摘要：基于Adams平台，建立了FSEC赛车的整车虚拟样机，结合FSEC赛事的赛道工况，按照国家对汽车操控稳定性的评价方法，主要以开环评价方式，进行了稳态回转试验、转向盘角阶输入试验、蛇形绕桩试验、脉冲转向试验，分析了赛车转向梯度、瞬态响应特性、侧向加速度、车身侧倾等，并通过改变设计参数，迭代仿真，最优化了赛车操控稳定性。
关键词：操控稳定性；Adams；FSEC；仿真
1 引言
结合大多数专家对汽车性能的评价，可将车辆的性能分为三个主要指标，分别是驾驶性、操控性和乘坐舒适性[1]，在日常生活的汽车中，驾驶性和舒适性，无疑是驾驶员最容易和经常感受的，而操控性，一般情况在驾驶员驾车比较激烈的状态，才能真正地感受和评价车辆是否能按照自己的驾驶意愿行驶。一辆赛车，设计的初衷是竞赛，势必激烈，因此操控性也就成了赛车设计的重点，一辆具有良好操控性的赛车，才可以真正意义地做到“人车合一”。本文利用多体动力学Adams软件，对前期设计做进一步仿真优化，提高赛车的操控稳定性。
2 整车虚拟样机建立
Adams/Car软件有两种模式，一种是标准用户模式，适合设计人员和试验工程师使用，可利用Adams数据库，轻易生成子系统和装配，并按照汽车试验标准提供了仿真环境，所有仿真必须在此模式下进行；另外一种是专家用户模式，允许用户建立新的模板，适合有经验的用户，因为模板的建立需要理解汽车每一部分相互连接的拓扑关系，建立相互连接的子系统通讯关系，拓扑关系和通讯关系建立错误、过约束或者欠约束，都将导致模型出错，难以查找问题所在[2]。本文是通过修改MSC公司为学生车队提供的学生方程式模板，把前期设计的参数输入，并检查相关的拓扑关系是否和模板有差异进而进行相应的修改。模型建立的关键是要确认模型是否符合自己期望，所以仿真前，需要确认整车质量、质心高度、弹簧刚度、结
构关系、系统之间的匹配[3]。FSEC赛车的虚拟样机如图2.1,FSEC赛车的相关设计参数如表2.1。
3 仿真分析与评价
汽车运动是借助固定于汽车的坐标系来描述的，从图3.1可以看出，X坐标正前方是汽车的前进方向，Y是车辆侧向移动方向，Z是车辆垂直方向的移动方向，在仿真分析中，也依赖于车辆的坐标系来捕捉相关的参数和输出变量。操控性研究的是车辆在Y方向的所有动态变化，主要是计算和评估Y方向的加速度、Z法向平面的横摆角速度和X方向的侧倾[4]。
操纵稳定性评价方法很多，主要分两大类：开环评价和闭环评价。开环评价是指在汽车时域讨论中，不允许驾驶员根据汽车运动做任何修正，只是机械地控制汽车，评价结果完全取决于汽车的结构和控制系统的特性；闭环评价是指驾驶员可以把系统的输出参数反馈到输入控制中[1,5,6]。目前闭环试验方法都是由驾驶员来评定的，软件上也可以通过控制系统联系起输出与输入信息，Adams提供了闭环和开环两种仿真，为了直接分析赛车结构特性，主要采用开环评价方法。
3.1 稳态回转试验仿真分析
稳态回转试验目的是评价汽车的过度转向、不足转向、中性转向。按照国家的试验标准，主要有两种：固定方向盘转角，连续加速；固定转向半径。本文采取固定转向半径的方法，从15km/h开始，以=4km/h左右的速度逐次提高车速，直至车速达到6.5或出现不稳定状态为止[7]。
比赛中考验汽车稳态回转能力的项目是8字环绕，左两圈右两圈，取第二圈稳定状态分析，在Adams中分
4 结 论
基于Adams建立了FSEC赛车虚拟样机，根据国家标准对汽车的操控试验方法，在Adams进行相关仿真试验，从稳态转向试验中可看出，赛车稍微具有转向不足，从乘用车角度看，也许不太满足安全性，但稍微的转向不足，在满足一定的安全要求下，能更好提高赛车过弯速度，符合赛车设计，从角阶输入转向试验、蛇行试验、脉冲试验，可看出赛车具出色的操控性，响应灵敏，失真程度小。
参考文献：
[1] Thomas D. Gillespie (赵六其，金达峰 译). 车辆动力学基础[M]. 北京：汽车之友杂志社，2015.
[2] 郭卫东. 虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2008.
[3] 倪俊，徐彬.基于Adams的FSAE赛车建模与操纵稳定性仿真[J].工程设计学报，2011.
[4] 张武. FSAE赛车操纵稳定性的仿真研究[D]. 湖南：湖南大学，2008.
[5] 柴天.FSAE整车性能分析与研究[D]. 长沙:湖南大学,2009.
[6] 余志华. 汽车理论[M]. 第五版. 北京：机械工业出版社，2009.
[7] GB/T6323.2-1994，汽车操纵稳定性试验方法[S].
[8] 王海林，赖远宏，苏喜，陈泽明，叶佳宣. 基于Adams的FSAE赛车整车仿真分析与参数优化设计[J]. 农业装备与车辆工程，2016.
[9] 张建辉. 基于Adams的汽车操纵稳定性研究[D]. 西安：长安大学，2008
[10]陈刚，张淑敏. 客车的虚拟样机模型和操纵稳定性研究[J]. 机械，2005,32(5):25-28.
通讯作者：邱敏，1997，女，上海工程技术大学，上海工程技术大学方程式赛车车队底盘组长
论文作者:邱敏，张哲，赵红举
论文发表刊物:《科技中国》2017年12期
论文发表时间:2018/5/2
标签：汽车论文; 稳定性论文; 评价论文; 开环论文; 样机论文; 稳态论文; 整车论文; 《科技中国》2017年12期论文;