车辆质心位置对高速稳定性的影响分析

1.质心前后位置

1）直驶稳定性

分别将质心位置前移和后移120 mm，仿真分析质心前后位置对车辆高速直驶稳定性的影响。设置仿真车速为100 km／h，转向盘转角正弦波输入峰值为30°，输入频率为0.2 Hz，路面附着系数为0.8，结果如表10.2.9所示。图10.2.29为不同质心前后位置时的车辆轨迹。

图10.2.27　单移线仿真结果

（a）前轮载荷；（b）侧向加速度

图10.2.28　车辆侧翻过程

表10.2.9　不同质心前后位置的车辆响应

图10.2.29　不同质心前后位置时的车辆轨迹

由表10.2.9和图10.2.29可以看出：质心位置前移，侧向加速度、横摆角速度和车身侧倾角均减小，行驶轨迹偏离直线程度降低；质心位置后移，侧向加速度、横摆角速度和车身侧倾角均增大，行驶轨迹偏离直线程度增大。因此，适当前移整车质心位置，有利于降低车辆高速直驶发飘程度。

2）转向稳定性

分别将质心位置前移和后移120mm，分析质心前后位置对车辆转向稳定性的影响。仿真时转向盘转角为角阶跃输入，车速为100 km／h，转向盘转角输入为90°，起跃时间为0.1 s，结果如图10.2.30所示。

图10.2.30　质心前后位置对转向稳定性影响曲线

（a）横摆角速度；（b）车身侧倾角

由图10.2.30可以看出：质心位置前移，横摆角速度稳态值减小、响应时间缩短、车身侧倾角稳态值稍有增大；质心位置后移，横摆角速度和车身侧倾角的稳态值均明显增大、响应时间延长。因此，适当地将质心位置前移可以增强车辆转向稳定性。

3）极限安全性

分别将质心位置前移和后移120 mm，分析质心前后位置对车辆极限安全性的影响。仿真车速设为100 km／h，转向盘转角峰值设为80°，结果如图10.2.31所示。

图10.2.31　不同质心前后位置下前轮载荷(www.xing528.com)

由图10.2.31可以看出：随着质心位置后移，内侧轮胎垂向载荷趋近于零，极限安全性变差。

综上所述，质心前后位置对车辆高速直驶、转向稳定性和极限安全性的影响规律是一致的。随着质心前移，车辆高速稳定性增强。

2.质心高度

1）直驶稳定性

分别将质心位置增高和降低150 mm，仿真分析质心高度对高速直驶稳定性的影响。设置仿真车速为100 km／h，转向盘转角正弦波输入峰值为30°，输入频率为0.2 Hz，路面附着系数为0.8，结果如表10.2.10所示。图10.2.32为不同质心高度下车辆轨迹。

表10.2.10　不同质心高度的车辆响应

图10.2.32　不同质心高度下车辆轨迹

由表10.2.10和图10.2.32可以看出：质心高度增加，侧向加速度、横摆角速度和车身侧倾角均增大，行驶轨迹偏离直线程度增大；质心高度降低，侧向加速度、横摆角速度和车身侧倾角均减小，行驶轨迹偏离直线程度降低。因此，降低整车质心高度有利于改善车辆高速直驶稳定性。

2）转向稳定性

分别将质心位置增高和降低150 mm，分析质心高度对车辆转向稳定性的影响。仿真时转向盘转角为角阶跃输入，车速为100 km／h，转向盘转角输入为90°，起跃时间为0.1 s，结果如图10.2.33所示。

从图10.2.33可以看出：质心高度对车身侧倾角的影响较明显。质心升高，侧倾角增大，质心降低，侧倾角减小。因此，适当降低质心高度可以增强车辆转向稳定性。

图10.2.33　质心高度对转向稳定性影响曲线

（a）横摆角速度；（b）车身侧倾角

3）极限安全性

图10.2.34　不同质心高度下前轮载荷

分别将质心位置增高和降低150 mm，分析质心高度对车辆极限安全性的影响。仿真车速设为100 km／h，转向盘转角峰值设为80°，结果如图10.2.34所示。

由图10.2.34可以看出：随着质心高度增加，内侧轮胎载荷趋近于零，极限安全性变差。

综上所述，车辆高速直驶、转向稳定性和极限安全性受质心高度影响一致。随着质心降低，高速稳定性提高。