车辆动力学仿真是在虚拟工况下对基于软件建立的虚拟样机模型进行试验。仿真是一种快速有效的研究手段，当建立了精确的仿真模型时，可以方便地进行车辆的各种工况分析。仿真试验可以完成实车试验比较危险和难以实现的工况。
1.高速直驶稳定性仿真及评价
转向盘中间位置操纵稳定性试验在平直道路上进行，初始状态为匀速直线行驶，试验标准车速为100 km／h。试验要求转向盘输入为振荡型转角输入，首选输入形式为正弦波，也可以采用其他输入（如三角形波输入）。转向盘输入频率的基准值为0.2 Hz，频率偏差不应超过±10%。输入转角的幅值应足以使车辆的侧向加速度峰值达到基准值，允许的峰值偏差为±10%。为了获取侧向加速度为1 m／s2时良好的试验数据，并保证车辆及其子系统运行范围超出迟滞区，侧向加速度峰值的基准值应为2 m／s2，当然也可以采用较小的值或不超过4 m／s2的其他值。
设置仿真车速为该车最高车速100 km／h，转向盘输入为正弦波，输入频率为0.2 Hz，峰值为30°（对应前轮转角1.43°），路面附着系数设为0.8，仿真结果如图10.2.20所示。
转向盘中间位置操纵稳定性主要用零转向盘力矩时的侧向加速度来评价。
0 N·m时的侧向加速度根据转向盘力矩与侧向加速度的关系曲线得到，其典型值在0.03g～0.1g左右。根据图10.2.20（d）所示转向盘力矩与侧向加速度的关系曲线，可计算得到0 N·m时的侧向加速度为0.039 6g。
另外，图10.2.20（a）所示最大发飘侧向加速度达3.43 m／s2，图10.2.20（b）所示行驶轨迹偏离直线行驶方向平均角度为7.10°，这表明该车以100 km／h车速行驶，转向盘转角在30°范围内振荡时，车辆会高速发飘而不易被驾驶员控制。
图10.2.20 高速直驶稳定性仿真结果
（a）侧向加速度与时间关系曲线；（b）车辆高速发飘轨迹曲线；（c）转向盘转角与侧向加速度关系曲线；（d）转向盘力矩与侧向加速度关系曲线
2.稳态回转仿真及评价
根据GB／T 6323—2014，稳态回转仿真方法用固定转向盘转角连续加速。编制DCF文件，控制车辆以10 km／h的稳定车速沿半径为20 m的圆周行驶，然后固定转向盘转角不动，以0.2 m／s2的加速度均匀加速，直至车辆出现不稳定状态，路面附着系数设为0.8。稳态回转仿真结果如图10.2.21所示。
根据仿真结果，计算车辆稳态回转过程中各点的转弯半径比Ri／R0、侧向加速度ayi和前后轴侧偏角差α1－α2，即
式中 vi——第i点前进车速（m／s）；
ri——第i点横摆角速度（rad／s）；
Ri——第i点转弯半径（m）；
avi——第i点侧向加速度（m／s2）；
图10.2.21 稳态回转仿真结果
（a）稳态回转轨迹；（b）侧向加速度；（c）横摆角速度；（d）车身侧倾角
R0——初始回转半径（m）；
α1－α2——前后轴侧偏角差（°）；
L——车辆轴距（m）。
根据计算结果绘出Ri／R0－ay、（α1－α2）－ay和φ－ay关系曲线如图10.2.22～图10.2.24所示。
图10.2.22 转弯半径比与侧向加速度关系
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图10.2.23 前后轴侧偏角差与侧向加速度关系
前轮转角一定时，稳态响应可用侧向加速度接近于零时的转向半径R0与一定侧向加速度时的转向半径Ri之比Ri／R0表征。Ri／R0＝1为中性转向；Ri／R0＞1为不足转向；Ri／R0＜1为过度转向。高速稳定性良好的车辆应具有适度的不足转向特性。由图10.2.22中曲线可以看出，转向半径比Ri／R0＞1，且随侧向加速度呈正增大趋势，表明该车具有一定的不足转向特性。
图10.2.24 车身侧倾角与侧向加速度关系
车辆的转向特性用前后轴侧偏角差与侧向加速度关系曲线斜率来表示。斜率大于零，回转半径增大，车辆具有不足转向特性；斜率小于零，回转半径减小，车辆具有过度转向特性；斜率等于零时，车辆为中性转向。由图10.2.23可以看出，侧向加速度增加时，前后轴侧偏角差均为正数，且曲线斜率大于零，车辆具有不足转向特性。
3.转向盘角阶跃输入仿真及评价
依据GB／T 6323—2014，试验车速取10的整数倍，由70%最高车速并四舍五入求得。转向盘转角应使稳态侧向加速度达到1～3 m／s2。仿真时让车辆直线行驶，消除转向盘自由行程后记录下各测量变量的零位置，然后以起跃时间不大于0.2 s的速度转动转向盘到预先位置并记录数据，直至车辆过渡到新稳态为止。
由于最高车速为100 km／h，因而设置仿真车速为70 km／h，起跃时间设为0.1 s，设置转向盘转角分别为30°、50°、60°和90°，路面附着系数设为0.8，仿真所得的侧向加速度、横摆角速度、车身侧倾角响应如图10.2.25所示。
转向盘角阶跃输入试验主要用响应时间和超调量来评价。由图10.2.25可知，当转向盘转角为50°时的侧向加速度稳态值是2.85 m／s2，此侧向加速度稳态值处于1～3 m／s2之间，相应横摆角速度响应的仿真数据如表10.2.7所示。
表10.2.7 横摆角速度响应数据
由于国标中转向盘角阶跃输入试验和评价体系只对总质量小于6 t的车辆有效，该车总重超过6 t，目前还没有匹配的评价体系，故未做计分评价。
质量在2.5～6 t的客货车横摆角速度响应时间上、下限值分别为0.15 s和0.4 s，该车质量较普通客货车大许多，1.05 s的横摆角速度响应时间能够被驾驶员接受。
4.极限安全性仿真及评价
极限安全性仿真主要是判断车辆是否失稳，以及在临界侧滑和侧翻时的各响应状态。通过定半径过弯和单移线仿真车辆的极限安全性。
定半径过弯仿真在30 m半径的弯道上进行，路面附着系数设为0.8，以车速逐渐增加的方式仿真，初始车速设置为37 km／h，每次车速以3 km／h增加，直到车辆出现失稳信号为止，如车辆侧滑不能保持预定轨迹、横摆角速度不能收敛到稳定值等。仿真结果如图10.2.26所示。
图10.2.25 转向盘角阶跃仿真曲线
（a）转向盘转角；（b）侧向加速度（c）横摆角速度；（d）车身侧倾角
车辆极限安全性主要通过考察车辆轨迹和内侧车轮垂向载荷来判定是否侧滑或侧翻。评价指标主要有极限侧向加速度和极限车速。极限侧向加速度越大，在规定半径道路上达到的极限车速越高，安全车速范围越宽，车辆极限安全性越好。
图10.2.26所示过30 m半径弯道仿真结果中，当过弯车速由37 km／h、40 km／h增大到43 km／h时，横摆角速度和车身侧倾角随着车速的增大波动程度逐渐加大，但能够收敛到稳定值，车辆能够按预定轨迹行驶而顺利过弯。当车速增大到46 km／h时，车辆响应发生很大的波动后不能收敛到稳定值，行驶轨迹偏离预定车道而发生侧滑。
表10.2.8为该车在半径为30 m的弯道上极限行驶时的各响应仿真与实车试验数值对比结果。车辆通过30 m半径弯道的仿真极限侧滑车速在46 km／h附近，该车速值与实车试验车速45 km／h基本吻合。该车侧滑侧向加速度的仿真值与试验值基本一致，动态车身侧倾角达到38.12°，侧倾严重。
图10.2.26 30 m半径弯道极限安全性仿真曲线
（a）车速；（b）横摆角速度；（c）车身侧倾角；（d）行驶轨迹
表10.2.8 30 m半径弯道处车辆极限响应仿真与试验对比
图10.2.27为车辆以100 km／h速度变换车道或超车时的车轮垂向载荷，左、右车轮垂向载荷发生了显著转移。当转向盘转角峰值为80°时，内侧车轮载荷未出现为零的情况，车辆能够安全行驶；当转向盘转角为120°和160°时，内侧车轮载荷出现为零的情况，但移线结束后两侧车轮载荷恢复相等，继续保持直线行驶；当转向盘转角为200°时，车辆内侧车轮载荷出现为零的情况，不能恢复直线行驶，侧向加速度达6.96 m／s2，车辆侧翻。侧翻过程如图10.2.28所示。
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