重型汽车转向制动稳定性的仿真研究

2020年12月Dec. ,2020
第36卷第6期
Vol. 36 , No. 6滨州学院学报JournalofBinzhou University 【工程与技术研究】
重型汽车转向制动稳定性的仿真研究
贾会星
（滁州职业技术学院机械与汽车工程学院，安徽滁州239000）
摘要：利用Trucksim 重型汽车动力学仿真软件，对某款重型汽车在弯道转向行驶时紧急 制动的行驶工况进行了仿真研究。

通过仿真发现重型汽车在弯道转向行驶紧急制动时,衡量汽 车行驶稳定性的重要参数，车身的横摆角、俯仰角、侧倾角、横摆角速度、车身重心的横向加速度， 在有ABS 控制的情况下其数值变化比无ABS 控制的减少显著；重型汽车在弯道转向行驶紧急 制动时，有ABS 控制的制动距离也显著缩短。

重型汽车在弯道转向紧急制动时进行ABS 控制, 能显著改善重型汽车行驶的安全性和稳定性。

关键词：重型汽车；行驶稳定性；转向制动；Trucksim
中图分类号：U 469.2 文献标识码：A DOI ：10.13486/ki. 1673- 2618.2020.06.009重型汽车由于装载质量大，运输效率高，在公路运输中应用广泛，但由于其重心高，工作环境差，行驶 中容易失去稳定性发生侧翻事故％重型汽车行驶中失去稳定性，常常是由于行驶时遇到紧急状况，躲避障 碍物进行紧急转向制动造成的，因此对重型汽车进行紧急转向制动研究有一定的实用价值％重型汽车转 向制动过程十分复杂，如果仅通过微分方程求解，难度较大且精度不高；若通过实车实验，考虑到成本和安 全性的原因，实施困难且耗时较长％目前很多汽车动力学仿真软件在复杂的数学模型基础上，通过大量实 车试验数据修正，使仿真结果接近于实车试验且使用方便，有效降低了研究成本，提升了研发效率％本文 拟利用TruckSim 车辆动力学的仿真软件对重型汽车转向行驶中紧急制动的瞬态进行研究％
TruckSim 软件是由美国机械仿真公司（Mechanical Simulation Corporation ，简称MSC,专门研究汽 车动力学软件的专业公司）开发的专为卡车、客车和挂车动态仿真开发的工业仿真软件。

TruckSim 提供 的车型种类几乎涵盖了世界上大部分卡车和客车。

由于软件操作的方便性与仿真的实时性，TruckSim 成 为许多汽车制造商及研发单位的有力工具，被广泛应用于现代汽车系统的开发12 % TruckSim 集成了建 模、仿真、分析的软件包，专门针对车辆动力学的仿真软彳，可用于中型到重型的卡车、客车和挂车的动力 学特性仿真和分析36）%其仿真程序中有经过实验得到的经验数据，因此仿真模型的精确度高，仿真结果 误差小，有一定的实用价值78 %
1重型汽车仿真模型的建立
利用Trucksim 软件，构建重型汽车整车动力学模型，结合重型汽车的行驶中紧急转向制动工况，设收稿日期=2020 - 11 -07
基金项目：安徽省高校自然科学研究重点项目（KJ2018A0836）；安徽省高校优秀青年人才支持计划项目 （gxyq2017222）
作者简介:贾会星（1978-），男，安徽来安人，副教授，硕士，主要从事汽车行驶稳定性研究％E-mail ：jiahuixing_0@163. com
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置相应的仿真环境参数和行驶路面参数。

1.1整车结构参数
为了提高仿真模型的精确性，选用Trucksim软件中经过验证的重型汽车模型，前轮单轮转向，后轮为双轮驱动的箱式卡车，仿真中设置汽车为空载，其主要结构参数为：汽车车身侧倾惯量2283.9kg・m2、俯仰惯量35402.8kg•m2、横摆惯量34802.6kg•m2、簧载质量4455kg、前桥非簧载质量570kg、后桥非簧载质量735kg、前桥侧倾'335kg・m2、前右车轮旋转10kg・m2、后桥侧倾/横摆285kg・m2、后桥左/右车轮旋转惯量20kg・m2、前轮轮距2030mm、后轮内侧车轮轮距1850mm、前后轴距5000mm、重心距地面的距离1175mm、重心距前轴的距离1100mm,整车车身长为6800mm、宽为2438mm、高为2800mm。

1.2轮胎参数
仿真模型中考虑了轮胎的变形影响，轮胎的具体参数值为：轮胎宽度265mm、轮胎自由半径520mm、轮胎滚动半径510mm、轮胎刚度980N/mm、轮胎最大载荷30000N。

1.3路面参数
仿 重型汽车行驶的路面设置为半径500英尺（约152.4m）的水平附着良好的环形单车道，附着Y0.85，长度950m。

2制动过程的仿真
设定仿真汽车初速度为70km/h，在圆形道路中进行转向行驶，行驶2s后，进行紧急制动，以此来模拟重型汽转动工况。

制动时，一种是对制动管路的制动油压进行控制，使其在轮滑移率在15%〜20%左右，即模拟了ABS系统对制动管路进行控制；另一种对制动管路的进行控制，踩下制动踏板后使管路中的迅速达到最高值。

制动过程中转向轮角度的变况如图1所示，簧载质量（即车身）的角、侧倾角、横摆角速度的变况如图2〜4所示，簧载质量重心的横向加速度变化情况如图5所示，两种制动方式下的制动距离如图6所示。

00.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0
Time•s
图1转向轮角度对比图2簧载质量横摆角对比
3仿真结果分析
3.1转向轮转角对比分析
由图1两种制动方式下转向轮角度对比可以看出，在重型汽车行驶2s后开始进行制动，有ABS控制的转向轮转向角可以由员操作控制，其数值在较小的范围内随着车速变变化;无ABS控制的转轮转向角在制动过程断增大，当车轮后，转向角在一个值 变，这时转向轮失去转向能力，驾驶员无法对转向角进行操作控制；转向轮失去转向能力后，汽车无着
迹行驶，，造成危险事故，如图7仿真动画演示结果所示。

3.2车身参数值对比分
由图2、图3可以看出，重型汽车在弯道行驶紧急制动时，有ABS控制的重型汽车车身横摆角、侧倾・60・
第6期贾会星重型汽车转向制动稳定性的仿真研究角的变化幅度远小于没有ABS 控制的情形%图4中横摆角速度有ABS 控制的在制动前期有较大波动， 主要是对车轮滑移率控制时，对制动轮制动力控制造成的，后期可以看出有ABS 控制的车身横摆角速度 比无ABS 控制的要小％汽车车身横摆角、侧倾角、横摆角速度是衡量汽车行驶稳定性的重要 ，数值越 小，行驶稳定性越好。

由图2〜4可知，有ABS 控制的重型汽车在弯道行驶制动时其行驶稳定性更好％由 图5可以看出，有ABS 控制的重型汽车弯道制动时车身重心的横向加速度远小于无ABS 控制的横向加 速度；车身重心的横向加速度能反映出汽车行驶的稳定性，故可以得出有ABS 控制的重型汽车弯道制动 时，稳定性更好％
图3簧载质量侧倾角对比图4簧载质量横摆角速度对比
图5簧载质量重心横向加速度对比图6制动距离的对比
Longitudinal Speed vs.Station -转向制动稳定性Longitudinal Speed-km/h “ 11 V Vehicle total CG;Brake in TumjABS ■ Vehicle total CG;Brake in Tum;no ABS
6-
4-
2
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Station (path) at vehicle origin-m 3.3制动距离对比分析
图6的制动距离仿真结果可以看出，有ABS 控制的重型汽车弯道制动时，其制动距离更短，仿真过程 中，当仿真汽车以70 km/h 初速进行制动时，有ABS 控制时其制动距离约67 m,没有ABS 控制的制动距 离约70 m,缩短了近3 m %由图7仿真过程的动画演示可以看出，有ABS 控制的重型汽车保持在车道中 线行驶，制动距离更短，而无ABS 控制的重型汽车已滑离了车道，并且制动距离更长％4结论
本文利用Trucksim 重型汽车动力学仿真软件，对某款重型汽车在弯道行驶时进行紧急制动的行驶 工况进行了仿真研究％通过对仿真结果的分析可知：（1）重型汽车在弯道紧急制动时，有ABS 控制的转向 轮转向角变化可以控制在较小的范围内随着车速而变化;无ABS 控制的转向轮转向角在制动过程中不断 增大，当车轮抱死后维持在定值无法改变，会使重型汽车转向轮失去转向能力；导致重型汽车滑出车道，造
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成危险事故％故重型汽车在弯道紧急制动时，有ABS控制可显著改善汽车行驶的安全性％(2)重型汽车在弯道紧急制动时，衡量汽车行驶稳定性的重要参数，车身的横摆角、侧倾角、横摆角速度、车身重心的横向加速度，在有ABS控制的情况下其数值变化比无ABS控制的减少显著。

(3)当仿真的重型汽车以70km/h初速在半径为500英尺(约152.4m)的弯道上行驶2s后进行紧急制动时，有ABS控制的制动距离比没有ABS控制的制动距离缩短了约3m。

重型汽车在弯道紧急制动时，有ABS控制可显著缩短制动距离％
综上所述，重型汽车在弯道紧急制动时进行ABS控制，能显著改善重型汽车行驶的安全性和稳定性％参考文献：
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Simulation Research on Steering and Braking Stability of Heavy Truck
JIA Hu-xing
(Departmentof Mechanicaland AutomotiveEngineering#
Chu>houPolytechnic#Chu>hou239000#China)
Abstract:By using Trucksim heavy vehicle dynamics simulation software,the driving condition of e­mergency braking of a heavy vehicle when steering in a curve is simulated.Through the simulation,it is found that the important parameters to measure the driving stability of heavy-duty vehicles in cornering are yaw angle,pitching angleroll angle,yaw rate and lateral acceleration of body center of gravity,which are more significantly reduced with ABS control than those without ABS control.Heavy vehicle is in e­mergency braking when steering in curves，which is controlled by ABS,and the braking distance is also significantly reduced.It is concluded that the safety and stability of heavy vehicle can be significantly im­proved by ABS control when the heavy vehicle is in emergency braking in the curve.
Key words：heavy vehicle；driving stability；steering brake；Trucksim
(责任编辑：贾晶晶)•62•。