線性二自由度汽車操縱穩(wěn)定性Simulink仿真.doc

線性二自由度汽車操縱穩(wěn)定性Simulink仿真汽車的操縱穩(wěn)定性是指在駕駛者不感到過分緊張、疲勞的情況下，汽車能夠遵循駕駛者通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向車輪給定的方向行駛，且遇到外界干擾時(shí)，汽車能夠抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力，汽車的操縱穩(wěn)定性是汽車主動(dòng)安全性的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。操縱穩(wěn)定性包括：汽車在轉(zhuǎn)向盤輸入或外界干擾輸入下的側(cè)向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)隨時(shí)間而變化的特性稱為時(shí)域響應(yīng)特性；轉(zhuǎn)向盤輸入有角位移輸入和力矩輸入；外界干擾輸入主要指?jìng)?cè)向風(fēng)和路面不平產(chǎn)生的側(cè)向力。1. 轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的響應(yīng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，評(píng)價(jià)參量為 橫擺角度速度增益轉(zhuǎn)向靈敏度瞬態(tài)響應(yīng)，評(píng)價(jià)參量為 反應(yīng)時(shí)間；橫擺角速度波動(dòng)的無阻尼園頻率。2. 橫擺角速度頻率響應(yīng)特性轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角正弦輸入下，頻率由0至變化時(shí)，汽車橫擺角速度與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的振幅比及相位差的變化規(guī)律。評(píng)價(jià)參量為：共振峰頻率；共振時(shí)的振幅比；相位滯后角；穩(wěn)態(tài)增益。3. 轉(zhuǎn)向盤中間位置操縱穩(wěn)定性轉(zhuǎn)向盤小轉(zhuǎn)角、低頻正弦輸入下，汽車高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性。評(píng)價(jià)參量為：轉(zhuǎn)向靈敏度、轉(zhuǎn)向盤力特性、轉(zhuǎn)向功靈敏度。4. 回正性轉(zhuǎn)向盤力輸入下的時(shí)域響應(yīng)。評(píng)價(jià)參量為：回正后剩余橫擺角速度與剩余橫擺角；達(dá)到剩余橫擺角速度的時(shí)間。輪胎的側(cè)偏特性為：，k為側(cè)偏剛度，一定時(shí)，側(cè)偏角越小越好，因此越大越好；前輪側(cè)偏角在4度內(nèi)時(shí)，輪胎側(cè)偏特性呈線性變化。圖1線性二自由度汽車模型對(duì)前輪角輸入的響應(yīng)建模假設(shè)：忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響，直接以前輪轉(zhuǎn)角為輸入；忽略懸架的作用，車身僅作平行于地面的平面運(yùn)動(dòng)，繞z軸的位移、繞y軸的俯仰角和繞x軸的側(cè)傾角均為零；汽車前進(jìn)速度不變。汽車被簡(jiǎn)化為只有側(cè)向和橫擺兩個(gè)自由度的兩輪汽車模型。圖2假定汽車（質(zhì)心加速度在y軸的投影），輪胎側(cè)偏特性處于線性范圍內(nèi)，不計(jì)地面切向力Fx、外傾側(cè)向力Fy、回正力矩Tz、垂直載荷的變化對(duì)輪胎側(cè)偏剛度的影響；簡(jiǎn)化后的兩輪汽車模型及車輛坐標(biāo)系如下：圖3確定汽車質(zhì)心加速度（絕對(duì)加速度）在車輛坐標(biāo)系的分量和，圖4沿OX軸速度分量的變化為：考慮很小，忽略二階微量，則有：上式除，取極限得同理可得二自由度汽車運(yùn)動(dòng)力學(xué)分析 考慮較小， 則有：質(zhì)心側(cè)偏角 由于， 即動(dòng)力學(xué)方程可變形為即狀態(tài)空間為 其中，仿真參數(shù)設(shè)置：仿真時(shí)間1.5s 汽車總質(zhì)量 m=1818.2Kg 繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量IZ=3885Kgm2軸距L=3.084m 質(zhì)心至前軸距離a=1.463m 質(zhì)心至后軸距離b=1.585m前輪總側(cè)偏剛度k1=-62618N/rad 后輪總側(cè)偏剛度k2=-110185N/rad仿真模型為：仿真工況1：前輪轉(zhuǎn)角1度，車速80Km/h下，仿真結(jié)果為： 仿真工況2：車速80Km/h下，前輪轉(zhuǎn)角分別為1度、2度和3度，仿真模型為： 由上圖可見，在車速為80km/h下，隨前輪轉(zhuǎn)角的增大，汽車質(zhì)心側(cè)偏角明顯增大且開始出現(xiàn)振蕩，固有圓頻率及阻尼比減小，超調(diào)量及穩(wěn)定時(shí)間增加，因此應(yīng)避免在高速行駛時(shí)急轉(zhuǎn)方向盤產(chǎn)生大的前輪轉(zhuǎn)角。仿真工況3：前輪轉(zhuǎn)角為2度，不同車速60km/h、80km/h、100km/h下橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角響應(yīng)曲線。仿真模型為： 由圖可知，降低汽車行駛速度，可以減小質(zhì)心側(cè)