線性二自由度汽車操縱穩(wěn)定性Simulink仿真1

1、文檔編碼 : CP6F10N6L5R1 HT3C8V3G2H6 ZO5U1D5Y10I9線性二自由度汽車操縱穩(wěn)固性 汽車的操縱穩(wěn)固性是指在駕駛者不感到過分緊急、Simulink 仿真 疲乏的情形下, 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,汽車能夠抗擊干擾而保持穩(wěn)定行駛的才能,汽車的操縱穩(wěn)固性是汽車主動安全性的重要評判指標之一；操縱穩(wěn)固性包括： 汽車在轉(zhuǎn)向盤輸入或外界干擾輸入下的側(cè)向運動響應(yīng)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；外界干擾輸入主要指側(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),評判參量為 橫

2、擺角度速度增益轉(zhuǎn)向靈敏度瞬態(tài)響應(yīng),評判參量為 反應(yīng)時間；橫擺角速度波動的無阻尼園頻率；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, 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；評判參量為：共振峰頻率；共振時的振幅比；相位滯后角；穩(wěn)態(tài)增益；3. 轉(zhuǎn)向盤中間位置操縱穩(wěn)固性轉(zhuǎn)向盤小轉(zhuǎn)角、 低頻正弦輸入下, 汽車高速行駛時的操縱穩(wěn)固性；轉(zhuǎn)向盤力特性、轉(zhuǎn)向功靈敏度；4. 回正性評判參量為： 轉(zhuǎn)向靈敏度、轉(zhuǎn)向盤力輸入下的時域響應(yīng)；評判參量為： 回正后剩余橫擺角速度與剩余橫擺角；達到剩余橫擺角速度的時間；輪胎的側(cè)偏特性為：FYk,k 為側(cè)偏剛度,F 確定時,側(cè)偏角越小越

3、好,因此k 越大越好；前輪側(cè)偏角在4 度內(nèi)時,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前輪角輸入的響應(yīng)建模假設(shè)： 忽視轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響,直接以前輪轉(zhuǎn)角為輸入；忽視懸架的作用,車身僅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；汽車前進速度不變；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；圖 2 假定汽車 y 0 . 4 g（質(zhì)心加速度在 y 軸的投影）,輪胎側(cè)偏特性處于線性范疇內(nèi),不計地面切向力 Fx、外傾側(cè)向力 Fy 、回正力矩 Tz、垂直載荷的變化對輪胎側(cè)偏剛度的影響；簡化后的兩輪汽車模型及車輛坐標系如下：圖 3 確定汽車質(zhì)心加

4、速度（確定加速度）在車輛坐標系的重量x和y,圖 4 沿 OX 軸速度重量的變化為：uucosuvvsinvvsinrucosucosuvsin考慮很小,忽視二階微量,就有：sinucosucosuvsinuvuv上式除t ,取極限得a xduvddtdt同理可得ayvur二自由度汽車運動力學(xué)分析FYF Y1cosF Y22MZaFY1cosbF Y考慮較小,cos1FY1k 11,FY2k22就有：FYk 11k22Zk2varrrarMZak11bk22質(zhì)心側(cè)偏角vuuuar1u2vbrbrbruuarFYk 1uuMZak1arbk2buu由于F Yma y,MIZrmvuk1aurbrk

5、2uak1aurbk2brIZru即k 1k21ak 1bk 2rk 1mvurruak 1bk 21a2k 12 bk2rak 1IZu動力學(xué)方程可變形為ra2k 1Z2 bk 2rak 1bk 2ak 1IuIZIZak 1bk21rk1k2k1mu2mumu即狀態(tài)空間為ra 110a 12rr0b 11ra 21a 22b 211010其中a 11a2k 12 bk2,a 12ak 1bk2,b 11ak 1IZuIZIZa 21ak 1bk 21,a 22k 1k2,b 21k 12 mumumu仿真參數(shù)設(shè)置：仿真時間 1.5s 汽車總質(zhì)量 m=1818.2Kg 繞 z 軸轉(zhuǎn)動慣量 I

6、Z=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 k 2=-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)偏角明顯增大且開頭出現(xiàn)振蕩, 固有圓頻率及阻尼比減小,超調(diào)量及穩(wěn)固時間增加,因此應(yīng)防止在高速行駛時急轉(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；