基于ADAMS的电动汽车操纵稳定性分析

0引言
汽车操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者的意志通过汽车转向系及转向车轮按给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力[1]。

本文利用虚拟样机软件Adams/car 对某国产电动车建立整车模型，在此模型基
础上按照汽车行业标准《汽车操纵稳定性试验方法》[2]
进行稳态回转和转向角阶跃仿真试验，并根据《汽车操纵稳定
性指标限值与评价方法》[3]
对所得结果数据进行评价分析。

1整车动力学模型建立
Adams/car 中建立模型的流程为：模板———子系统———装配体[4]。

本文的建模步骤如下：
①该电动车选用的前悬架是麦弗逊式悬架，本文仅对弹性元件柔性体建模，其余部件视作刚体模型。

②后悬架采用扭力梁式悬架，采用Adams/car 中自带的扭力梁式悬架模板。

③车身建模时忽略车身的外观，简化成为一个质量点，使用Adams/Car 固有的车身模。

④轮胎系统所受到的路面作用力和力矩都影响着汽车的行驶性能。

本文采用的轮胎模型为Pacejka89轮胎模型，适用于接下来操纵稳定性的分析。

⑤将子系统与整车测试台装配后得到整车刚柔耦合模型，如图1。

2汽车操纵稳定性仿真分析2.1稳态回转2.1.1试验过程依据国标（GB/T 6323.6-2014）对汽车进行定转弯半径仿真试验。

设定汽车以最低稳定车速沿半径为20m 的圆周行驶，在保持行驶稳定后将方向盘角度固定，缓慢连续均匀地加速（纵向加速度不超过0.25m/s 2），标准规定加速至侧向加速度为6m/s 2。

2.1.2数据处理
在Adams 后处理模块选取需要的测量曲线，并进行数据处理如下：
①转弯半径比R i /R 0与侧向加速度a n 曲线图。

生成横坐标为侧向加速度和纵坐标为横摆角速度的关系图（见图2），利用公式（1）可以计算求得试验过程中的各点转弯半径
（1）
②前后轴侧偏角差值（δ1-δ2）与侧向加速度a n 关系曲线。

由公式（2）可函数编辑求得（
δ1-δ2）
（2）
式中：δ1、δ2分别为前后轴侧偏角值；L 为轴距。

求得前后轴侧偏角差值（δ1-δ2）与侧向加速度a n 曲线图（图3）。

2.1.3性能评价
①中性转向点的侧向加速度值a n 的评价计分值。

取前后轴侧偏角差值曲线中斜率为0的侧向加速度值，按式
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—作者简介:吕林（1995-），男，山东青岛人，硕士研究生，研究方向
为汽车动力学仿真；王吉忠（1961-），男，山东龙口人，博士，教授，研究方向为现代测试技术及应用；尘帅（1994-），男，山东菏泽人，硕士研究生，研究方向为汽车动力学与控制。

基于ADAMS 的电动汽车操纵稳定性分析
吕林;王吉忠;尘帅
（青岛理工大学机械与汽车学院，青岛266520）
摘要:虚拟样机技术可有效加快汽车产品开发周期，节约性能试验成本。

基于Adams/Car 建立整车动力学模型，按照汽车行业标
准GB/T6323-2014进行稳态回转和转向盘角阶跃仿真试验，并依据国标QC/T480—1999对试验数据进行处理分析，对某国产电动汽车做出操纵稳定性评价。

计算求得稳态回转综合评分为91.94，转向盘角阶跃评分为84，均满足国标要求。

分析得知，该车具有一定的不足转向特性和良好的瞬态响应性能。

Abstract:Virtual prototyping technology can greatly shorten the development cycle of automobile products and save the cost of performance test.The vehicle dynamics model is established based on Adams/Car.Steady -state turning and steering wheel angle step simulation tests are carried out according to the automobile industry standard GB/T6323-2014.The test data are processed and analyzed according to the national standard QC/T480-1999,and the handling stability of a domestic electric vehicle is evaluated.The results show that the comprehensive score of steady -state rotation is 91.94and the steering wheel angle step score is 84,which all content the requirements of the national standard.The analysis shows that the vehicle has certain understeeing characteristics and good transient response performance.
关键词:Adams ；操纵稳定性；稳态回转；转角阶跃输入Key words:Adams ；operating stability ；steady static
circular ；angle step input
图1整车模型
Internal Combustion Engine &
Parts
图4方向盘阶跃输入
图5横摆角速度响应
图6侧向加速度响应
（3）计算。

（3）
式中：求得评价计分值N a n
=77.15。

2）不足转向度U ，取前后轴侧偏角差值曲线中侧向加速度值为2m/s 2的斜率，按照公式（4）进行计算评价。

（4）
求得N U =98.67。

3）车厢侧倾度K ϕ。

取车厢侧倾角与侧向加速度关系a n 曲线上加速度为2m/s 2的斜率，计算评价。

计算得N ϕ=100。

由以上分析可知该车有一定的不足转向特性，总体评分为91.94说明该车稳态回转性能良好，符合国家标准和设计要求。

2.2转向角阶跃2.2.1试验过程
给转向盘输入一个固定转角，使汽车偏离原先的稳态直线行驶，观测其达到新的稳态行驶期间的过度特性[5]。

由于该款电动汽车的最高车速为60km/h ，本文模拟车速是最高车速的70%（取10的整数倍)，即40km/h 。

转向盘转角由式（5）求得：
（v=40km/h ，a=2m/s 2）
（5） 2.2.2数据评价
响应时间是以转向盘的转角达到终值50%时的时刻为时间坐标原点，到所测变量达到新的稳态值90%时所需的时间。

该时间越短，则车辆的瞬态响应性能越好。

仿真结果如图4-图6。

根据QC/T 480-1999对上述转向盘转角阶跃输入虚
拟试验进行评价计分，计算公式如下：
T 取侧向加速度为2m/s 2对应的横摆角速度的响应时
间试验值。

计算得
计算可得：。

数值结果表明该款电动车操纵
稳定性瞬态响应性能良好。

3结束语
本文通过Adams/Car 对某国产电动车建立整车刚柔
耦合模型
，并根据国标进行了稳态回转
和转向盘角阶跃试
图2横摆角速度与侧向加速
图3
0引言
汽车覆盖件具有外形尺寸较大，材料比较薄，型面起伏复杂，尺寸精度与表面质量要求较高，在拉伸成形过程中易出现拉裂、起皱的特点[1~3]。

顶盖作为汽车外观的重要组成部分，不但要求较高的强度和刚性，更加需要优质的表面质量。

随着计算机技术的高速发展，有限元（FEM）技术业已成为板料成形领域必不可少的分析手段，其模拟结果用以指导实际生产。

本文以某公司的微型汽车顶盖产品
为例，利用Dynaform软件分析拉延成形过程，所获得的工艺参数作为实际生产的依据。

1产品介绍
图1所示为某公司的微型汽车顶盖产品，属于外饰件，其材料为冷轧碳钢薄板SPCC（C≤0.15，Mn≤0.60，P≤0.100，
S≤0.05，其余Fe），相当于Q215A；料厚t=0.9mm。

从形状来看，零件后端最陡峭，接近90°；前端最平缓，背部具有与长度方向一致的四组隆起，该造型主要是为了提高顶盖的整体刚性。

从拉延深度来看，零件最大成形深度达187mm。

2顶盖拉延成形有限元分析
2.1三维有限元模型
利用UG等软件中对模型进行整理，确定相关材料、料厚及其偏置方向等相关参数，避免存在重叠面、尖角、漏洞等现象。

再导入Dynaform分析软件中，检查零件是否存在负角，并对局部尖角部位进行型面光顺，然后进行网格划分，分别建立有限元凹模、压料圈、凸模和毛坯模型。

图2所示为顶盖拉延模的有限元模型。

2.2材料参数和边界条件
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作者简介:何光春（1975-），男，工学硕士，副教授，主要研究方向为精密加工、检测及其自动化。

图1顶盖产品模型
基于FEM的微型汽车顶盖冲压成形分析
The Stamp Analysis of Miniature Automobile Top Cover Based on FEM
何光春①HE Guang-chun;庄凯①ZHUANG Kai;罗征志②LUO Zheng-zhi
（①四川工商职业技术学院，都江堰611830；②西南交通大学，成都610031）（①Sichuan Business and Technology College，Dujiangyan611830，China；②Southwest Jiaotong University，Chengdu610031，China）摘要:以微型汽车顶盖为研究对象，借助DYNAFORM软件模拟其冲压成形过程，分析顶盖的成形极限图、厚度变化图等，发现该零件极易产生起皱和开裂缺陷的区域，在模具调试时调整相关工艺参数，获得了合格顶盖工序件。

实践表明，FEM模拟零件成形能够为实际生产提供可靠的参考依据。

Abstract:Taking the miniature automobile top cover as the research object,the forming limit diagram and thickness variation diagram of the roof are analyzed with the help of DYNAFORM software to simulate its stamping forming process.The regions in the part is prone to wrinkle and cracking defects are found,the relevant technological parameters are adjusted during mold debugging,and qualified roof process parts are obtained.The practice shows that FEM simulation can provide reliable reference for practical production.
关键词:FEM；冲压成形；模具调试
Key words:FEM；stamp；die debugging
验。

通过对横摆角速度、侧向加速度和侧偏角等测量数据的分析计算，可知该款汽车具有一定不足转向特性，行驶稳态相应良好。

横摆角速度以及侧向加速度的响应时间都比较短，汽车瞬态响应良好，能够有效地抵抗外界环境因素的干扰。

总体满足设计要求，对于汽车产品开发设计有指导意义。

参考文献:
[1]余志生.汽车理论[M].四版.北京：机械工业出版社，2006.
[2]GB/T6323-2014，汽车操纵稳定性试验方法[S].北京：中国
标准出版社，2014.
[3]QC/T480—1999，汽车操纵稳定性指标限值与评价方法[S].
[4]范成建.虚拟样机软件MSC.ADAMS应用与提高[M].机械工业出版社，2006：1-2.
[5]吴宝贵，闫书法，李绍平.汽车整车操纵稳定性仿真试验研究[J].机械设计与制造，2014（11）：158-160.
[6]任凯.微型客车多体动力学仿真分析及优化[D].2010.
[7]黄泽好，陈龙，徐文强.基于试验方法的转向盘角阶跃输入汽车响应仿真及优化[J].西南师范大学学报：自然科学版，2015（2
）：81-85.
图2模具有限元网格。