汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型仿真

制追業(yè)信息化的真/建/CAD/ CAM/CAE/ CAPP MANUFACTURING INFORMATIZATION汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型仿真劉金龍1,王博2,仝立帥3(1哈爾濱工業(yè)大學(xué)汽車(chē)工程學(xué)院,山東威海2642092長(cháng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心動(dòng)力總成工程研究院性能分析科,河北保定0710003北京汽車(chē)研究總院有限公司車(chē)身部,北京101300)摘要:為了模擬汽車(chē)的操控穩定性,在 MATLAB/ SIMULINK平臺上建立了七自由度車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真模型。嵌入某汽車(chē)參數后,對模型進(jìn)行了前輪轉角階躍輸入下的仿真分析。結果表明,搭建的模型可以真實(shí)地反映車(chē)輛運動(dòng)特性的變化。關(guān)鍵詞:動(dòng)力學(xué)模型;七自由度:橫擺角速度:質(zhì)心側偏角中圖分類(lèi)號:U4616文獻標志碼:A文章編號:1002-2332014)05-0107-02Simulation of Vehicle DynamicsLIU Jinlong, WANG Bo, TONG Lishuai(1. School of Automotive Engineering, Harbin Institute of Technology, Weihai 264209, China; 2.Great Wall Automobile StockCo, Ltd Technology Institute, Baoding 071000, China; 3. Beijing Automotive Technology Center, Beijing 101300, China)Abstract: In order to simulate the vehicle handling, a seven degrees of freedom (DOF ) model of vehicle wasestablished on the platform of MALTAB/SIMULINK. This model, embedded in a certain car, was simulated under a stepinput in front wheels. The results show that this model can reveal accurate reflections of operating characteristicschanges in vehicles.Key words: dynamic model; seven DOF, Yaw velocity; sideslip angle0引言隨著(zhù)汽車(chē)車(chē)速的提高和道路車(chē)輛密度的增加,操控穩定性逐漸成為汽車(chē)發(fā)展的研究熱點(diǎn)1。由于汽車(chē)存在很多的非線(xiàn)性并且影響車(chē)輛運行的參數2,傳統的操縱穩定性分析一般都是通過(guò)實(shí)車(chē)試驗來(lái)獲得數據3。但是在極限工況下,實(shí)車(chē)試驗存在很大的風(fēng)險。隨著(zhù)虛擬樣機技術(shù)的泛應用,能夠避免時(shí)空限制并且極大地降低試驗成本的操控穩定性虛擬試驗仿真分析逐漸受到了人們的關(guān)注5。七自由度模型全面考慮了車(chē)輛縱向與側向的運動(dòng),故在理論上可行。1七自由度整車(chē)模型采取固結于汽車(chē)質(zhì)心的車(chē)身坐標系的七自由度非線(xiàn)性整車(chē)模型。車(chē)輛縱向、側向和橫擺運動(dòng)是評價(jià)動(dòng)力學(xué)的3個(gè)圖1整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型自由度;車(chē)輪運動(dòng)模型作為4個(gè)單自由度,如圖1所示基于Z軸做扭矩平衡,可以得出車(chē)輛橫擺角速度應用牛頓第二定律可以推出汽車(chē)縱向和側向方向的運動(dòng)方程:L i=al(F,+F*)sind+ F,+F+ )cos ]+tm[(Fw-Fnr)cos8+(ErF+ )sins J/2+t(Fm-Fm)n2-(Fm+Fm/b.(3)m(v-V,)=(FF)cos-(FFs)sin+FFm;(1)式中:a和b分別是前軸和后軸到車(chē)輛質(zhì)心間的距離m(v,-rv,)=(F+F)io+(FF)oS+Fn+Fn。(2)和。分別為前后軸輪距;L為整車(chē)繞Z軸的轉動(dòng)慣量式中:V,和V,分別為車(chē)輛縱向和側向速度;r為車(chē)輛橫擺汽車(chē)質(zhì)心側偏角是縱向與運動(dòng)方向,即汽車(chē)旋轉圓角速度;6為前輪轉向角;F和F,分別為輪胎縱向力和側切線(xiàn)之夾角向力;i=幾,f,n,m,分別對應左前輪、右前輪、左后輪、右后B= arctan(V,V)。輪;m為整車(chē)質(zhì)量。對單個(gè)車(chē)輪取力矩平衡得[6]陶元芳,張長(cháng)利,苗苗實(shí)現文檔自動(dòng)化的幾種方法[J.機械工程與自動(dòng)化,2009,157:193-195作者簡(jiǎn)介:陶元芳中國煤化工向為機被CAD7]董黎敏,朱世和徐燕申,等CAPP的發(fā)展及研究現狀[J]天津收稿日期:2014CNMHG理工學(xué)院學(xué)報,2004,20(2):43-45(編輯立明)機械工程師2014年第5期107制設業(yè)信息化ANUFACTURING。 RMATIZATION仿離/建/cAD/ CAM/CAE/CAPPIn@=-R, FrTa+Ta, i=fl,fr, rl, rro(5)0.025式中:l為車(chē)輪旋轉慣量;a為車(chē)輪角速度;7和T分別為車(chē)輪的驅動(dòng)和制動(dòng)力矩。汽車(chē)在運動(dòng)中會(huì )發(fā)生載荷轉移現象。在忽略汽車(chē)側0.015傾與俯仰運動(dòng)的情況下,前輪與后輪的瞬時(shí)垂直載荷為:Fi=mgb/(21)-mVhe/(2L)Fmy hb/(tud), i= fr;(6)0.005F=mga/(20)+mV,h /(20)Fmyha/(tD),ierl, rr; (7)式中為前后軸軸距;h為質(zhì)心高度。根據汽車(chē)橫擺的影響,可以得出各輪胎的側偏角:時(shí)間/sa=8-arctan[(V,+ar)/(V,Frm/2)l, i=f,fr;圖3橫擺角速度a=-arctan[(v -br)/(V, Frt.2/2),i=rl, rro(9)態(tài),雖然在穩態(tài)輸出時(shí)有振蕩,但是都保持在較小的范圍車(chē)輪輪心在車(chē)輪坐標系下的縱向速度的計算可以忽內。圖4所示為汽車(chē)質(zhì)心側偏角?？梢钥闯鲈谇拜嗈D角階略輪胎側偏角躍輸入發(fā)生前,質(zhì)心側偏角為零;在前輪轉角有穩定的輸u=(V, Ftw/2)cos+(V, +ar )sins, i=fl, fr(10)入后,質(zhì)心側偏角能一直保持在較小的范圍內。圖3與圖u=V +t, /2, i=rl, rro(11)4中的曲線(xiàn)共同說(shuō)明了汽車(chē)在整個(gè)過(guò)程中具有良好的操車(chē)輪滑移率是在車(chē)輪運動(dòng)中滑動(dòng)成分所占的比例控穩定性。S=(o, R -;)/u,i=f fr, rl,rro(12)式中,R為車(chē)輪有效滾動(dòng)半徑。輪胎模型采用 Dugoff模型,輪胎縱向力和側向力與輪胎剛度和滑移率等參數有關(guān)F=KS/(1+S)(A);F= C.tan(1+S)f(A)。(14)(2-A1)A,A<1,其中,A(Ap)(15)λ;≥1;A=F2(1+S)2V(Ks)+( C. tana)2。(16)56式中:K和C分別為輪胎縱向剛度和側偏剛度;λ;為輪時(shí)間/s胎動(dòng)態(tài)參數;為路面摩擦因數。圖4質(zhì)心側偏角2模型仿真的建立通過(guò)上述的理論模型,在 MATLAB/SIMULINK平臺結論建立七自由度汽車(chē)操縱穩定性模型,其系統模型圖如圖2從設計思路出發(fā),結合全文的分析,可知此七自由度所示。車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型與仿真符合汽車(chē)的運行狀態(tài)具體表現在:1)橫擺角速度有穩定的輸出;2)質(zhì)心側偏角始終保持在較小的范圍內波動(dòng)。rfu)[參考文獻]縱向速度[1]郭天太基于虛擬現實(shí)的汽車(chē)操縱穩定性試驗技術(shù)[]機械工程師,2003(8):31-33[2]Zhang Z, Zhang N, Huang C, et al. Observer-based H, controlfor vehicle handling and stability subject to parameteruncertainties []Journal of Systems and Control Engineering2013,227(9):704-717角速度[3]姚時(shí)音,孫仁云基于七自由度車(chē)輛模型的穩定性仿真研究轉角階躍輸人西華大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2008,27(2):58-60[4]羅彥輝,喬長(cháng)勝紀宏超,等基于 ADAMS/Car微型觀(guān)光旅游電圖2七自由度動(dòng)力學(xué)模型動(dòng)汽車(chē)操縱穩定性仿真[J]機械工程師,2013(12):154-1563仿真結果分析[5]徐延?？紤]路面不平度的汽車(chē)穩定性控制的研究[J]汽車(chē)工程,2005,27(3):330-333(編輯啟迪)在對模型不加控制的情況下,給前輪轉角一個(gè)階躍信號。圖3所示為汽車(chē)橫擺角速度的變化曲線(xiàn)?？梢钥闯鲎髡吆?jiǎn)介YH中國煤化工要從事新能源汽車(chē)與前輪轉角階躍輸入發(fā)生前,橫擺角速度為零;當前輪有恒CNMHG定的輸入后,橫擺角速度能夠快速地進(jìn)入到穩定輸出狀收稿日期:2014-02-19月93數據機械工程師2014年第5期