在中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)時(shí)側(cè)向加速度更大,中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)側(cè)向加速度評(píng)分更高,穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向安全性更好。

適當(dāng)?shù)牟蛔戕D(zhuǎn)向度能夠使駕駛員清晰地感知車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài),提升行駛穩(wěn)定性[10]。由圖3可知,不足轉(zhuǎn)向度一般設(shè)計(jì)在0.5～0.6之間最好,越趨于此范圍評(píng)分越高。由表3可知,方案2的不足轉(zhuǎn)向度評(píng)分更好。

由圖2可知,側(cè)向加速度相同時(shí),方案2的車身側(cè)傾角更小,抗側(cè)傾能力更強(qiáng)。

綜上,方案2的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)綜合評(píng)價(jià)更好。

2.2 蛇形試驗(yàn)

蛇形試驗(yàn)可以表征車輛在快速變道、避障或緊急情況下的穩(wěn)定性和控制能力。設(shè)置標(biāo)樁間距為50 m,車輛以基準(zhǔn)車速50 km/h勻速通過標(biāo)樁路段。將商業(yè)仿真軟件輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,輸出橫擺角速度、方向盤轉(zhuǎn)角與時(shí)間的關(guān)系曲線如圖4和圖5所示;評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)分見表4。

圖5 方向盤轉(zhuǎn)角與時(shí)間關(guān)系曲線

表4 蛇形試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)分

由圖4、圖5、表4可知,平均橫擺角速度峰值與平均方向盤轉(zhuǎn)角峰值越小,蛇形試驗(yàn)評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)越高。因兩個(gè)方案的蛇形試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)僅有細(xì)微差別,所以兩種方案的蛇形試驗(yàn)性能評(píng)價(jià)基本一致。

2.3 轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)

轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)反映了車輛在轉(zhuǎn)向輸入時(shí)的響應(yīng)速度及穩(wěn)定性。車輛在勻速直線行駛時(shí)突施穩(wěn)定側(cè)向加速度為2 m/s2的轉(zhuǎn)角,方向盤與車速均保持不變。將商業(yè)仿真軟件輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,橫擺角速度、側(cè)向加速度、側(cè)傾角與時(shí)間的關(guān)系曲線分別如圖6、圖7、圖8所示;評(píng)價(jià)指標(biāo)見表5。

圖6 橫擺角速度與時(shí)間關(guān)系曲線

圖7 側(cè)向加速度與時(shí)間關(guān)系曲線

表5 轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)

由圖6與表5可知,方案2雖然橫擺角速度超調(diào)量更大一些,但橫擺角速度響應(yīng)時(shí)間與橫擺角速度峰值響應(yīng)時(shí)間都更小,車輛的操控性能以及駕駛安全性更好。由圖8可知,在相同側(cè)向加速度下,方案2的側(cè)傾角更小,意味著方案2的抗側(cè)傾能力更強(qiáng)。

由表5可知,方案2的總方差更小一些,較小的橫擺角速度總方差以及側(cè)向加速度總方差意味著車輛在橫擺運(yùn)動(dòng)時(shí)更加穩(wěn)定,駕駛員會(huì)有更平穩(wěn)的轉(zhuǎn)向體驗(yàn)。

“汽車因素”TB由橫擺角速度峰值響應(yīng)時(shí)間乘以穩(wěn)態(tài)側(cè)傾角求得,該數(shù)值綜合反映了以上兩種參數(shù)大小,由于方案2峰值響應(yīng)時(shí)間以及穩(wěn)態(tài)側(cè)傾角都更小,所以其“汽車因素”TB數(shù)值更小,操穩(wěn)性能更好。

綜上,方案2的轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)綜合評(píng)價(jià)更好。

3 結(jié)束語

本文以某旅游客車作為研究對(duì)象,對(duì)兩種技術(shù)方案分別搭建整車模型,通過穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)、蛇形試驗(yàn)及轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn),對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行操穩(wěn)對(duì)比。結(jié)果表示,方案2的操縱穩(wěn)定性能更優(yōu),可為產(chǎn)品后續(xù)開發(fā)提供參考。