汽車安全性-四輪轉(zhuǎn)向-試驗報告

?中閡石曲立考汽車安全性設(shè)計實驗報告四輪轉(zhuǎn)向建模與分析實驗專業(yè)學(xué)號姓名二0一八年十一月、實驗?zāi)康?、掌握四輪轉(zhuǎn)向汽車數(shù)學(xué)模型；2、溫習(xí)MATLAB控制系統(tǒng)建模方法；3、對比分析四輪轉(zhuǎn)向相較于前輪轉(zhuǎn)向汽車的優(yōu)點。二、實驗儀器計算機；MATLAB軟件。三、實驗原理四輪轉(zhuǎn)向是提高汽車主動安全性的方法之一。四輪轉(zhuǎn)向是指汽車在轉(zhuǎn)向過程中，四個車輪可以根據(jù)信號同時相對車身偏轉(zhuǎn)。其主要目的是提高汽車在高速行駛或在側(cè)向風(fēng)作用時的操縱穩(wěn)定性，改善在低速時的操縱輕便性，以及減小轉(zhuǎn)彎半徑。四、實驗內(nèi)容1、四輪轉(zhuǎn)向模型在四輪轉(zhuǎn)向分析中，通常把汽車簡化為一個二自由度的兩輪車模型，如圖1所示。四輪轉(zhuǎn)向汽車線性二自由度模型認(rèn)為汽車只作平行于地面的平面運動，只有沿y軸的側(cè)向運動和繞z軸的橫擺運動兩個自由度。2、四輪轉(zhuǎn)向模型運動方程如圖1所示，四輪轉(zhuǎn)向模型沿y軸的合力和繞z軸的力矩為:

Fy=Fy-COS6]+cos詼…_ _， （1-1）阿￡=Q月1cos<5l—bFyzcos"式（1.1）中，B為汽車質(zhì)量，C為質(zhì)心到前、后軸的距離，口為汽車沿X軸的前進速度，『二為繞Z軸的轉(zhuǎn)動慣量，.9為質(zhì)心側(cè)偏角，”..為繞Z軸的橫擺角速度，工為前輪側(cè)偏剛度，心為后輪側(cè)偏剛度，1V6、分別為前、后輪轉(zhuǎn)角，由于二、6、很小，「。套.=1，一8OS一8OS由汽車坐標(biāo)系定義和相關(guān)位置關(guān)系可得:取狀態(tài)變量工=[B3T輸入變量為前輪轉(zhuǎn)角U=R]，取狀態(tài)變量工=[B3T3、四輪轉(zhuǎn)向模型仿真前后輪轉(zhuǎn)向比按式（1-6）計算。(1-5)車輛參數(shù)如表1所示。表1車輛參數(shù)參數(shù)/單位數(shù)值整車質(zhì)量m/kg2045質(zhì)心到前軸距離a/m1.488質(zhì)心到后軸距離b/m1.712繞z軸的轉(zhuǎn)動慣量I/(kg,m-2)5428前輪側(cè)偏剛度k/(N-rad-i)-38925后輪側(cè)偏剛度k/(N-rad-1)-39255①根據(jù)汽車穩(wěn)態(tài)性因數(shù)K，分析車輛轉(zhuǎn)向特性。：：=；一二；門 (1-7)②當(dāng)車速為30km/h時，前輪轉(zhuǎn)角為0.087rad、0.122rad、0.135rad時，質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度的響應(yīng)曲線。4、對比前輪轉(zhuǎn)向與四輪轉(zhuǎn)向汽車在質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度響應(yīng)曲線的區(qū)別。實驗仿真分析MATLAB控制系統(tǒng)建模：m=2045; 整車質(zhì)量m/kga=1.488; 質(zhì)心到前軸距離a/mb=1.712; 質(zhì)心到后軸距離b/mIz=5428; 繞z軸的轉(zhuǎn)動慣量Iz/(kg-m-2)k1=-38925; 前輪側(cè)偏剛度k1/(N-rad-1)k2=-39255; 后輪側(cè)偏剛度k2/(N-rad-1)u=30; 車速為30km/h計算矩陣八二口1a2;a3a4]a1=(k1+k2)/(m*u);a2=(a*k1-b*k2)/(m*u*u)-1;a3=(a*k1-b*k2)/Iz;a4=(a*a*k1+b*b*k2)/(Iz*u);計算矩陣8二出1b2;b3b4]b1二-k1/(m*u);b2=-k2/(m*u);b3=-a*k1/Iz;b4=b*k2/Iz;矩陣C=[10;01]矩陣口=[00;00]計算汽車穩(wěn)態(tài)性因數(shù)KK=m*(a/k2-b/k1)/(a+b)A2;當(dāng)前輪轉(zhuǎn)角為0.087血丁0.122rad、0.135rad時，計算汽車的后輪轉(zhuǎn)角dl二-b-m*a*u*u/(k2*(a+b));d2=a-m*b*u*u/(k1*(a+b));jiaol=[0.0870.1220.135];jiao2=jiao1*d1/d2;SIMULINK仿真建模圖1SIMULINK仿真模型SIMULINK仿真結(jié)果分析1）前輪轉(zhuǎn)向圖2前輪轉(zhuǎn)角為0.087rad圖2前輪轉(zhuǎn)角為0.087rad時質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度的響應(yīng)曲線圖3前輪轉(zhuǎn)角為0.122rad時質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度的響應(yīng)曲線圖4前輪轉(zhuǎn)角為0.135rad時質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度的響應(yīng)曲線前輪轉(zhuǎn)向的汽車，給汽車以轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入后，汽車質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度經(jīng)過一過渡過程后達到穩(wěn)態(tài)。前輪轉(zhuǎn)角越大，汽車的質(zhì)心側(cè)偏角峰值和穩(wěn)態(tài)值越大；橫擺角速度的峰值和穩(wěn)態(tài)值也越大；橫擺角速度達到峰值時的反應(yīng)時間和達到穩(wěn)態(tài)值時的穩(wěn)定時間基本不變。2）四輪轉(zhuǎn)向圖5前輪轉(zhuǎn)角0.087rad、后輪轉(zhuǎn)角0.0635時質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度的響應(yīng)曲線圖6前輪轉(zhuǎn)角0.122rad、圖6前輪轉(zhuǎn)角0.122rad、后輪轉(zhuǎn)角0.0915時質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度的響應(yīng)曲線圖7前輪轉(zhuǎn)角0.135rad、后輪轉(zhuǎn)角0.1013時質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度的響應(yīng)曲線四輪轉(zhuǎn)向的汽車，給汽車以轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入后，汽車質(zhì)心側(cè)偏角先迅速變大，達到峰值，后又迅速減小，最終穩(wěn)定在0值；前輪轉(zhuǎn)角越大，質(zhì)心側(cè)偏角峰值越大，但達到峰值時的反應(yīng)時間基本不變。四輪轉(zhuǎn)向的汽車，給汽車以轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入后，汽車橫擺角速度經(jīng)過一過渡過程后達到穩(wěn)態(tài)。前輪轉(zhuǎn)角越大，橫擺角速度的峰值和穩(wěn)態(tài)值也越大；橫擺角速度達到峰值時的反應(yīng)時間和