基于Trucksim和Matlab的车辆侧倾联合仿真与分析
赵 强，赵吉业，张 娜，曲啸天，赵月焕
【摘 要】针对轻型客车的侧倾稳定性问题提出了采用 Trucksim与M atlab/Smulink联合仿真的方法。通过Trucksim得到双移线侧倾工况下的侧向加速度曲线，采用拟合算法得到加速度数据并转化为侧向力作为Simulink模型的输入，进一步基于该输入建立半车四自由度侧倾仿真模型。通过仿真及对悬架相关性能进行分析可知，该联合仿真方法准确有效，该型客车的侧倾角变化在稳定范围之内且悬架性能符合要求，论文模型及方法为进一步优化车辆悬架结构和性能提供了参考。
【期刊名称】机电产品开发与创新 【年(卷),期】2017(030)004 【总页数】3
【关键词】车辆侧倾；联合仿真；半车模型；Trucksim；M atlab/Simulink
0 引言
随着高速公路的快速发展和乘用车数量的不断增长，道路安全事故数量呈现不断上升趋势，尤其车辆侧倾稳定性低的轻型客车容易在高速公路上发生侧翻，造成很大的人身威胁和财产损失。通过悬架系统研究其操纵稳定性已成为目前研究的热门[1]，采用Matlab/Simulink建立模型来分析车辆悬架性能是一种非常有效的途径，而目前缺少Matlab/Simulink车辆单轴侧倾模型的有效仿真分析[2]。本文将通过Matlab/Simulink建立车辆前半车侧倾模型，并利用Trucksim生成侧倾加速度曲线，通过Trucksim与Matlab/Simulink联合仿真得出前半车悬架运动模型[3]。本文首先验证其联合仿真是否有效，并验证某一
车型悬架性能是否符合要求。以某一轻型客车前悬架为例，该前悬架采用的是双横臂纵置扭杆式独立悬架，首先建立其转向工况下整车悬架系统模型，利用Trucksim建立双移线工况下该车辆侧倾运动模型，然后建立Matlab/Simulink侧倾模型[4]，对悬架运动变化、侧倾角变化进行仿真和分析。
1 基于Trucksim车辆转弯模型的建立
1.1 整车参数设置
整车建模主要包括对车辆的整体尺寸、质量及绕各传动轴的转动惯量进行建模。根据该轻型客车的数据，界面设计如图1所示。 1.2 轮胎参数设置
Trucksim中轮胎建模主要包括轮胎的外形尺寸、稳态力学特性。轮胎的力学特性包括纵向力、侧向力、回正力矩，合理的轮胎特性的才能在仿真时正确反映车辆状态。根据某轻型客车的数据，轮胎参数的界面设计如图2所示。 1.3 悬架系统参数设置
根据该轻型客车的参数，对悬架系统的刚度、阻尼以及减振器的相关参数进行设置，在悬架系统建模界面对轮距、簧下质量进行设置。界面设计如图3所示。 此外，Trucksim建模还包括车辆的空气动力学设置、动力总成设置、转向系统设置、制动系统、载荷建模设置等，由于这些参数设计在车辆侧倾运动中所起的作用很小，故此时采用系统默认值。 1.4 Trucksim车辆侧倾运动仿真
本次仿真设置该轻型客车车速恒为60km/h，车辆运行线路采用系统默认的双引线曲线，其他参数对本次仿真影响较小，采用系统默认值。通过仿真，得到该车辆转弯运动时的侧倾加速度曲线，如图4所示。
2 基于Matlab/Simulink悬架半车建模
2.1 四自由度半车模型微分方程
本文以简化半车模型被基础进行动力学分析，该模型如图5所示，其在转弯过程中产生包括车身质心垂向运动、车身质心侧倾运动、前左悬簧下质量垂向运动分和前右悬簧下质量垂向运动的四个自由度的运动。根据牛顿欧拉法分析其动力学模型如下： 车身质心运动微分方程：
式中：L—前轴轮距；b—前左悬到质心距离（L=2b）；ms—车身质量；Jφ—质心侧倾的转动惯量；mt1—前左悬非簧载质量；mt2—前右悬非簧载质量；ks1—前左悬弹簧刚度；ks2—前右悬弹簧刚度；cs1—前左悬减震器阻尼系数；cs2—前右悬减震器阻尼系数；kt1—前左悬车轮弹簧刚度；kt2—前右悬车轮弹簧刚度；xs1—前左悬簧载质量位移；xs2—前右悬簧载质量位移；xt1—前左非悬簧载质量位移；xt2—前右非悬簧载质量位移；xr1—前左轮地面激励；xr2—前右轮地面激励。
2.2 Trucksim与Matlab/Simulink联合仿真模型的建立
利用Trucksim产生双移线路线下转弯模型的侧倾力加速度曲线，换算成等效力矩后作为Simulink模型的质心处力矩输入，再依据公式（1）～（5）建立侧倾四自由度半车模型。首先将Trucksim产生侧倾加速度曲线导出两列数据，输入到Matlab并进行拟合。得到的结果最接近侧倾力加速度的变化曲线，如图6所示。
将通过样条拟合算法得到的侧向加速度数据保存为Simulink半车模型的“input.m”文件，换算成质心侧倾力矩并写成S函数作为四自由度模型的输
基于Trucksim和Matlab的车辆侧倾联合仿真与分析
