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□文/张 生 杨海泉 邢宏健(北京航天发射技术研究所)
【摘要】多轴特种车具有运载质量大、整车质心高的特点，因此，车辆的操纵稳定性非常重要。基于Virtual Lab 对多轴特种车的操纵稳定性进行建模仿真，进行稳态回转、双移线操稳工况的仿真分析。对影响操稳的关键参数进行了优化，改善了车辆的操纵稳定性能。
引言
本文研究车辆为HTF 系列六轴特种车，为适应重型车辆电动化、智能化和环保要求的趋势，采用纯电驱动。选用大尺寸宽断面轮胎提高越野性能，悬架系统为独立式双横臂螺旋弹簧，具有较高的平顺性能，转向系统为前1和2桥采用转向器控制及杆系结构，第3至6桥采用独立液压助力驱动控制，保证了车辆良好的操纵性能。
根据产品研制要求和试验测试情况，进行了稳态回转、双移线的操稳仿真分析，然后针对整车关键参数进行优化分析，以提高产品的操纵稳定性能和安全性能。在Virtual Lab Motion 软件环境下进行模和仿真，优化是在Virtual Lab Optimization 软件环境下进行的。
1 操纵稳定性多体动力学建模
1.1 动力学建模
1.1.1 转向系统
多轴特种车的转向系统前1、2桥为转向器及杆系机构转向，第3至6桥为独立电控液压助力转向，如图1所示。对功能和性能相同的系统如悬架及后桥转向系统，采用子机构方法进行模型建立，减少建模工作量，有利于模型管
理和模型参数化及修改。前1、2桥转向系统建立为第一个转向子机构，后3至6桥的转向系统建立为另一个转向子机构。
图1 悬架及转向系统子机构模型1.1.2 悬架系统
悬架采用双横臂独立悬架系统，悬架的减振元件为螺旋弹簧，基于车辆系统的空间协调原因只有第2桥的弹簧布置在后位，第1、3、4、5、6桥的弹簧布置在前位。悬架系统布置见图1。
建立第1桥悬架子机构模型，建立第2桥悬架子机构模型。其余3、4、5、6桥模型通过对第1桥子机构进行复制和移位安装得到。1.1.3 轮胎模型
轮胎采用TNO 魔术公式轮胎模型，适用于操纵稳定性仿真，轮胎模型来自于轮胎试验测试数据的辨识结果文件。1.1.4 整车装配
整车模型由车架、驾驶室、上装、悬架系统（子机构）、转向系统（子机构）等装配组成，参见图2。 1.1.5 驾驶员模型
驾驶员模型保证对车辆行驶路径的跟踪，保证车辆按预设车速驱动行
驶。路径跟踪由软件的Path Follower Control 功能实现，速度控制由PID Speed Control 控制功能实现。
1.2 模型校验
模型的校验从以下四个方面展开：①轴荷分布：各桥的轴荷同设计值及试验测试值一致；②轮胎转角：在转向控制系统下，各桥轮胎最大转角与设计值及试验测试值一致；③最小转弯半径：在最大转向角下模型行驶的最小转弯半径与试验测试值一致；④侧向加速度：以不同速度行驶下，沿定半径圆路径行驶时侧向加速度与试验测试及理论计算值一致。
2 操纵稳定性工况仿真
2.1 双移线
双移线是模拟车辆变道的过程，通过双移线过程中车辆的侧倾角，判断车辆移线过程的行驶稳定性和安全性，从而调整行驶速度和变道的快慢程度。双
HTF 多轴特种车
操纵稳定性优化
图2 整车模型
图3 双移线工况的轮胎载荷曲线
图4 双移线工况的车辆侧倾角曲线2.2 稳态回转
稳态回转是测定方向盘转角输入达到稳定状态时汽车稳态行驶的横摆响应，由此研究汽车的稳态转向特性(不
图5 稳态回转轮胎的载荷曲线
图6 稳态回转车辆的侧倾角曲线
3 优化分析
在双移线和稳态回转工况下，选取对操稳工况指标性能影响较大的参数，进行灵敏度分析，然后结合产品实际情况对灵敏度相对高的参数进行优化分析。3.2 优化分析
根据灵敏度分析结果，同时考虑到
质心和转动惯量是由车辆结构及设备质
量分布决定，以及轮胎刚度是由车辆载
荷决定等因素，选取容易设计改进的前
后悬架弹簧刚度、减振器阻尼进行优化
分析见表2，优化目标设置为车辆侧倾角。
表2 优化设计变量
图8 优化结果
3.3 双移线工况优化结果对比
双移线工况下，车辆模型的最大行
驶速度为36km/h，模型运行时间35s,
优化迭代27步。
双移线工况下车辆侧倾角的优化前
图9 双移线行驶侧倾角曲线对比
3.4 稳态回转工况优化结果对比
在稳态回转工况下，安全速度
（25.4km/h）行驶时，侧倾角的优化
特种汽车前后结果对比如图10。从图10中曲线
图10 稳态回转工况侧倾角曲线对比
4 结语
通过上述优化分析的结果我们可以
得出如下结论：
①悬架刚度的优化对减小整车侧倾
角有较好的作用，提高了车辆的操纵稳
定性能和安全性能。
图7 优化迭代过程
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