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【摘 要】 在软件ADAMS/Car中依照实车参数建立某客车动力学模型，并且根据汽车操纵稳定性试验的相关规定搭建了仿真试验平台。利用软件对该客车模型进行了转向盘角阶跃输入、低速转向回正性能、转向轻便性仿真试验。利用转向盘角阶跃输入仿真试验分析了该客车的不足转向特性，另外依据国家标准QC/T480-1999《汽车操纵稳定性指标限制与评价方法》的规定分别对低速转向回正性能以及轉向轻便性进行了评价计分，证明了客车操纵稳定性能够达到国标的要求。
【关键词】 ADAMS/Car；操纵稳定性；仿真试验
汽车操纵稳定性是考察汽车遵循驾驶员意图行驶能力、操纵轻便程度以及抗外界条件干扰保持稳定行驶能力的重要指标[1]，也是保证高速行驶安全的主要性能。客车作为现代客运业务的主要载体，其行驶安全性一直受到全社会的广泛关注，因此对营运客车进行操纵稳定性分析具有十分重要的现实意义。基于虚拟样机模拟技术建立合理准确的汽车动力学模型，参考仿真试验分析的结果对汽车设计参数进行修改、提高产品性能，可以有效地降低成本、缩短设计周期[2]。
本文基于虚拟样机软件ADAMS/Car软件建立了某客车的多体动力学模型与操纵稳定性仿真试验平台，并在该仿真平台中进行了转向角阶跃输入仿真试验、低速转向回正性能仿真试验和转向轻便性仿真试验，依据国家对操纵稳定性评价的相关标准对试验结果做出分析与评价。
1.搭建仿真试验平台
1.1建立整车动力学模型
在ADAMS/CAR中建立整车模型需要的实车参数可以通过查阅原始设计图纸或者通过计算、试验测量获得。通过路面谱文件设置试验路面的坡度、附着系数和运动线性等外界条件参数。
转向系子系统采用循环球式转向器。对于转向系统而言，影响客车实验过程中机动性与操纵稳定性的重要参数就是传动比[3]。经试验测量，本文所研究的客车左转向传动比约为23.53，右转向传动比约为25.81。轮胎模型采用接近真实情况的Fiala模型[4]，该客车采用的是10R22.5子午线轮胎，通过修改轮胎属性文件中的轮胎自由半径、径向刚度、径向阻尼、名义高度比等参数完成轮胎的建模。
在ADAMS/CAR软件的标准整车装配界面中导入前后悬架子系统模型、转向系子系统模型、制动系子系统模型、传动系子系统模型、车身子系统模型、轮胎子系统模型以及前横向稳定杆子系统模型，完成客车的多体动力学建模（如图1.1），通过不断的试验调试使客车模型与实际车辆更接近。
经验证，与实车试验同样的条件下该客车模型的侧向加速度、横摆角速度、纵向速度以及侧倾角的试验值与实车试验的结果相似度小于10%，曲线走势相对吻合，因此本文所建的某型号客车虚拟模型合理可靠，能够用于该客车的操纵稳定性仿真试验分析。
1.2路面模型
汽车操纵稳定性试验中规定试验场地应为干燥、平坦清洁的水泥混泥土或沥青路面，任意方向坡度不超过0.2%。因此采用二维平整路面作为仿真试验路面模型，定义路面的摩擦系数μ=0.85。
2.客车操纵稳定性仿真分析
2.1转向盘角阶跃仿真试验
转向盘角阶跃试验的目的在于评价汽车的稳态响应特性与瞬态响应特性。试验方法：汽车在平直的路面上以固定的速度行驶一段时间后，给转向盘一个角阶跃输入，保持速度不变，记录横摆角速度和侧倾角的响应情况。以60km/h、80km/h、100km/h作为初始车速，客车模型沿直线行驶1s后，在0.2s内将转向盘从0°转到30°，保持方向盘转角不变，记录仿真试验过程中横摆角速度、侧倾角的变化，如图2.1、2.2所示。
从图2.1中能够看出，车速60km/h时，该车的横摆角速度反应时间是0.68s，横摆角速度超调量是102%，稳定时间1.42s。车速为80km/h时，横摆角速度的反应时间为0.63s，横摆角速度超调量是103%，稳定时间1.45s。车速达到100km/h时，横摆角速度反应时间0.62s，横摆角速度超调量是104%，稳定时间1.78s。三种车速下客车在转向盘阶跃输入后均达到了稳定状态，而且瞬态响应良好。根据转弯半径计算公式（R=V/ω）可以得出随着客车行驶速度的增大，其固定转向盘转角的转弯半径随之增加，说明该客车具有不足转向的特性，即稳定性因素K>0。另外，从图2.2可以看出在固定转向盘转角的情况下，随着车速增加，侧倾角也越来越大，所以为了防止汽车发生侧翻危险，在转向时应该适当的减速。
2.2低速转向回正性能仿真试验
转向回正性能试验是测定汽车自曲线行驶回复到直线行驶的过度过程中自由操纵力输入的基本性能试验。试验方法：客车在平坦的场地上沿半径为15m的圆周行驶，行驶过程中以10km/h的初速连续均匀地增加，当侧向加速度达到4.0m/s2时即松开转向盘，使客车在回正力矩作用下回复到直线行驶，试验过程中记录横摆角速度（图2.3）与侧向加速度（图2.4）的变化。由于国标QC/T480-1999[5]规定总质量超过6吨的客车高速回正不进行评价计分，本文仅对大客车的低速转向回正性能进行仿真分析与评价。
由仿真试验的结果可以计算出该客车的残余横摆角速度绝对值=2.5deg/s，横摆角速度总方差=0.62，根据国标QC/T480-1999对这两个参数进行计分评价，表2.1为低速转向回正性试验评价参数。
残余横摆角速度绝对值评价计分值：
NΔr——低速转向回正性试验残余横摆角速度绝对值评价计分值；Δr60——低速转向回正性试验残余横摆角速度绝对值上限值；Δr100——低速转向回正性试验残余横摆角速度绝对值下限值；Δr——低速转向回正性试验残余横摆角速度试验值。
横摆角速度总方差评价计分：
NE——低速转向回正性试验横摆角速度总方差评价计分值；Er60——低速转向回正性试验横摆角速度总方差上限值；Er100——低速转向回正行试验横摆角速度总方差下限值；Er——低速转向回正性试验横摆角速度总方差试验值。 转向回正性试验综合评价计分：
NH——低速转向回正性试验综合评价计分值。
2.3转向轻便性仿真试验
转向轻便性试验目的在于综合评价客车行驶过程中的稳定性以及乘坐的舒适性。试验方法：汽车以10km/h的稳定车速在试验场地上沿双纽线轨迹行驶（如图1），双纽线轨迹的极坐标方程[6]为L=d（2cosφ）1/2。
在φ=0时，双纽线顶点处的曲率半径最小，其值为Rmin=d/3，双纽线的最小曲率半径应按试验汽车的最小转弯半径乘以1.1倍，并圆整到比此乘积大的一个整数来确定。记录试验过程总的转向盘转矩如图（2.6）、转向盘转角如图（2.7），依据转向力（操舵力）对汽车转向轻便型进行计分评价。
由图2.6、2.7可以看出，客车在试验中的最大转向盘转矩为31N·m，最大转向盘转角为275°，根据国标GT/T6325.5-1994计算得出转向轻便性试验的转向盘平均转向力Fs=85N和最大转向盘转向力Fm=155N，根据国标QC/T480-1999对这两个指标参数进行计分评价，表2.2为转向轻便性试验评价参数。
转向盘平均转向力Fs评价计分值：
NFs——转向轻便性试验转向盘平均转向力评价计分值；Fs60——转向轻便性试验转向盘平均转向力上限值；Fs100——转向轻便性试验转向盘平均转向力下限值；Fs——转向轻便性试验转向盘平均转向力试验值。
转向盘最大转向力Fm评价计分值：
NQ——转向轻便性试验综合评价计分值；ηF=0.6+0.08Ga——与汽车最大总质量（单位为t）相关的加权系数。
3.结论
转向盘角阶跃输入仿真试验、低速转向回正性能仿真试验，转向轻便性仿真试验的结果表明，该客车横摆角速度瞬态响应良好，而且具有不足转向的特性。低速转向回正性能仿真试验的综合评价计分值为77.9分，符合国家标准QC/T480-1999的要求，但是回正能力略有不足。转向轻便性仿真试验的总和评价计分值为73.6分，转向盘平均转向力Fs达到85N，转向盘的最大转向力Fm达到155N，虽然符合国标QC/T480-1999的要求，但是转向盘操纵稍显沉重，需要进行优化。
参考文献：
[1]余志生.汽车理论[M]，北京：机械工业出版社，2001.
[2]周红妮，陶建民.车辆稳定性控制策略研究湖[J].北汽車工业学院学报，2007，21
（1）：26-31
[3]王树凤.汽车操纵稳定性虚拟试验系统研究[D].北京.中国农业大学.2002
[4]孙海涛，陈无畏，王阳阳.横向稳定杆与汽车稳态转向特性关系仿真研究[J].汽车科技.2005.12（4）.12-15
[5] QC/T 480-1999，汽车操纵稳定性指标限制与评价方法.
[6]冯樱，郭一鸣，郑冬黎，等.基于ADAMS的整车建模和操纵稳定性仿真评价[J].湖北汽车工业学院学报，2009.23（3）：7-10.
【关键词】 ADAMS/Car；操纵稳定性；仿真试验
汽车操纵稳定性是考察汽车遵循驾驶员意图行驶能力、操纵轻便程度以及抗外界条件干扰保持稳定行驶能力的重要指标[1]，也是保证高速行驶安全的主要性能。客车作为现代客运业务的主要载体，其行驶安全性一直受到全社会的广泛关注，因此对营运客车进行操纵稳定性分析具有十分重要的现实意义。基于虚拟样机模拟技术建立合理准确的汽车动力学模型，参考仿真试验分析的结果对汽车设计参数进行修改、提高产品性能，可以有效地降低成本、缩短设计周期[2]。
本文基于虚拟样机软件ADAMS/Car软件建立了某客车的多体动力学模型与操纵稳定性仿真试验平台，并在该仿真平台中进行了转向角阶跃输入仿真试验、低速转向回正性能仿真试验和转向轻便性仿真试验，依据国家对操纵稳定性评价的相关标准对试验结果做出分析与评价。
1.搭建仿真试验平台
1.1建立整车动力学模型
在ADAMS/CAR中建立整车模型需要的实车参数可以通过查阅原始设计图纸或者通过计算、试验测量获得。通过路面谱文件设置试验路面的坡度、附着系数和运动线性等外界条件参数。
转向系子系统采用循环球式转向器。对于转向系统而言，影响客车实验过程中机动性与操纵稳定性的重要参数就是传动比[3]。经试验测量，本文所研究的客车左转向传动比约为23.53，右转向传动比约为25.81。轮胎模型采用接近真实情况的Fiala模型[4]，该客车采用的是10R22.5子午线轮胎，通过修改轮胎属性文件中的轮胎自由半径、径向刚度、径向阻尼、名义高度比等参数完成轮胎的建模。
在ADAMS/CAR软件的标准整车装配界面中导入前后悬架子系统模型、转向系子系统模型、制动系子系统模型、传动系子系统模型、车身子系统模型、轮胎子系统模型以及前横向稳定杆子系统模型，完成客车的多体动力学建模（如图1.1），通过不断的试验调试使客车模型与实际车辆更接近。
经验证，与实车试验同样的条件下该客车模型的侧向加速度、横摆角速度、纵向速度以及侧倾角的试验值与实车试验的结果相似度小于10%，曲线走势相对吻合，因此本文所建的某型号客车虚拟模型合理可靠，能够用于该客车的操纵稳定性仿真试验分析。
1.2路面模型
汽车操纵稳定性试验中规定试验场地应为干燥、平坦清洁的水泥混泥土或沥青路面，任意方向坡度不超过0.2%。因此采用二维平整路面作为仿真试验路面模型，定义路面的摩擦系数μ=0.85。
2.客车操纵稳定性仿真分析
2.1转向盘角阶跃仿真试验
转向盘角阶跃试验的目的在于评价汽车的稳态响应特性与瞬态响应特性。试验方法：汽车在平直的路面上以固定的速度行驶一段时间后，给转向盘一个角阶跃输入，保持速度不变，记录横摆角速度和侧倾角的响应情况。以60km/h、80km/h、100km/h作为初始车速，客车模型沿直线行驶1s后，在0.2s内将转向盘从0°转到30°，保持方向盘转角不变，记录仿真试验过程中横摆角速度、侧倾角的变化，如图2.1、2.2所示。
从图2.1中能够看出，车速60km/h时，该车的横摆角速度反应时间是0.68s，横摆角速度超调量是102%，稳定时间1.42s。车速为80km/h时，横摆角速度的反应时间为0.63s，横摆角速度超调量是103%，稳定时间1.45s。车速达到100km/h时，横摆角速度反应时间0.62s，横摆角速度超调量是104%，稳定时间1.78s。三种车速下客车在转向盘阶跃输入后均达到了稳定状态，而且瞬态响应良好。根据转弯半径计算公式（R=V/ω）可以得出随着客车行驶速度的增大，其固定转向盘转角的转弯半径随之增加，说明该客车具有不足转向的特性，即稳定性因素K>0。另外，从图2.2可以看出在固定转向盘转角的情况下，随着车速增加，侧倾角也越来越大，所以为了防止汽车发生侧翻危险，在转向时应该适当的减速。
2.2低速转向回正性能仿真试验
转向回正性能试验是测定汽车自曲线行驶回复到直线行驶的过度过程中自由操纵力输入的基本性能试验。试验方法：客车在平坦的场地上沿半径为15m的圆周行驶，行驶过程中以10km/h的初速连续均匀地增加，当侧向加速度达到4.0m/s2时即松开转向盘，使客车在回正力矩作用下回复到直线行驶，试验过程中记录横摆角速度（图2.3）与侧向加速度（图2.4）的变化。由于国标QC/T480-1999[5]规定总质量超过6吨的客车高速回正不进行评价计分，本文仅对大客车的低速转向回正性能进行仿真分析与评价。
由仿真试验的结果可以计算出该客车的残余横摆角速度绝对值=2.5deg/s，横摆角速度总方差=0.62，根据国标QC/T480-1999对这两个参数进行计分评价，表2.1为低速转向回正性试验评价参数。
残余横摆角速度绝对值评价计分值：
NΔr——低速转向回正性试验残余横摆角速度绝对值评价计分值；Δr60——低速转向回正性试验残余横摆角速度绝对值上限值；Δr100——低速转向回正性试验残余横摆角速度绝对值下限值；Δr——低速转向回正性试验残余横摆角速度试验值。
横摆角速度总方差评价计分：
NE——低速转向回正性试验横摆角速度总方差评价计分值；Er60——低速转向回正性试验横摆角速度总方差上限值；Er100——低速转向回正行试验横摆角速度总方差下限值；Er——低速转向回正性试验横摆角速度总方差试验值。 转向回正性试验综合评价计分：
NH——低速转向回正性试验综合评价计分值。
2.3转向轻便性仿真试验
转向轻便性试验目的在于综合评价客车行驶过程中的稳定性以及乘坐的舒适性。试验方法：汽车以10km/h的稳定车速在试验场地上沿双纽线轨迹行驶（如图1），双纽线轨迹的极坐标方程[6]为L=d（2cosφ）1/2。
在φ=0时，双纽线顶点处的曲率半径最小，其值为Rmin=d/3，双纽线的最小曲率半径应按试验汽车的最小转弯半径乘以1.1倍，并圆整到比此乘积大的一个整数来确定。记录试验过程总的转向盘转矩如图（2.6）、转向盘转角如图（2.7），依据转向力（操舵力）对汽车转向轻便型进行计分评价。
由图2.6、2.7可以看出，客车在试验中的最大转向盘转矩为31N·m，最大转向盘转角为275°，根据国标GT/T6325.5-1994计算得出转向轻便性试验的转向盘平均转向力Fs=85N和最大转向盘转向力Fm=155N，根据国标QC/T480-1999对这两个指标参数进行计分评价，表2.2为转向轻便性试验评价参数。
转向盘平均转向力Fs评价计分值：
NFs——转向轻便性试验转向盘平均转向力评价计分值；Fs60——转向轻便性试验转向盘平均转向力上限值；Fs100——转向轻便性试验转向盘平均转向力下限值；Fs——转向轻便性试验转向盘平均转向力试验值。
转向盘最大转向力Fm评价计分值：
NQ——转向轻便性试验综合评价计分值；ηF=0.6+0.08Ga——与汽车最大总质量（单位为t）相关的加权系数。
3.结论
转向盘角阶跃输入仿真试验、低速转向回正性能仿真试验，转向轻便性仿真试验的结果表明，该客车横摆角速度瞬态响应良好，而且具有不足转向的特性。低速转向回正性能仿真试验的综合评价计分值为77.9分，符合国家标准QC/T480-1999的要求，但是回正能力略有不足。转向轻便性仿真试验的总和评价计分值为73.6分，转向盘平均转向力Fs达到85N，转向盘的最大转向力Fm达到155N，虽然符合国标QC/T480-1999的要求，但是转向盘操纵稍显沉重，需要进行优化。
参考文献：
[1]余志生.汽车理论[M]，北京：机械工业出版社，2001.
[2]周红妮，陶建民.车辆稳定性控制策略研究湖[J].北汽車工业学院学报，2007，21
（1）：26-31
[3]王树凤.汽车操纵稳定性虚拟试验系统研究[D].北京.中国农业大学.2002
[4]孙海涛，陈无畏，王阳阳.横向稳定杆与汽车稳态转向特性关系仿真研究[J].汽车科技.2005.12（4）.12-15
[5] QC/T 480-1999，汽车操纵稳定性指标限制与评价方法.
[6]冯樱，郭一鸣，郑冬黎，等.基于ADAMS的整车建模和操纵稳定性仿真评价[J].湖北汽车工业学院学报，2009.23（3）：7-10.