10.16638/jki.1671-7988.2021.08.034
基于TruckSim的商用车操稳性能验证
周兵兵，杨志刚，方慧平
（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西西安710000）
摘要：为了在产品开发前端有效评估设计样车性能，识别性能风险点，提升产品开发效率，利用多体动力学软件TruckSim进行商用车操稳性能建模、仿真验证。首先遵循整车-子系统-零部件逐级建模思维分别完成整车、车身、转向、悬架、轮胎、动力总成、制动系统等模型建立，在此基础上，基于GB 6323试验方法对其进行稳态回转、低速回正、蛇形绕桩等性能仿真。仿真结果表明：所开发的样机操稳性能能够满足项目既定指标要求，为产品开发提供了依据。
关键词：TruckSim；操稳性能；模型构建；性能仿真
中图分类号：U467.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)08-110-03
The Handling Stability Performance Verification of Commercial Truck Based
on the TruckSim Software
Zhou Bingbing, Yang Zhigang, Fang Huiping
（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Institute of Automotive Engineering R&D, Shaanxi Xi’an 710000）
Abstract: In order to effectively evaluate the performance of the design prototype, and identify performance risk point at the front of product development, improve product development efficiency as well. Use the multi-body dynamics software TruckSim to model and simulate the handling stability of commercial vehicles. First, following the vehicle-subsystem- component gradual modeling way to complete the model establishment of the vehicle, body, steering, suspension, tire, powertrain, and braking system. Performance simulations such as steady-state cycle, low-speed return to normal, and serpentine test are carried out, based on the GB 6323 test method. Simulation results show that: The performance of the prototype can meet the project's established index requirements, which provides foundation for the next development works. Keywords: TruckSim; Handling stability performance; Model bulid; Performance simulation
CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)08-110-03
1 前言
随着汽车保有量的逐年增加，汽车特别是重型商用车的安全性能越来越受到社会的关注，相关的行业法规标准（GB 7258、JT 1178）日益加严，对商用车安全性能提出了更为严苛的要求。整车的操纵稳定性作为汽车行驶安全的主要组成部分，反应的是汽车遵循驾驶员操纵意图，并抵抗外界干扰保持稳定行驶的能力[1]。优良的整车操稳性能是保证行车及极限运动状态下的车辆安全的基本保证，是汽车产品设计开发中重点关注的性能方向之一。
本文以某重型商用车为研究对象，通过行业主流软件TruckSim建立其多体动力学模型，在此基础上依据GB 6323试验方法对所建立的整车虚拟样机模型进行稳态回转、低速回正、蛇形绕桩性能仿真，并对仿真结果进行分析，验证其是否满足设计要求，为下一步产品开发工作提供理论依据。
作者简介：周兵兵，就职于陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院。
110
周兵兵 等：基于TruckSim 的商用车操稳性能验证
111
2 TruckSim 整车多体动力学建模方法
TruckSim 是专门针对车辆动力学开发的性能仿真软件，其采用模块化的设计理念，用户只需在对应的车辆子系统模块中输入已定义好的参数值，即可快速完成整车及系统虚拟样机建模，大大加速和简化了产品建模的步骤和效率。因此被广泛应用于汽车操稳、制动、平顺及控制系统开发等方向。强大的后处理模块，能够直观逼真地反映车辆实际路况表现，还原车辆关键系统性能，帮助设计人员快速定位开发问题，制定性能解决方案。TruckSim 软件的求解器Solver 的工作流程如图1所示[2]。
图1  求解器Solver 工作流程图
3 整车操稳模型建立与仿真验证
3.1 模型建立
按照Trucksim 软件各模块参数定义，完成动力系统、转向系统、悬架系统、驾驶室、轮胎、制动、鞍座等各子系统建模，整车主要性能参数见表1，建立的重型商用车多体动力学模型见图2。
重型汽车
表1  整车性能参数
图2  整车操稳性能仿真模型
3.2 操稳性能仿真分析
3.2.1 稳态回转性能 整车稳态回转性能仿真主要考察车辆不足转向度、车身侧倾角等性能指标。从汽车设计角度来说，车辆应具有适当的不足转向度。利用建立好的某重型商用车多体动力学模型，参考GB6323整车操稳试验测试方法，通过定义软件内部的仿真事件控制方式，完成车辆操稳性能分析，分析结果见图3、图4。
从图3可以看出，0.2g 处的车辆的不足转向度为0.05，说明车辆具有适当的不足转向度。图4显示车辆侧向加速度达到0.2g 时，车身的侧倾角为-0.7度，满足设计要求。
图3  车辆不足转向度随侧向加速度变化规律
图4  车身侧倾角随侧向加速度变化规律
3.2.2 低速回正性能
该项指标主要考察车辆的低速回正特性，是对车辆动态状态下车轮定位参数、轴荷分布及转向系统是否设计合理的综合考察，是操稳性能的关键考察项。图5给出了从方向盘撒手3s 后，车辆的横摆角速度残
余值的变化规律。从图中可以看出，3s 后车辆的横摆角速度值为20/s ，车辆已经基本回正且具有较小的横摆角速度值，该项指标满足设计要求。
图5  车辆低速回正横摆角速度随时间变化规律
3.2.3 蛇形绕桩性能
蛇形绕桩试验主要考察车辆急剧转向能力、大侧向加速
度工况的抗侧翻、侧滑能力[3]。图6给出了车身侧倾角变化曲线。图7给出了相应的车辆横摆角速度响应值，从图中可计算出整个蛇形绕桩仿真中车辆横摆角速度平均峰值为9.20/s ，车辆侧倾角平均峰值为0.78度，该值亦满足设计指标
汽车实用技术
112 要求。
图6  车身侧倾角变化曲线
图7  蛇形仿真车辆的横摆角速度变化规律
4 结束语
本文以某重型商用车为研究对象，利用TruckSim 软件建立其多体动力学模型，并参考GB6323操稳性能试验方法进行了稳态回正、低速回正及蛇形绕桩仿真分析。仿真结果表
明，所开发的整车操稳指标均达到设计要求，为后续产品的性能集成提供了依据。
参考文献
[1] 余志生.汽车理论.第5版[M].北京：机械工业出版社,2009. [2] 黎海辉.多轴重型汽车转向及操纵性能仿真与分析[D].武汉：武汉
理工大学,2013.
[3] 刘丹，王生昌，陈娟娟，等.基于蛇形试验汽车操稳性主客观评价相
关性研究[J].交通节能与环保,2017,13(04):32-35.
（上接第95页） 不新增零部件，成本低。
对比看出，结构路径改进方案优势明显，最终工业化实施。
5 结束语
运用传递路径分析方法，结合“源－路径－响应”的分析思路，梳理了进气系统噪声问题的整车控制方法，通过测试和仿真手段，分析了某轿车进气轰鸣声问题空气传递路径和结构传递路径的贡献，并分别制定改进方案，经过试验验证，均能有效解决该轰鸣声问题，也说明了进气系统传递路径分析方法的正确性。
案例中重点讨论了结构传递路径的贡献和改进对策：通过降低橡胶软垫硬度，减小空滤器连接软垫的传递力；加强车身侧面安装支架，降低安装点到车内的噪声传递函数；经试验验证，方案能有效解决该轰鸣声问题，且相比赫姆
霍兹消声器有明显优势，为解决进气系统噪声问题提供了新的参考。
参考文献
[1] 庞剑，湛刚，何华.汽车噪声与振动-理论与应用[M].北京：北京理工
大学出版社,2006:189-234.
[2] 虞涵仁.某SUV 进气系统噪声分析与改进[D]长沙：湖南大学,
2012.
[3] 刘志恩，黄涛等.汽车急加速进气噪声地试验测试与分析[J].汽车
工程,2019(05):564-570.
[4] 李恒，郑旭等.空滤器声学特性及进气口噪声声品质试验[J].噪声
与振动控制,2016(05):75-81.
[5] Dom S, Geluk T, Janssens K, et al. Transfer path analysis: accurate
load prediction beyond the traditional mount stiffness and matrix inversion methods[R].SAE Technical Paper,2014.