汽車系統(tǒng)動力學(xué)與仿真課件：汽車操縱動力學(xué)與仿真 -

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頁汽車操縱動力學(xué)與仿真5.1汽車操縱穩(wěn)定性的評價5.2三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型5.3汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)5.4汽車瞬態(tài)響應(yīng)5.5三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性仿真5.6多輪轉(zhuǎn)向汽車控制目標(biāo)和控制技術(shù)5.7三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車最優(yōu)控制5.8三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車模糊控制5.9基于ADAMS的三軸前輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性仿真

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頁5.1汽車操縱穩(wěn)定性的評價5.1.1汽車操縱穩(wěn)定性評價的基本概念5.1.2汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗評價5.1.3汽車轉(zhuǎn)向回正試驗評價5.1.4汽車轉(zhuǎn)向輕便性試驗評價5.1.5汽車轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗評價5.1.6汽車蛇行試驗評價5.1.7汽車操縱穩(wěn)定性綜合評價

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頁5.1.1汽車操縱穩(wěn)定性評價的基本概念1．指令反應(yīng)評價和擾動反應(yīng)評價汽車行駛時，對汽車的輸入主要來自二方面，一方面來自駕駛員的指令輸入，另一方面來自地面不平或風(fēng)的擾動輸入。對轉(zhuǎn)向盤處駕駛員指令輸入的評價稱為指令反應(yīng)評價；對車輪或車身處外界擾動輸入的評價稱為擾動反應(yīng)評價。2．力輸入反應(yīng)評價和角輸入反應(yīng)評價對駕駛員通過力輸入控制汽車轉(zhuǎn)向運動的評價稱為力輸入反應(yīng)評價；對駕駛員通過角輸入控制汽車轉(zhuǎn)向運動的評價稱為角輸入反應(yīng)評價，它們都屬于指令反應(yīng)評價。

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頁5.1.1汽車操縱穩(wěn)定性評價的基本概念3．不同“工作點”下的評價汽車行駛條件復(fù)雜多變，如存在車速不同、路面附著條件不同、行駛工況不同等。從全面評價的觀點來看，應(yīng)對各種車速、各種路面和各種可能達(dá)到的側(cè)向加速度下的汽車操縱穩(wěn)定性進(jìn)行評價。所謂“工作點”就是指由這種工況變量所確定的三維空間的點。

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頁5.1.1汽車操縱穩(wěn)定性評價的基本概念4．線性區(qū)評價和非線性區(qū)評價實際上，汽車是一個非線性復(fù)雜系統(tǒng)，但為了分析問題的方便，把它分為線形區(qū)和非線性區(qū)。汽車在附著系數(shù)較大的路面上作小轉(zhuǎn)向運動，認(rèn)為是線性區(qū)評價；汽車在附著系數(shù)較小的路面作大轉(zhuǎn)向運動，認(rèn)為是非線性區(qū)評價。線性區(qū)評價是基本的，汽車經(jīng)常行駛在線性區(qū)，是保障汽車具有良好操縱穩(wěn)定性的基礎(chǔ)；非線性區(qū)評價是重要的，汽車在非線性區(qū)工作會使操縱穩(wěn)定性嚴(yán)重惡化，重大交通事故往往發(fā)生在非線性區(qū)。

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頁5.1.1汽車操縱穩(wěn)定性評價的基本概念5．穩(wěn)態(tài)評價和動態(tài)評價所謂穩(wěn)態(tài)是指沒有外界擾動、車速恒定、轉(zhuǎn)向盤上的指令固定不變，汽車的輸出運動達(dá)到穩(wěn)定平衡的狀態(tài)。汽車達(dá)到穩(wěn)態(tài)狀態(tài)的評價稱為穩(wěn)態(tài)評價，穩(wěn)態(tài)狀態(tài)在汽車的實際運行中很少出現(xiàn)。汽車從接收轉(zhuǎn)向指令或擾動指令開始到達(dá)到穩(wěn)態(tài)狀態(tài)之前的運動評價稱為動態(tài)評價。穩(wěn)態(tài)不存在操縱穩(wěn)定性問題，所有的操縱穩(wěn)定性問題都是動態(tài)反應(yīng)問題。之所以對汽車進(jìn)行穩(wěn)態(tài)評價，是因為穩(wěn)態(tài)評價比較容易，動態(tài)評價比較困難，通過穩(wěn)態(tài)評價可以對汽車動態(tài)特性有初步的了解，例如，一定的穩(wěn)態(tài)特性是使汽車具有良好動態(tài)特性的必要條件；穩(wěn)態(tài)試驗可以比較安全地達(dá)到非線性區(qū)，甚至可到達(dá)側(cè)滑極限，而動態(tài)試驗很難達(dá)到。

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頁5.1.1汽車操縱穩(wěn)定性評價的基本概念6．開環(huán)評價和閉環(huán)評價開環(huán)評價是指不考慮駕駛?cè)颂匦?、只考慮汽車本身特性的評價，是試驗評價的主要手段；閉環(huán)評價是既考慮駕駛?cè)颂匦?、又考慮汽車本身特性的評價，更能全面評價汽車轉(zhuǎn)向操縱特性。但由于駕駛?cè)颂匦砸蛉硕?，并可因?xùn)練而改變，很難表達(dá)成準(zhǔn)確而統(tǒng)一的特性。

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頁5.1.1汽車操縱穩(wěn)定性評價的基本概念7．主觀評價和客觀評價主觀評價法就是感覺評價，其方法是讓試驗評價人員，根據(jù)試驗時自己的感覺來進(jìn)行評價，按規(guī)定的項目和評分辦法進(jìn)行評分，屬于閉環(huán)評價；客觀評價法是通過測試儀器測出表征性能的物理量，如橫擺角速度、側(cè)向加速度、側(cè)傾角及轉(zhuǎn)向力等，來評價操縱穩(wěn)定性的方法。目前針對汽車操縱穩(wěn)定性的評價指標(biāo)繁多，有來自國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）關(guān)于乘用車和商用車的汽車操縱穩(wěn)定性試驗的標(biāo)準(zhǔn)，我國國家標(biāo)準(zhǔn)QC/T480一1999《汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)限值與評價方法》規(guī)定了6個標(biāo)準(zhǔn)試驗限制指標(biāo)參考范圍。

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頁5.1.2汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗評價汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗是通過改變側(cè)向加速度，以一定車速在固定半徑的圓弧上行駛，從而對汽車的不足轉(zhuǎn)向及過度轉(zhuǎn)向特性、側(cè)傾特性、最大側(cè)向加速度、保舵力等進(jìn)行評價的試驗。改變側(cè)向加速度可采用定半徑法、定轉(zhuǎn)向盤連續(xù)加速法及定車速法實現(xiàn)。汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗是按中性轉(zhuǎn)向點側(cè)向加速度、不足轉(zhuǎn)向度和車箱側(cè)傾度三項指標(biāo)進(jìn)行評價計分。

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頁5.1.2汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗評價中性轉(zhuǎn)向點是指使汽車前、后輪產(chǎn)生同一側(cè)偏角的側(cè)向力作用點。中性轉(zhuǎn)向點側(cè)向加速度值定義為汽車前、后橋側(cè)偏角差與側(cè)向加速度關(guān)系曲線上，斜率為零處的側(cè)向加速度值。在所試的側(cè)向加速度值范圍內(nèi)，未出現(xiàn)中性轉(zhuǎn)向點時，中性轉(zhuǎn)向點側(cè)向加速度值用最小二乘法按無常數(shù)項的三次多項式擬合曲線進(jìn)行推算。中性轉(zhuǎn)向點側(cè)向加速度值的評價計分值為：

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頁5.1.2汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗評價不足轉(zhuǎn)向度按汽車前、后橋側(cè)偏角差值與側(cè)向加速度關(guān)系曲線上側(cè)向加速度值為2m／s2處的平均斜率（縱坐標(biāo)值除以橫坐標(biāo)值）計算，其評價計分值為：

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頁5.1.2汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗評價車箱側(cè)傾度按汽車車箱側(cè)傾角與側(cè)向加速度關(guān)系曲線上側(cè)向加速度值為2m／s2處的平均斜率（縱坐標(biāo)值除以橫坐標(biāo)值）計算，其評價計分值為：當(dāng)各項指標(biāo)的評價計分值大于100時，按100分計。

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頁5.1.2汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗評價

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頁5.1.2汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗評價汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗的綜合評價計分值為：

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頁5.1.3汽車轉(zhuǎn)向回正試驗評價汽車轉(zhuǎn)向回正試驗是評價汽車在轉(zhuǎn)彎行駛中松開轉(zhuǎn)向盤時，汽車橫擺角速度等變量恢復(fù)直線行駛狀態(tài)的試驗，它包括低速回正性試驗和高速回正性試驗。汽車轉(zhuǎn)向回正試驗是按松開轉(zhuǎn)向盤3s時的殘留橫擺角速度絕對值及橫擺角速度總方差兩項指標(biāo)進(jìn)行評價計分。低速回正性試驗與高速回正性試驗的殘留橫擺角速度絕對值的評價計分值均為：

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頁5.1.3汽車轉(zhuǎn)向回正試驗評價低速回正性試驗與高速回正性試驗的橫擺角速度總方差的評價計分值均為:

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頁5.1.3汽車轉(zhuǎn)向回正試驗評價

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頁5.1.3汽車轉(zhuǎn)向回正試驗評價對于只進(jìn)行低速回正性能試驗的汽車，轉(zhuǎn)向回正性能試驗的綜合評價計分值根據(jù)低速回正性的兩項評價計分值，其值為：

對于進(jìn)行低速和高速回正性能試驗的汽車，轉(zhuǎn)向回正性能試驗的綜合評價計分值根據(jù)低速回正性和高速回正性的四項評價計分值，其值為：

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頁5.1.4汽車轉(zhuǎn)向輕便性試驗評價汽車轉(zhuǎn)向輕便性試驗是按轉(zhuǎn)向盤平均操舵力與轉(zhuǎn)向盤最大操舵力兩項指標(biāo)進(jìn)行評價計分。汽車轉(zhuǎn)向盤平均操舵力的評價計分值為：汽車轉(zhuǎn)向盤最大操舵力的評價計分值為：

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頁5.1.4汽車轉(zhuǎn)向輕便性試驗評價

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頁5.1.4汽車轉(zhuǎn)向輕便性試驗評價汽車轉(zhuǎn)向輕便性試驗的綜合評價計分值為：

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頁5.1.5汽車轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗評價汽車轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)是操縱輸入隨時間而變化，用橫擺角速度、側(cè)傾角等評價汽車過渡過程響應(yīng)特性的試驗，它包括階躍響應(yīng)試驗和脈沖響應(yīng)試驗。階躍響應(yīng)試驗是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角以階躍形式進(jìn)行操縱輸入，用橫擺角速度、側(cè)傾角等評價汽車響應(yīng)特性的試驗；脈沖響應(yīng)試驗是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角以脈沖形式進(jìn)行操縱輸入，用橫擺角速度、側(cè)傾角等評價汽車響應(yīng)特性的試驗。

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1．轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入試驗評價汽車轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入試驗的評價指標(biāo)是按側(cè)向加速度值為2m／s2時的汽車橫擺角速度響應(yīng)時間進(jìn)行評價計分。最大總質(zhì)量大于6t的汽車，本項試驗不進(jìn)行評價計分；最大總質(zhì)量小于或等于6t的汽車，汽車橫擺角速度響應(yīng)時間的評價計分值為：

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頁1．轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入試驗評價

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2．轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角脈沖輸入試驗評價汽車轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角脈沖輸入試驗是按諧振頻率、諧振峰水平和相位滯后角三項指標(biāo)進(jìn)行評價計分。諧振頻率是指在頻率響應(yīng)試驗中，幅頻特性峰值所對應(yīng)的操縱輸入的頻率。諧振頻率的評價計分值為：諧振峰水平的定義為：

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頁2．轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角脈沖輸入試驗評價諧振峰水平的評價計分值為：相位滯后角是指在頻率響應(yīng)試驗中，橫擺角速度相應(yīng)相位角與操縱輸入相位角之差。相位滯后角的評價計分值為：

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頁2．轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角脈沖輸入試驗評價

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頁2．轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角脈沖輸入試驗評價汽車轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角脈沖輸入試驗的綜合評價計分值為：

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頁5.1.6汽車蛇行試驗評價汽車蛇行試驗是指汽車在一定間隔的標(biāo)樁間蛇行穿行，評價汽車的機(jī)動性、響應(yīng)性和穩(wěn)定性的試驗，可用蛇行通過的最高車速、操舵力、側(cè)向加速度、橫擺角速度響應(yīng)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角等進(jìn)行評價。汽車蛇行試驗結(jié)果與駕駛員的駕駛技術(shù)有關(guān)，屬于閉環(huán)評價。汽車蛇行試驗是按基準(zhǔn)車速下的平均橫擺角速度峰值與平均轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角峰值兩項指標(biāo)進(jìn)行評價計分。

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頁5.1.6汽車蛇行試驗評價平均橫擺角速度峰值的評價計分值為：平均轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角峰值的評價計分值為：

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頁5.1.6汽車蛇行試驗評價

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頁5.1.6汽車蛇行試驗評價汽車蛇行試驗的綜合評價計分值為：

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頁5.1.7汽車操縱穩(wěn)定性綜合評價當(dāng)中性轉(zhuǎn)向點側(cè)向加速度值的評價計分值小于60分或試驗的最大側(cè)向加速度值小于中性轉(zhuǎn)向點側(cè)向加速度值的下限值時，汽車操縱穩(wěn)定性的總評價計分值定為不合格。最大總質(zhì)量小于或等于6t的汽車，操縱穩(wěn)定性的總評價計分值為：最大總質(zhì)量大于6t的汽車，操縱穩(wěn)定性的總評價計分值為：汽車操縱穩(wěn)定性的優(yōu)劣，按總評價計分值大小衡量，分值越高，汽車操縱穩(wěn)定性越好；總評價計分值小于60分者為不合格。

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頁5.2三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型

（1）忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的作用，直接以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入；（2）忽略懸架的作用，認(rèn)為汽車只做平行于地面的平面運動，即汽車沿軸的位移、繞軸的俯仰角和繞軸的側(cè)傾角均為零；（3）汽車沿軸的前進(jìn)速度視為不變，這樣汽車只有沿軸的側(cè)向運動和繞軸的橫擺運動兩個自由度；（4）輪胎側(cè)偏特性處于線性范圍；（5）驅(qū)動力不大，不考慮地面切向力對輪胎側(cè)偏特性的影響；（6）忽略空氣動力的作用；（7）忽略左、右輪胎由于載荷變化引起輪胎特性的變化以及輪胎回正力矩的作用。

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頁5.2三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型

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頁5.2三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型汽車質(zhì)心處側(cè)向加速度為：汽車前輪、中輪、后輪的側(cè)偏角分別為：

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頁5.2三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型汽車前輪、中輪和后輪側(cè)向力分別為：根據(jù)牛頓定律，可以列出二自由度汽車的微分方程為：

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頁5.2三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型

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1．矩陣方程

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頁2．傳遞函數(shù)

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頁2．傳遞函數(shù)

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頁3．頻率響應(yīng)函數(shù)

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頁3．頻率響應(yīng)函數(shù)

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4．狀態(tài)方程式建立不同形式的汽車操縱穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型，可以從不同的角度研究汽車操縱穩(wěn)定性。

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5.3汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)

5.3.1汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)評價

5.3.2三軸汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)

5.3.3四輪轉(zhuǎn)向汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)

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5.3.1汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)評價汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的評價指標(biāo)主要有汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益、汽車穩(wěn)定性因數(shù)、前后輪側(cè)偏角之差、轉(zhuǎn)向半徑比值、靜態(tài)儲備系數(shù)等。汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益是指穩(wěn)態(tài)橫擺角速度與前輪轉(zhuǎn)角之比，也稱轉(zhuǎn)向靈敏度。穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益不能太大，以免由于駕駛員無意識所做的輕微轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤而引起汽車很大的響應(yīng)。另一方面又不能太小，否則操縱困難。

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5.3.1汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)評價二軸前輪轉(zhuǎn)向汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益為：二軸前輪轉(zhuǎn)向汽車穩(wěn)定性因數(shù)為：根據(jù)汽車穩(wěn)定性因數(shù)的數(shù)值，汽車的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)可分為中性轉(zhuǎn)向、不足轉(zhuǎn)向和過度轉(zhuǎn)向。

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5.3.1汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)評價

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5.3.1汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)評價前后輪側(cè)偏角之差是指汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗中，前、后橋綜合側(cè)偏角的差值。二軸前輪轉(zhuǎn)向汽車前后輪側(cè)偏角之差為：當(dāng)前后輪側(cè)偏角之差等于零時，汽車具有中性轉(zhuǎn)向；當(dāng)前后輪側(cè)偏角之差大于零時，汽車具有不足轉(zhuǎn)向；當(dāng)前后輪側(cè)偏角之差小于零時，汽車具有過度轉(zhuǎn)向。

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5.3.1汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)評價轉(zhuǎn)向半徑比值是指汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗中，質(zhì)心瞬時轉(zhuǎn)向半徑與初始轉(zhuǎn)向半徑的比值。二軸前輪轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)向半徑比值為：當(dāng)轉(zhuǎn)向半徑比值等于1時，汽車具有中性轉(zhuǎn)向；當(dāng)轉(zhuǎn)向半徑比值大于1時，汽車具有不足轉(zhuǎn)向；當(dāng)轉(zhuǎn)向半徑比值小于1時，汽車具有過度轉(zhuǎn)向。

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5.3.1汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)評價靜態(tài)儲備系數(shù)是指中性轉(zhuǎn)向點到前軸的距離與汽車質(zhì)心到前軸的距離之差與軸距之比。二軸前輪轉(zhuǎn)向汽車靜態(tài)儲備系數(shù)為：當(dāng)靜態(tài)儲備系數(shù)等于零時，汽車具有中性轉(zhuǎn)向；當(dāng)靜態(tài)儲備系數(shù)大于零時，汽車具有不足轉(zhuǎn)向；當(dāng)靜態(tài)儲備系數(shù)小于零時，汽車具有過度轉(zhuǎn)向。

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5.3.2三軸汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)汽車穩(wěn)態(tài)行駛時，橫擺角速度為定值，微分項為零。

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5.3.2三軸汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益為：三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車穩(wěn)定性因數(shù)定義為：

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5.3.2三軸汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)

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5.3.2三軸汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)三軸前輪轉(zhuǎn)向汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益為：

三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車和三軸前輪轉(zhuǎn)向汽車的穩(wěn)定性因數(shù)是相同的。

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5.3.2三軸汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)

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5.3.3四輪轉(zhuǎn)向汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)四輪轉(zhuǎn)向汽車的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益為：

四輪轉(zhuǎn)向汽車穩(wěn)定性因數(shù)為：

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5.4汽車瞬態(tài)響應(yīng)5.4.1汽車瞬態(tài)響應(yīng)的評價5.4.2三軸汽車瞬態(tài)響應(yīng)5.4.3四輪轉(zhuǎn)向汽車瞬態(tài)響應(yīng)

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5.4.1汽車瞬態(tài)響應(yīng)評價1．角階躍輸入下的汽車瞬態(tài)響應(yīng)評價汽車瞬態(tài)響應(yīng)一般用汽車角階躍轉(zhuǎn)向輸入后，汽車質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度隨時間的變化來描述。

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5.4.1汽車瞬態(tài)響應(yīng)評價評價汽車時域瞬態(tài)響應(yīng)的參數(shù)主要有：（1）反應(yīng)時間反應(yīng)時間是指角階躍轉(zhuǎn)向輸入后，橫擺角速度第一次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值所需的時間。反應(yīng)時間說明汽車轉(zhuǎn)向反應(yīng)的快慢，是評價汽車瞬態(tài)響應(yīng)的重要參數(shù)之一，其值應(yīng)小些為好。（2）橫擺角速度波動時的固有頻率橫擺角速度波動時的固有頻率是評價汽車瞬態(tài)響應(yīng)的一個重要參數(shù)，其值應(yīng)高些為好。

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5.4.1汽車瞬態(tài)響應(yīng)評價（3）阻尼比汽車阻尼比一般為0.5~0.8，阻尼比越大，系統(tǒng)衰減越快。（4）峰值反應(yīng)時間峰值反應(yīng)時間是指角階躍轉(zhuǎn)向輸入后，橫擺角速度到達(dá)第一峰值的時間，作為評定汽車瞬態(tài)橫擺響應(yīng)反應(yīng)快慢的參數(shù)。（5）超調(diào)量超調(diào)量是指角階躍轉(zhuǎn)向輸入后，橫擺角速度最大值減去穩(wěn)態(tài)橫擺角速度值與穩(wěn)態(tài)橫擺角速度值之比。超調(diào)量越小越好。

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5.4.1汽車瞬態(tài)響應(yīng)評價2．正弦輸入下的汽車頻率響應(yīng)評價汽車頻率響應(yīng)是指汽車在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角為正弦輸入下的響應(yīng)。頻率特性分為幅頻特性和相頻特性。幅頻特性反映了駕駛員以不同頻率輸入指令時，汽車執(zhí)行駕駛員指令失真的程度。橫擺角速度的幅頻特性曲線在低頻區(qū)接近于一水平線，隨著頻率的增高，幅值比增大，至某一頻率時幅值比達(dá)到最大值，此時系統(tǒng)處于共振狀態(tài)。頻率再增高，幅值比逐漸減小。相頻特性反映了輸出滯后于輸入的失真程度。

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5.4.1汽車瞬態(tài)響應(yīng)評價評價汽車橫擺角速度頻率特性的參數(shù)如圖所示。

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5.4.1汽車瞬態(tài)響應(yīng)評價評價汽車橫擺角速度頻率特性的參數(shù)如圖所示。

第65

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5.4.2三軸汽車瞬態(tài)響應(yīng)三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車的中輪和后輪轉(zhuǎn)向角：三軸汽車質(zhì)心側(cè)偏角與車輪轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系為：

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5.4.2三軸汽車瞬態(tài)響應(yīng)三軸汽車質(zhì)心側(cè)偏角為：三軸汽車橫擺角速度與車輪轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系為：

第67

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5.4.2三軸汽車瞬態(tài)響應(yīng)汽車橫擺角速度為：三軸前輪轉(zhuǎn)向汽車的質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度分別為：

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5.4.2三軸汽車瞬態(tài)響應(yīng)

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5.4.2三軸汽車瞬態(tài)響應(yīng)

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5.4.2三軸汽車瞬態(tài)響應(yīng)

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5.4.2三軸汽車瞬態(tài)響應(yīng)

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5.4.3四輪轉(zhuǎn)向汽車瞬態(tài)響應(yīng)四輪轉(zhuǎn)向汽車質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度分別為：

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5.4.3四輪轉(zhuǎn)向汽車瞬態(tài)響應(yīng)為使汽車質(zhì)心側(cè)偏角為零，后輪轉(zhuǎn)向控制函數(shù)可由下式?jīng)Q定：

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5.4.3四輪轉(zhuǎn)向汽車瞬態(tài)響應(yīng)汽車橫擺角速度為：消去出現(xiàn)的極零點，得：極零點消去后，系統(tǒng)變得非常穩(wěn)定。

第75

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5.4.3四輪轉(zhuǎn)向汽車瞬態(tài)響應(yīng)消掉的極零點系統(tǒng)是二階系統(tǒng)，即：

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5.5三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性仿真

5.5.1輪胎側(cè)向力非線性模型

5.5.2輪胎垂直載荷

5.5.3輪胎側(cè)偏角

5.5.4三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車非線性三自由度模型立

5.5.5三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車動態(tài)特性仿真

第77

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5.5.1輪胎側(cè)向力非線性模型MF-Tyre輪胎側(cè)向力仿真模型

第78

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5.5.2輪胎垂直載荷輪胎側(cè)向力求解模型的輸入量之一是輪胎的垂直載荷。三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車的各個輪胎垂直載荷不僅與質(zhì)心的位置有關(guān)，還與懸架和輪胎的變形有很大的關(guān)系，因此求解各輪胎垂直載荷是一個典型的超靜定問題。另外，計算各輪胎垂直載荷時，還應(yīng)該充分考慮車身側(cè)傾對垂直載荷分布的影響。采用了基于位移法求解多軸汽車輪胎垂直載荷的方法來計算各輪胎的垂直載荷。

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1．靜止或勻速行駛工況垂直載荷計算汽車轉(zhuǎn)彎時各輪胎的垂直載荷就是汽車靜止或勻速直線行駛時各輪胎的垂直載荷與轉(zhuǎn)彎時各輪胎垂直載荷變化量的疊加。推導(dǎo)時將車身視為剛體，并將懸架、輪胎構(gòu)成的系統(tǒng)的線剛度用輪胎的等效線剛度來替代。

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1．靜止或勻速行駛工況垂直載荷計算靜力平衡方程：矩陣的形式：

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1．靜止或勻速行駛工況垂直載荷計算將垂直載荷和各輪胎垂直變形量的關(guān)系用胡克定律描述為：

第82

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1．靜止或勻速行駛工況垂直載荷計算輪胎垂直變形量和車身剛體位移之間的關(guān)系為：靜力平衡矩陣：

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2．轉(zhuǎn)彎工況垂直載荷計算

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1．靜止或勻速行駛工況垂直載荷計算轉(zhuǎn)彎工況下的靜力平衡方程：載荷向量為：

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1．靜止或勻速行駛工況垂直載荷計算轉(zhuǎn)彎工況下的平衡方程為：

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5.5.3輪胎側(cè)偏角轉(zhuǎn)彎工況下的平衡方程為：

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5.5.3輪胎側(cè)偏角輪胎的側(cè)偏角分別為：

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5.5.4三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車非線性三自由度模型在建立三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車非線性三自由度模型時，假設(shè)：（1）三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車左右對稱；（2）三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車勻速轉(zhuǎn)彎；（3）懸架等效為垂直方向的彈簧和減震器；（4）同一車軸上內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角相等；（5）各軸側(cè)傾中心高度相等，側(cè)傾軸線高度保持不變；（6）忽略空氣阻力、滾動阻力和非懸掛質(zhì)量的側(cè)傾效應(yīng)；（7）各輪胎有相同的側(cè)偏特性，始終與地面接觸，且所處的地面條件一致。

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5.5.4三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車非線性三自由度模型整車三自由度的動力學(xué)方程為：

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5.5.4三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車非線性三自由度模型輪胎垂直載荷求解模塊的輸入量之一是側(cè)向加速度，輪胎側(cè)偏角求解模塊的輸入量之一是側(cè)向速度。它們的求解方程式為：

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5.5.5三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車動態(tài)特性仿真

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5.6多輪轉(zhuǎn)向汽車控制目標(biāo)和控制技術(shù)5.6.1多輪轉(zhuǎn)向汽車控制目標(biāo)5.6.2多輪轉(zhuǎn)向汽車控制技術(shù)

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5.6.1多輪轉(zhuǎn)向汽車控制目標(biāo)多輪汽車轉(zhuǎn)向控制的目標(biāo)可歸納為：(1)減小汽車側(cè)向加速度與橫擺角速度之間的相位差及它們各自的相位；(2)減小汽車質(zhì)心處的側(cè)偏角；(3)汽車低速行駛時具備良好的機(jī)動性，高速行駛時具有很好的穩(wěn)定性；(4)實現(xiàn)所希望的轉(zhuǎn)向特性；(5)抵御汽車參數(shù)的變化，保持所希望的轉(zhuǎn)向特性；(6)在輪胎處于附著極限時，仍具備良好的響應(yīng)特性。

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5.6.2多輪轉(zhuǎn)向汽車控制技術(shù)多輪轉(zhuǎn)向技術(shù)源于四輪轉(zhuǎn)向，近年來，許多學(xué)者紛紛提出各種復(fù)雜的模型和先進(jìn)的控制策略，將其應(yīng)用于多輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，概括起來有以下幾種：1．前輪轉(zhuǎn)向角比例控制2．前輪轉(zhuǎn)向角函數(shù)控制3．前饋+反饋控制4．主動轉(zhuǎn)向控制

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1．前輪轉(zhuǎn)向角比例控制前輪轉(zhuǎn)向角比例控制也稱前饋控制。對于四輪轉(zhuǎn)向汽車穩(wěn)態(tài)質(zhì)心側(cè)偏角為：

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1．前輪轉(zhuǎn)向角比例控制為使穩(wěn)態(tài)側(cè)偏角始終為零，應(yīng)有：低速時值前后輪轉(zhuǎn)向角之比為負(fù)，前后各輪轉(zhuǎn)動方向相反，這可以減小轉(zhuǎn)彎半徑，提高汽車的操縱靈活性；高速時值為正，前后各輪轉(zhuǎn)動方向相同。研究表明在這樣的值下，側(cè)向加速度響應(yīng)時間縮短，但其增益大幅度減小。該系統(tǒng)也稱為車速感應(yīng)型四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

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2．前輪轉(zhuǎn)向角函數(shù)控制前輪轉(zhuǎn)向角函數(shù)控制也稱反饋控制。前饋控制只考慮了前、后輪的比例關(guān)系，反饋控制以更一般的傳遞函數(shù)來控制后輪。為使汽車質(zhì)心側(cè)偏角為零，后輪轉(zhuǎn)向控制函數(shù)為：稱為前輪轉(zhuǎn)向角感應(yīng)型四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

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3．前饋+反饋控制前饋+反饋控制主要指前輪轉(zhuǎn)向角比例前饋加橫擺角速度比例反饋，控制后輪轉(zhuǎn)向，并且使汽車質(zhì)心處側(cè)偏角始終為零。此時后輪轉(zhuǎn)向角為：汽車質(zhì)心側(cè)偏角對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的傳遞函數(shù)為：

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3．前饋+反饋控制令分子為零，得

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4．主動轉(zhuǎn)向控制主動前后輪控制的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是2輸入、2輸出系統(tǒng)。四輪轉(zhuǎn)向汽車矩陣方程式為：

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4．主動轉(zhuǎn)向控制前后輪的控制規(guī)律：

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4．主動轉(zhuǎn)向控制當(dāng)側(cè)偏角為零和橫擺角速度為一階滯后響應(yīng)時，即前、后輪的響應(yīng)為：

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5.7三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車最優(yōu)控制5.7.1三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車最優(yōu)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5.7.2前饋比例控制器5.7.3汽車?yán)碚搮⒖寄Ｐ?.7.4反饋最優(yōu)控制器5.7.5三軸汽車最優(yōu)控制仿真

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5.7.1三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車最優(yōu)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對于三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車，除考慮汽車質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度外，還考慮了車身側(cè)傾角和車身側(cè)傾角速度。

采用前饋加反饋控制策略對各輪轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制。前饋控制采用零質(zhì)心側(cè)偏角比例控制，反饋控制采用最優(yōu)控制，控制系統(tǒng)框圖如圖所示。

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5.7.2前饋比例控制器將中輪轉(zhuǎn)角、后輪轉(zhuǎn)角和前輪轉(zhuǎn)角成比例的全輪轉(zhuǎn)向比例控制作為前饋控制器來計算前饋比例系數(shù)。設(shè)中輪轉(zhuǎn)角、后輪轉(zhuǎn)角和前輪轉(zhuǎn)角的比例關(guān)系為：

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5.7三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車最優(yōu)控制根據(jù)不同轉(zhuǎn)向軸的阿克曼轉(zhuǎn)角關(guān)系和幾何關(guān)系，得出：中輪轉(zhuǎn)角、后輪轉(zhuǎn)角和前輪轉(zhuǎn)角的比例系數(shù)為：

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5.7三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車最優(yōu)控制汽車轉(zhuǎn)彎達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，

運動方程式為：

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5.7.3汽車?yán)碚搮⒖寄Ｐ蛯嶋H汽車轉(zhuǎn)彎行駛中，只有前輪轉(zhuǎn)向、輪胎工作在線性區(qū)、汽車又有適量不足轉(zhuǎn)向時整車穩(wěn)定性是最好的，因此，可以將橫擺角速度跟蹤前輪轉(zhuǎn)向汽車、質(zhì)心側(cè)偏角為零的一階慣性系統(tǒng)作為汽車?yán)硐雲(yún)⒖寄Ｐ?。汽車質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度傳遞函數(shù)：

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5.7.3汽車?yán)碚搮⒖寄Ｐ推囐|(zhì)心側(cè)偏角對前輪轉(zhuǎn)角的穩(wěn)態(tài)增益的理想值和前輪轉(zhuǎn)向時橫擺角速度對前輪轉(zhuǎn)角的穩(wěn)態(tài)增益分別為：

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5.7.3汽車?yán)碚搮⒖寄Ｐ?/p>

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5.7.3汽車?yán)碚搮⒖寄Ｐ推囐|(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度傳遞函數(shù)分別為：理想模型的質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度對前輪轉(zhuǎn)角的傳遞函數(shù)是二階系統(tǒng)，由于二階系統(tǒng)比較的復(fù)雜，將其轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的一階系統(tǒng)為：

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5.7.3汽車?yán)碚搮⒖寄Ｐ蛯⒗硐肽Ｐ偷膫鬟f函數(shù)轉(zhuǎn)換成狀態(tài)方程的形式，得到理想模型為：

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5.7.3汽車?yán)碚搮⒖寄Ｐ头€(wěn)態(tài)增益值和慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù)分別為：

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5.7.4反饋最優(yōu)控制器全輪轉(zhuǎn)向最優(yōu)控制的目的是通過最優(yōu)控制算法找到一組最優(yōu)反饋控制量，與前饋控制量進(jìn)行疊加，作用于全輪轉(zhuǎn)向汽車三自由度非線性模型，使汽車轉(zhuǎn)彎時的質(zhì)心側(cè)偏角、橫擺角速度、車身側(cè)傾角、側(cè)傾角速度的綜合效果達(dá)到最優(yōu)。全輪轉(zhuǎn)向最優(yōu)控制策略是基于線性二次型最優(yōu)控制輸出調(diào)節(jié)器理論，輸出調(diào)節(jié)器理論的核心是其控制模型的推導(dǎo)，因為輸出調(diào)節(jié)器理論是一種線性二次型最優(yōu)控制，所以推導(dǎo)輸出調(diào)節(jié)器控制的模型時采用線性輪胎模型。輸出調(diào)節(jié)器控制的模型是根據(jù)汽車?yán)硐雲(yún)⒖寄Ｐ秃腿S全輪轉(zhuǎn)向汽車線性三自由度模型的狀態(tài)空間表達(dá)式建立的。

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5.7.4反饋最優(yōu)控制器三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車線性三自由度數(shù)學(xué)模型為：

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5.7.4反饋最優(yōu)控制器在側(cè)傾工況下，各輪胎側(cè)偏角為：

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5.7.4反饋最優(yōu)控制器三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車線性三自由度數(shù)學(xué)模型為：

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5.7.4反饋最優(yōu)控制器系統(tǒng)狀態(tài)方程式和輸出方程式為：

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5.7.4反饋最優(yōu)控制器標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)空間表達(dá)式：性能指標(biāo)表達(dá)式

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5.7.4反饋最優(yōu)控制器黎卡提方程為：求解Riccati方程得到最優(yōu)控制反饋系數(shù)矩陣，則最優(yōu)的轉(zhuǎn)向軸補(bǔ)償轉(zhuǎn)角為：

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5.7.5三軸汽車最優(yōu)控制仿真

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5.7.4反饋最優(yōu)控制器

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5.8三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車模糊控制5.8.1汽車質(zhì)心側(cè)偏角模糊控制5.8.2汽車橫擺角速度模糊控制5.8.3汽車質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度聯(lián)合模糊控制5.8.4三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)向控制策略比較

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5.8.1汽車質(zhì)心側(cè)偏角模糊控制采用前饋加反饋控制策略，對2、3軸轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制。前饋控制采用零質(zhì)心側(cè)偏角比例控制，反饋控制器采用以質(zhì)心側(cè)偏角為控制量的模糊控制器，控制系統(tǒng)框圖如圖所示。

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1.模糊控制器的結(jié)構(gòu)理想質(zhì)心側(cè)偏角和實際質(zhì)心側(cè)偏角之間的偏差及其偏差變化率的模糊量作為模糊控制器的輸入，中輪、后輪和前輪轉(zhuǎn)角的比例系數(shù)作為模糊控制器的輸出，因此該模糊控制器為雙輸入雙輸出系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖所示。

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2.論域和量化因子的確定控制對象的基本論域、模糊子集論域定義如下：

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2.論域和量化因子的確定量化因子和比例因子指的是從基本論域轉(zhuǎn)化到相應(yīng)的模糊集子集論域的比例系數(shù)。

比例因子與量化因子的數(shù)值為：

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3.模糊語言變量和隸屬度函數(shù)的選取模糊控制的輸入、輸出的語言變量均選七個，將其設(shè)置為模糊語言變量為：負(fù)大(NB)、負(fù)中(NM)、負(fù)小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PB)。采用三角形隸屬度函數(shù)曲線。

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3.模糊語言變量和隸屬度函數(shù)的選取

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4.模糊規(guī)則的建立

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4.模糊規(guī)則的建立

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5.模糊推理和反模糊化方法的確定模糊推理是模糊控制的核心，基于建立的隸屬度函數(shù)和模糊控制規(guī)則，采用Mamdani型模糊推理系統(tǒng)和min-max的推理方法進(jìn)行模糊推理。

反模糊化方法有加權(quán)平均法，最大隸屬度法，重心法，采用重心法進(jìn)行反模糊化。

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6.質(zhì)心側(cè)偏角模糊控制仿真

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6.質(zhì)心側(cè)偏角模糊控制仿真

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5.8.2汽車橫擺角速度模糊控制鑒于質(zhì)心側(cè)偏角模糊控制器的不足，設(shè)計了一種全輪轉(zhuǎn)向比例前饋加橫擺角速度模糊反饋控制策略?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖所示。

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1.論域和量化因子的選取前后輪轉(zhuǎn)角比例系數(shù)的基本論域、模糊子集論域以及量化因子和比例因子的數(shù)值：

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2.隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則的確定輸入、輸出均選用七個語言變量，即負(fù)大(NB)、負(fù)中(NM)、負(fù)小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PB)。采用三角形隸屬度函數(shù)來描述變量的隸屬度。

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2.隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則的確定基于建立的模糊控制規(guī)則，選用Mamdani型模糊推理系統(tǒng)和min-max型推理方法進(jìn)行模糊推理，將模糊集轉(zhuǎn)化為確定輸出集的方式選取重心法。

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3.橫擺角速度模糊控制仿真

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第144

頁5.8.3汽車質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度聯(lián)合模糊控制為了使四項評價指標(biāo)都能夠符合汽車動態(tài)穩(wěn)定性的要求，設(shè)計全輪轉(zhuǎn)向質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度聯(lián)合模糊控制策略。

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1.聯(lián)合模糊控制器的建立汽車質(zhì)心側(cè)偏角的實際值以及橫擺角速度實際值和理想值之間的偏差作為模糊控制器的輸入，中輪、后輪和前輪轉(zhuǎn)角的比例系數(shù)作為模糊控制器的輸出。質(zhì)心側(cè)偏角偏差，橫擺角速度偏差，轉(zhuǎn)角比例系數(shù)、的基本論域、模糊子集論域、比例因子和量化因子如下：

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1.聯(lián)合模糊控制器的建立

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1.聯(lián)合模糊控制器的建立輸入、輸出均選用七個語言變量，即負(fù)大(NB)、負(fù)中(NM)、負(fù)小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PB)。用三角形隸屬度函數(shù)曲線來描述變量的隸屬度，隸屬度函數(shù)曲線與前兩節(jié)相同。

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1.聯(lián)合模糊控制器的建立

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1.聯(lián)合模糊控制器的建立基于建立的模糊控制規(guī)則，選用min-max型推理方法和Mamdani型模糊推理系統(tǒng)進(jìn)行模糊推理，選取重心法作為將模糊集轉(zhuǎn)化為確定輸出集的方式。

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2.聯(lián)合模糊控制仿真

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5.8.4三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)向控制策略比較

理想的質(zhì)心側(cè)偏角穩(wěn)態(tài)值是零，全輪轉(zhuǎn)向最優(yōu)控制和全輪轉(zhuǎn)向模糊控制都能夠使質(zhì)心側(cè)偏角的穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)定在零附近，對其有很好的控制效果。前、后輪轉(zhuǎn)角比例控制的全輪轉(zhuǎn)向質(zhì)心側(cè)偏角的絕對值相對前輪轉(zhuǎn)向也有所減小，但是控制效果不是很理想。

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5.8.4三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)向控制策略比較

全輪轉(zhuǎn)向最優(yōu)控制和全輪轉(zhuǎn)向模糊控制能夠使橫擺角速度的穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)定在理想值附近，有很好的控制效果。前、后輪轉(zhuǎn)角比例控制的全輪轉(zhuǎn)向橫擺角速度值相對前輪轉(zhuǎn)向明顯增大，它對橫擺角速度的控制效果很不理想。

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5.8.4三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)向控制策略比較

全輪轉(zhuǎn)向最優(yōu)控制和全輪轉(zhuǎn)向模糊控制都能夠使車身側(cè)傾角相比前輪轉(zhuǎn)向明顯減小，有效地抑制汽車側(cè)傾，對整車穩(wěn)定性有很好的控制效果，但是全輪轉(zhuǎn)向模糊控制的車身側(cè)傾角振蕩比較大。前、后輪轉(zhuǎn)角比例控制的全輪轉(zhuǎn)向車身側(cè)傾角相對前輪轉(zhuǎn)向明顯增大，增加了汽車側(cè)翻的可能性，使汽車的側(cè)傾穩(wěn)定性惡化。

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5.8.4三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)向控制策略比較

全輪轉(zhuǎn)向最優(yōu)控制能夠使車身側(cè)傾角速度的振蕩相比前輪轉(zhuǎn)向明顯減小，但是全輪轉(zhuǎn)向模糊控制的側(cè)傾角速度振蕩明顯增大。前、后輪轉(zhuǎn)角比例控制的全輪轉(zhuǎn)向側(cè)傾角速度的振蕩相對前輪轉(zhuǎn)向略有增大。

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5.8.4三軸全輪轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)向控制策略比較

零質(zhì)心側(cè)偏角比例前饋加最優(yōu)反饋控制的全輪轉(zhuǎn)向和零質(zhì)心側(cè)偏角比例前饋加模糊反饋控制的全輪轉(zhuǎn)向提高整車穩(wěn)定性的效果相對較好。前、后輪轉(zhuǎn)角比例控制的全輪轉(zhuǎn)向提高整車穩(wěn)定性的效果較差，主要是因為它是通過線性二自由度汽車模型推導(dǎo)出來的全輪轉(zhuǎn)向控制方法，將它運用到非線性三自由度全輪轉(zhuǎn)向汽車上很難滿足汽車的不確定和非線性特性。最優(yōu)控制以其簡單、可靠，能夠同時平衡多個性能指標(biāo)的優(yōu)點很好地控制了汽車運動響應(yīng)，達(dá)到了提高整車動態(tài)穩(wěn)定性的目的。模糊控制以其適應(yīng)性強(qiáng)、魯棒性強(qiáng)，能夠很好地控制非線性模型的優(yōu)點較好地控制了汽車的運動響應(yīng)，也達(dá)到了提高整車動態(tài)穩(wěn)定性的目的。

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頁5.9基于ADAMS的三軸前輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性仿真5.9.1ADAMS/Car建模思路5.9.2三軸前輪轉(zhuǎn)向汽車模型5.9.3三軸前輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性仿真

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頁5.9.1ADAMS/Car建模思路利用ADAMS/Car建立整車模型時，建模順序是自下而上的，所有的分析模型都是建立在子系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，而子系統(tǒng)又是建立在模板的基礎(chǔ)上。

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頁5.9.1ADAMS/Car建模思路模板是整個模型中最基本的模塊，絕大部分建模工作都是在模板階段完成的。在這一階段，設(shè)計人員主要完成以下工作：（1）根據(jù)零部件間的運動學(xué)關(guān)系，定義零部件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對零部件進(jìn)行重新組合，將沒有相對運動關(guān)系的零部件組合為一體(也可在建立約束時將這樣的零部件鎖定為一體)，確定重新組合后零件間的連接關(guān)系和連接點的位置；（2）計算或測量重新組合后的零部件質(zhì)心位置、質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量；（3）輸入力學(xué)特性參數(shù)，如減振器的阻尼特性和剛度特性，減振器中上、下限位塊的剛度數(shù)據(jù)等；

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頁5.9.1ADAMS/Car建模思路（4）建立模板與模板或試驗臺架之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的輸入和輸出信號器。在建立模板階段，正確建立零部件間的約束和信號器是至關(guān)重要的，這些數(shù)據(jù)在以后的子系統(tǒng)和總成階段無法修改，而零部件的位置和特征參數(shù)在后續(xù)過程中可以更改。模板建立以后，接下來是創(chuàng)建子系統(tǒng)，在子系統(tǒng)的水平上，用戶只能對以前創(chuàng)建的零部件的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行修改。建立仿真模型的最后一步是根據(jù)實際需要，將各子系統(tǒng)組合成為完整的分析模型。

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頁5.9.2三軸前輪轉(zhuǎn)向汽車模型三軸前輪轉(zhuǎn)向汽車前、中、后懸架都采用雙橫臂獨立懸架，假設(shè)前懸架最大行程為400mm，中、后懸架最大行程為350mm。在創(chuàng)建懸架模型中所采用的彈簧、阻尼器，襯套的主要參數(shù)及特性是通過編寫其力學(xué)特性文件來實現(xiàn)的。

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頁1.汽車前懸架模型三軸前輪轉(zhuǎn)向汽車前懸架主要由上下橫臂、主軸銷、轉(zhuǎn)向橫拉桿、縱向推力桿、螺旋彈簧、減振器、上下緩沖塊等組成。車輪以上下擺臂的縱向軸線轉(zhuǎn)動，橫向力由上下擺臂傳遞；縱向推力桿起傳遞縱向力的作用；轉(zhuǎn)向橫拉桿為轉(zhuǎn)向系的一部分，同時與上下橫臂一起對車輪的運動軌跡起限定作用。汽車前輪定位參數(shù)設(shè)計為：車輪外傾角為1o，主銷內(nèi)傾角為6.2o，主銷后傾角為1o，車輪前束值為4mm。

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頁1.汽車前懸架模型

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頁1.汽車前懸架模型

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頁1.汽車前懸架模型建立的汽車前懸架模型有9×2+1（地面）個剛體，包括固定鉸鏈1個，轉(zhuǎn)動鉸鏈6個，平動鉸鏈2個，虎克鉸鏈4個，圓柱鉸鏈2個，球鉸鏈6個，等速萬向節(jié)鉸鏈6個；前懸架共有約束方程92個；前懸架具有6個自由度，分別為左右車輪的上下跳動、左右車輪繞主銷軸線的轉(zhuǎn)動，左右車輪繞各自軸線的轉(zhuǎn)動。

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頁2.汽車中后懸架模型三軸前輪轉(zhuǎn)向汽車中、后懸架模型，帶有驅(qū)動半軸而沒有轉(zhuǎn)向橫拉桿。其主要結(jié)構(gòu)及所受約束與前懸架基本相同。

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頁3.汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用動力轉(zhuǎn)向，其轉(zhuǎn)向器為齒輪齒條式。它由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、動力轉(zhuǎn)向器、動力轉(zhuǎn)向管路、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)等組成。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動力傳遞流程是：轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向管柱、動力轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向橫拉桿、車輪。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的物理模型經(jīng)過簡化，轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱與車身分別通過旋轉(zhuǎn)副和圓柱副相連，該旋轉(zhuǎn)副和圓柱副之間用傳動比為1的齒輪副連接。轉(zhuǎn)向柱、中間軸與小齒輪軸之間分別采用萬向節(jié)連接。小齒輪軸、小齒輪與轉(zhuǎn)向器殼體均通過旋轉(zhuǎn)副連接，小齒輪與小齒輪軸通過襯套連接。小齒輪與齒條之間通過齒輪副連接，齒條與轉(zhuǎn)向器殼體之間為移動副，轉(zhuǎn)向器殼體通過襯套連接在車身上。

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頁3.汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型

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頁3.汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型整個汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)共有7個物體，9個鉸鏈；約束方程有41個；汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只有一個自由度，即轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動。

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頁4.汽車輪胎與路面模型汽車輪胎模型采用MF-tyre模型。創(chuàng)建輪胎模型時，根據(jù)輪胎數(shù)據(jù)編制修改輪胎的特性參數(shù)得到編制好的輪胎特性文件。輪胎特性文件編制完成以后，以記事本形式保存在工作目錄中，保存類型為.tpf文件，導(dǎo)入ADAMS中的輪胎模型如圖所示。

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頁4.汽車輪胎與路面模型在編制路面譜文件時要滿足輪胎的要求：第一，路面譜的位置要處于輪胎的下方；第二，路面譜向上的方向要指向輪胎所處的一側(cè)；第三，路面譜的大小要根據(jù)仿真的需要確定。路面數(shù)據(jù)文件編制完成后，將其保存在工作目錄中，保存類型為.rdf文件每個輪胎模型都帶有一個路面譜文件，也就是如果創(chuàng)建六個輪胎，系統(tǒng)默認(rèn)有六個路面譜文件，這會使下一步的仿真失敗。因此，創(chuàng)建后五個輪胎時的對話窗與第一個有一個很重要的區(qū)別，在創(chuàng)建后五個輪胎的對話窗時，RoadGraphics前不能打勾。

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頁5.汽車發(fā)動機(jī)模型

整個發(fā)動機(jī)子系統(tǒng)忽略其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，簡化為發(fā)動機(jī)體及左右半軸輸出端，共有3個物體，3個鉸鏈。發(fā)動機(jī)子系統(tǒng)共有約束方程16個；發(fā)動機(jī)子系統(tǒng)的自由度為2，即發(fā)動機(jī)有兩個自由度——左右曲軸輸出端的轉(zhuǎn)動。

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頁5.汽車發(fā)動機(jī)模型

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頁6.汽車傳動系統(tǒng)模型在汽車動力學(xué)性能仿真分析中，傳動系統(tǒng)模型簡化為各輪上的力矩輸入，其中左右輪按等力矩輸入。在穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性分析中，采用連續(xù)加速法，驅(qū)動輪輸入常力矩。

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頁7.汽車車身及車架模型

根據(jù)設(shè)計參數(shù)，在ADAMS中創(chuàng)建包含駕駛室和車廂的剛性車身模型，其中駕駛室與車廂連接處采用柔性襯套連接。利用柔性體特性文件將創(chuàng)建的車架模型轉(zhuǎn)換成柔性車架模型，從而保證汽車具有更好的操縱穩(wěn)定性。雖然車身和車架模塊結(jié)構(gòu)簡單，但是起到連接前后懸架、轉(zhuǎn)向系等的重要作用，建模時的主要工作是正確定義與各個子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交流關(guān)系。

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頁7.汽車車身及車架模型

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頁8.汽車整車模型

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頁5.9.3三軸前輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性仿真應(yīng)用機(jī)械系統(tǒng)分析軟件ADAMS，以某三軸前輪轉(zhuǎn)向汽車為研究對象，對其操縱穩(wěn)定性試驗方法中的穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗、瞬態(tài)轉(zhuǎn)向響應(yīng)試驗及雙移線試驗項目進(jìn)行虛擬仿真分析。

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頁1.ADAMS/Car仿真機(jī)理

ADAMS/Car首先根據(jù)輸入的仿真分析條件，得到仿真過程所需的控制信息、模型信息等，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型和命令文件，然后調(diào)用求解器進(jìn)行運動學(xué)、動力學(xué)運算，分析控制汽車模型的運動，根據(jù)反饋信息調(diào)用閉環(huán)算法，如此不斷循環(huán)運算，直到滿足結(jié)果為止，最后輸出計算結(jié)果。

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頁1.ADAMS/Car仿真機(jī)理與閉環(huán)控制有關(guān)的文件主要有：(1)駕駛?cè)丝刂莆募?DriverControlFile，*.dcf)。駕駛?cè)丝刂莆募?*.dcf)描述了汽車模型準(zhǔn)備執(zhí)行的一系列操作，如轉(zhuǎn)向、制動、節(jié)氣門開度、檔位、離合等。在文件中可以設(shè)定汽車行駛的速度、軌跡、控制方式以及試驗結(jié)束的條件(如行駛距離)等信息。其中控制方式有機(jī)器控制和駕駛?cè)丝刂苾煞N模式。兩種控制模型的算法分別是ADAMS/Driver-Lite與ADAMS/Driver，它們在相同的條件控制策略下各有側(cè)重，其中ADAMS/Driver-Lite比較靈活，可以根據(jù)具體要求創(chuàng)建物