線性二自由度汽車操縱穩(wěn)定性MATLABsimulink研究最新帶音樂

1、線性二自由度汽車操縱穩(wěn)定性姓名：倪明明 班級：車輛0805 學(xué)號：30804011352022-1-9江蘇大學(xué)江蘇大學(xué)1 汽車的操縱穩(wěn)定性是指在駕駛者不感到過分緊張、疲勞汽車的操縱穩(wěn)定性是指在駕駛者不感到過分緊張、疲勞的情況下，汽車能遵循駕駛者通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向車輪給定的情況下，汽車能遵循駕駛者通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向車輪給定的方向行駛，且當(dāng)遭遇外界干擾時，汽車能抵抗干擾而保持的方向行駛，且當(dāng)遭遇外界干擾時，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力。穩(wěn)定行駛的能力。 汽車的操縱穩(wěn)定性是汽車汽車的操縱穩(wěn)定性是汽車主動安全性主動安全性的重要評價指標(biāo)。的重要評價指標(biāo)。汽車的操縱穩(wěn)定性2022-1-9江蘇大學(xué)2

2、汽車在轉(zhuǎn)向盤輸入或外界干擾輸入下的側(cè)向運動響應(yīng)汽車在轉(zhuǎn)向盤輸入或外界干擾輸入下的側(cè)向運動響應(yīng)隨時間而變化的特性稱為時域響應(yīng)特性。隨時間而變化的特性稱為時域響應(yīng)特性。 轉(zhuǎn)向盤輸入有角位移輸入和力矩輸入。轉(zhuǎn)向盤輸入有角位移輸入和力矩輸入。 外界干擾輸入主要是指側(cè)向風(fēng)和路面不平產(chǎn)生的側(cè)向外界干擾輸入主要是指側(cè)向風(fēng)和路面不平產(chǎn)生的側(cè)向力力。一、操縱穩(wěn)定性包含的內(nèi)容2022-1-9江蘇大學(xué)31.轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的響應(yīng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng) 橫擺角速度增益橫擺角速度增益轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向靈敏度。向靈敏度。評價參量評價參量 反應(yīng)時間。反應(yīng)時間。 橫擺角速度波動的橫擺角速度波動的無阻尼圓頻率。無阻尼圓頻率。評

3、價參量評價參量2022-1-9江蘇大學(xué)4 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角正弦輸轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角正弦輸入下，頻率由入下，頻率由0變變化時，汽車橫擺角速化時，汽車橫擺角速度與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的振度與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的振幅比及相位差的變化幅比及相位差的變化規(guī)律。規(guī)律。 共振峰頻率。共振峰頻率。 共振時振幅比。共振時振幅比。 相位滯后角。相位滯后角。 穩(wěn)態(tài)增益。穩(wěn)態(tài)增益。評價參量評價參量2.橫擺角速度頻率響應(yīng)特性2022-1-9江蘇大學(xué)53.轉(zhuǎn)向盤中間位置操縱穩(wěn)定性 轉(zhuǎn)向靈敏度。轉(zhuǎn)向靈敏度。 轉(zhuǎn)向盤力特性。轉(zhuǎn)向盤力特性。 轉(zhuǎn)向功靈敏度。轉(zhuǎn)向功靈敏度。評價參量評價參量 轉(zhuǎn)向盤力輸入轉(zhuǎn)向盤力輸入下的時域響應(yīng)。下的時域響應(yīng)。 回正后剩余橫擺角回

4、正后剩余橫擺角速度與剩余橫擺角。速度與剩余橫擺角。 達(dá)到剩余橫擺角速達(dá)到剩余橫擺角速度的時間。度的時間。評價參量評價參量4.回正性 轉(zhuǎn)向盤小轉(zhuǎn)角、低頻轉(zhuǎn)向盤小轉(zhuǎn)角、低頻正弦輸入下，汽車高速正弦輸入下，汽車高速行駛時的操縱穩(wěn)定性。行駛時的操縱穩(wěn)定性。2022-1-9江蘇大學(xué)6kFYk側(cè)偏剛度。 FY一定時希望側(cè)偏角越小越好，所以 |k| 越大越好。 前輪側(cè)偏角在前輪側(cè)偏角在4度以內(nèi)度以內(nèi)時，輪胎側(cè)偏特性呈現(xiàn)線時，輪胎側(cè)偏特性呈現(xiàn)線性變化性變化 輪胎的側(cè)偏特性輪胎的側(cè)偏特性3.FY曲線曲線2022-1-9江蘇大學(xué)7 本節(jié)將首先建立線性二自由度汽車模型，在此基礎(chǔ)上，分析汽車的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性、瞬態(tài)響應(yīng)特

5、性和頻率響應(yīng)特性。線性二自由度汽車模型對前輪角輸線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng)入的響應(yīng)2022-1-9江蘇大學(xué)8線性二自由度汽車模型運動微分方程線性二自由度汽車模型運動微分方程1.建模中假設(shè)建模中假設(shè) 2）忽略懸架的作用；車身只作平行于地面的平面運動，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，且 ；lrZZFF 3）汽車前進(jìn)速度不變。 在上述假設(shè)下，汽車被簡化為只有側(cè)向和橫擺兩個自由度的兩輪汽車模型。 1）忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響，直接以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入； 假定汽車 ay0.4g，輪胎側(cè)偏特性處于線性范圍內(nèi)；不計地面切向力FX、外傾側(cè)向力 、回正力矩 TZ、垂直載荷的變

6、化對輪胎側(cè)偏剛度的影響。yF2022-1-9江蘇大學(xué)9xy2.兩輪汽車模型及車輛坐標(biāo)系兩輪汽車模型及車輛坐標(biāo)系2022-1-9江蘇大學(xué)10 確定汽車質(zhì)心（絕對）加速度在車輛坐標(biāo)系的分量ax和ay。sincosvvuuusinsincoscosvvuuu3.運動學(xué)分析運動學(xué)分析 沿Ox軸速度分量的變化為2022-1-9江蘇大學(xué)11sinsincoscosvvuuuvu上式除以t并取極限得rddddvutvtuax考慮到 很小并忽略二階微量同理可得ruvay 2022-1-9江蘇大學(xué)122121coscosYYZYYYbFaFMFFF考慮到角較小1cos111kFY222kFY22112211bk

7、akMkkFZY4.二自由度汽車動力學(xué)分析二自由度汽車動力學(xué)分析2022-1-9江蘇大學(xué)13質(zhì)心側(cè)偏角uvuavruar1uarubvr2ubr2022-1-9江蘇大學(xué)14ubkuakFYr2r1ubbkuaakMZr2r1yYmaFrZZIM由于rr2r1uvmubkuakrr12rZabakbkIuu1212r1r221212r1r11Zkkakbkkm vuuakbka kb kakIu 整理后得二自由度汽車運動微分方程式2022-1-9江蘇大學(xué)15 狀態(tài)空間2212121121212111211212221(1)100010rrZzrrrrra kb kakbkakI uIzIakbk

8、kkkmumumuaabaabxAxBu 動力學(xué)方程可變形為即狀態(tài)空間為22121211112111212121222121ZzyCxDua kb kakbkakaabI uIzIakbkkkkaabmumumu 以上各參數(shù)為 2022-1-9江蘇大學(xué)16v 仿真數(shù)據(jù)v仿真時間仿真時間v汽車總質(zhì)量汽車總質(zhì)量v繞繞 軸轉(zhuǎn)動慣量軸轉(zhuǎn)動慣量 v軸距軸距 v質(zhì)心至前軸距離質(zhì)心至前軸距離 v質(zhì)心至后軸距離質(zhì)心至后軸距離 v前輪總側(cè)偏剛度前輪總側(cè)偏剛度 v后輪總側(cè)偏剛度后輪總側(cè)偏剛度 1.5ts1818.2mKg23885zIKg m3.048Lm1.463am1.585bm162618/kN rad 2

9、110185/kN rad 2022-1-9江蘇大學(xué)17v 仿真模型2022-1-9江蘇大學(xué)18前輪轉(zhuǎn)角為 1度，車速為 80km/h2022-1-9江蘇大學(xué)19比較不同前輪角階躍輸入（1度，2度，3度 ），車速在 80km/h2022-1-9江蘇大學(xué)20輸出信號分為3條，黃色實線表示前輪轉(zhuǎn)角 為 1度，粉紅色虛線表示前輪轉(zhuǎn)角為 2度，藍(lán)綠色點線表示前輪轉(zhuǎn)角為 3度2022-1-9江蘇大學(xué)21輸出信號分為3條，黃色實線表示前輪轉(zhuǎn)角 為 1度，粉紅色虛線表示前輪轉(zhuǎn)角為 2度，藍(lán)綠色點線表示前輪轉(zhuǎn)角為 3度2022-1-9江蘇大學(xué)22 總結(jié)v由上面兩幅圖，可以看出在車速為由上面兩幅圖，可以看出在車

10、速為80km/h 下下，隨著，隨著前輪轉(zhuǎn)角的增大（1度，度，2度，度，3度度 ），汽），汽車車質(zhì)心側(cè)偏角明顯增大并開始出現(xiàn)振蕩，固有圓頻率及阻尼比減小，超調(diào)量及穩(wěn)定時間增加，因因此應(yīng)該此應(yīng)該避免在高速行駛時急轉(zhuǎn)方向盤產(chǎn)生大的前輪轉(zhuǎn)角。2022-1-9江蘇大學(xué)23v比較前輪轉(zhuǎn)角為比較前輪轉(zhuǎn)角為2度，不同車速（度，不同車速（60km/h，80km/h，100km/h）下，橫擺角速度響應(yīng)）下，橫擺角速度響應(yīng)曲線和質(zhì)心側(cè)偏角響應(yīng)曲線的變化曲線和質(zhì)心側(cè)偏角響應(yīng)曲線的變化2022-1-9江蘇大學(xué)24黃色實線表示車速為60km/h ，粉紅色虛線表示車速為80km/h ，藍(lán)綠色點線表示車速為100km/h20

11、22-1-9江蘇大學(xué)25黃色實線表示車速為60km/h ，粉紅色虛線表示車速為80km/h ，藍(lán)綠色點線表示車速為100km/h 2022-1-9江蘇大學(xué)26 總結(jié)v由圖可知，由圖可知，降低汽車行駛速度，可以減小質(zhì)心側(cè)偏角，使固有圓頻率及阻尼比增加，超調(diào)量及穩(wěn)定時間減少；而；而增加行駛速度，可使反映時間縮短。因此因此，較低的行駛速度使汽車具有更好的瞬態(tài)響應(yīng)特性。2022-1-9江蘇大學(xué)27 四,結(jié)論v通過建立汽車動力學(xué)模型，對汽車操縱性進(jìn)行了通過建立汽車動力學(xué)模型，對汽車操縱性進(jìn)行了模擬，和汽車?yán)碚摚ǖ谖灏妫┙滩纳系睦碚撐呛夏M，和汽車?yán)碚摚ǖ谖灏妫┙滩纳系睦碚撐呛希〉昧吮容^好的效果。由此可知車速和前輪轉(zhuǎn)，取得了比較好的效果。由此可知車速和前輪轉(zhuǎn)角都對二自由度汽車操縱穩(wěn)定性有很大影響。汽角都對二自由度汽車操縱穩(wěn)定性有很大影響。汽車以較低速度，較小的前輪轉(zhuǎn)角行駛時，是相對車以較低速度，較小的前輪轉(zhuǎn)角行駛時，是相對安全的。安全的。v 2022-1-9江蘇大學(xué)28 五,參考文獻(xiàn)v1（清華大學(xué)）余志生（清華大學(xué)）余志生.汽車?yán)碚摚ǖ谖灏妫┢嚴(yán)碚摚ǖ谖灏妫㎝.北京北京.機械工業(yè)出版社，機械工業(yè)出版社，2011.v2（江蘇大學(xué)）王國林，楊建，樊旭峰，陸丹（江蘇大學(xué)）王國林，楊建，樊