重型汽車低附著路面制動(dòng)穩(wěn)定性的仿真研究＊

賈會(huì)星

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 滁州 239000）

前言

重型汽車由于裝載質(zhì)量大，運(yùn)輸效率高，在公路運(yùn)輸中運(yùn)用廣泛，如何提高重型汽車行駛時(shí)的穩(wěn)定性，減少重型汽車交通事故，意義重大。很多與重型汽車相關(guān)的交通事故是由緊急制動(dòng)引起汽車行駛失去穩(wěn)定性造成的，對(duì)重型汽車行駛中的緊急制動(dòng)進(jìn)行研究有一定的意義。但對(duì)行駛中的重型汽車進(jìn)行失穩(wěn)試驗(yàn)，成本過高，同于由于安全因素的影響，難以實(shí)施，研究重型汽車行駛穩(wěn)定性的有效手段是采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行仿真研究。Trucksim是針對(duì)重型汽車行駛過程進(jìn)行研究的一種軟件[1][2]。

1 仿真模型的構(gòu)建[3][4]

利用 Trucksim中提供的廂式卡車在低附著路面緊急制動(dòng)仿真程序，構(gòu)建整車動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)置相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)和路面參數(shù)。這里為了研究重型汽車的緊急制動(dòng)時(shí)得動(dòng)態(tài)響應(yīng)，選用軟件中的經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證的較為精確的箱式汽車模型（如圖1所示），汽車的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

汽車行駛的路面設(shè)置為下了雪的低附著路面，道路為直線，一半為有積雪的濕滑路面其附著系數(shù)為0.2；另一半為沒有雪的濕滑路面，附著系數(shù)為0.5，道路模型如圖2所示。

圖1 汽車模型的外觀

表1 重型汽車的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖2 道路環(huán)境的設(shè)置

2 制動(dòng)過程的仿真[5][6]

Trucksim中的重型汽車模型以70公里/小時(shí)的初始速度在建立的濕滑路面行駛，2秒鐘后踩下制動(dòng)踏板進(jìn)行緊急制動(dòng)。進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，一種方式是對(duì)制動(dòng)管路的制動(dòng)油壓進(jìn)行控制，使其保持在使車輪滑移率在15%～20%左右，模擬了ABS系統(tǒng)對(duì)制動(dòng)管路進(jìn)行壓力控制；另一種方式為不對(duì)制動(dòng)管路的壓力進(jìn)行控制，踩下制動(dòng)踏板后使管路中的油壓迅速達(dá)到最高值。具體的控制壓力如圖3、圖4所示。

圖3 有ABS控制的制動(dòng)輪缸壓力

圖4 無ABS控制的制動(dòng)輪缸壓力

在制動(dòng)過程中，對(duì)重型汽車行駛穩(wěn)定性影響較大的車身參數(shù)，如簧載質(zhì)量（即車身）的橫擺角、橫擺角速度、簧載質(zhì)量的側(cè)傾角、俯仰角、車輛的側(cè)滑角等參數(shù)的瞬態(tài)數(shù)值變化情況如圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12所示。

圖5 簧載質(zhì)量的俯仰角

圖6 制動(dòng)輪的制動(dòng)壓力

3 仿真結(jié)果分析

由圖5簧載質(zhì)量的俯仰角隨時(shí)間變化的關(guān)系可以看出，重型汽車行駛中進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí)，重型汽車簧載質(zhì)量的俯仰角震蕩有ABS控制時(shí)持續(xù)時(shí)間較長，這與制動(dòng)管路壓力的控制有關(guān)，通過圖6制動(dòng)輪的制動(dòng)壓力變化可以看出，有ABS控制時(shí)，為了防止車輪制動(dòng)時(shí)抱死，頻繁地對(duì)制動(dòng)管路壓力進(jìn)行增壓和減壓，壓力震蕩頻率比較大，這也直接導(dǎo)致了圖5中簧載質(zhì)量俯仰角的震蕩。但俯仰角的變化對(duì)行駛穩(wěn)定性影響不大，對(duì)駕駛員的舒適性有一定的影響。

圖7 制動(dòng)中的車速變化

由圖7可以看出，制動(dòng)時(shí)有ABS控制的車速變化比較平緩，而無ABS控制的車速下降很快，并出現(xiàn)了震蕩，故在緊急制動(dòng)過程中，無ABS控制時(shí)，對(duì)駕駛員產(chǎn)生的沖擊更大。由圖8簧載質(zhì)量（車身）的側(cè)傾角變化情況可以看出，無ABS控制時(shí)，制動(dòng)過程中車身的側(cè)傾角變化更大，這對(duì)重型汽車制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性有很大的影響。從圖9和圖10可以看出，無ABS控制時(shí)，車身的橫擺角處于失調(diào)狀態(tài)，橫擺角速度很大，嚴(yán)重影響了制動(dòng)時(shí)得汽車穩(wěn)定性。

圖8 簧載質(zhì)量（車身）的側(cè)傾角

圖9 簧載質(zhì)量的橫擺角

圖10 簧載質(zhì)量的橫擺角速度

圖11 車輛的側(cè)滑角

圖12 車輛側(cè)滑角與路程距離

由圖11中車輛的側(cè)滑角與時(shí)間及車輛行駛路程的關(guān)系可以看出，在制動(dòng)初期（汽車以70km/h行駛2秒后開始緊急制動(dòng)），無ABS控制時(shí)，發(fā)生了較大的側(cè)滑角，而這時(shí)車速仍較高，微小的車身側(cè)滑角就會(huì)導(dǎo)致汽車行駛失去穩(wěn)定性，發(fā)生橫向位移，產(chǎn)生甩尾現(xiàn)象。由圖12可以看出，無ABS控制時(shí)，汽車行駛約104m停止了運(yùn)動(dòng)，但由于側(cè)滑角在制動(dòng)前期車速較高時(shí)就出現(xiàn)，因此引起了車身的橫向滑移，車身旋轉(zhuǎn)了180°；而有ABS控制時(shí)，汽車行駛了約158m后停止了運(yùn)動(dòng)，此時(shí)雖然車身產(chǎn)生了較大的滑移角，但車速基本為零，故對(duì)車身姿態(tài)基本沒有影響，如圖13中仿真動(dòng)畫所示。

圖12中，有ABS控制的重型汽車的制動(dòng)距離為158米，而無ABS控制的僅為104米，有ABS控制時(shí)，隨改善了重型汽車的行駛穩(wěn)定性，但制動(dòng)距離卻大大增加了，這個(gè)重型汽車的行駛安全帶來了很大的影響。

圖13 無ABS控制的車輛出現(xiàn)了180°甩尾

4 結(jié)論

利用Trucksim重型汽車動(dòng)力學(xué)仿真軟件，對(duì)六輪雙軸重型汽車在低附著路面左右車輪附著系數(shù)不一致情況下進(jìn)行緊急制動(dòng)的行駛工況進(jìn)行了仿真研究。通過以上對(duì)仿真結(jié)果的分析可知：

（1）重型汽車在附著性比較差且左右兩輪所接觸地面的附著系數(shù)相差較大的路面行駛時(shí)，有 ABS控制的緊急制動(dòng)，其簧載質(zhì)量產(chǎn)生的側(cè)傾角、橫擺角要遠(yuǎn)小于無ABS控制的情況，車身在制動(dòng)過程中的側(cè)滑量也很微小，可以忽略不計(jì)；而無ABS控制的重型汽車緊急制動(dòng)時(shí)，失去了行駛穩(wěn)定性，車身發(fā)生了很大的橫向位移，甚至出現(xiàn)了180°的甩尾。因此裝備 ABS的重型汽車可有效改善在低附著系數(shù)路面行駛的穩(wěn)定性。

（2）有ABS控制的重型汽車在低附著路面緊急制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)距離，卻比無ABS控制時(shí)的制動(dòng)距離增加了很多，這對(duì)行駛的安全性帶來了不良影響。