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(zhǎng)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(wěn)定性,在 MATLAB/ SIMULINK平臺(tái)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(shù)后,對(duì)模型進(jìn)行了前輪轉(zhuǎn)角階躍輸入下的仿真分析。結(jié)果表明,搭建的模型可以真實(shí)地反映車(chē)輛運(yùn)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(cè)偏角中圖分類(lèi)號(hào):U4616文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):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引言隨著汽車(chē)車(chē)速的提高和道路車(chē)輛密度的增加,操控穩(wěn)定性逐漸成為汽車(chē)發(fā)展的研究熱點(diǎn)1。由于汽車(chē)存在很多的非線性并且影響車(chē)輛運(yùn)行的參數(shù)2,傳統(tǒng)的操縱穩(wěn)定性分析一般都是通過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)來(lái)獲得數(shù)據(jù)3。但是在極限工況下,實(shí)車(chē)試驗(yàn)存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。隨著虛擬樣機(jī)技術(shù)的泛應(yīng)用,能夠避免時(shí)空限制并且極大地降低試驗(yàn)成本的操控穩(wěn)定性虛擬試驗(yàn)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(cè)向的運(yùn)動(dòng),故在理論上可行。1七自由度整車(chē)模型采取固結(jié)于汽車(chē)質(zhì)心的車(chē)身坐標(biāo)系的七自由度非線性整車(chē)模型。車(chē)輛縱向、側(cè)向和橫擺運(yùn)動(dòng)是評(píng)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(yùn)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(yīng)用牛頓第二定律可以推出汽車(chē)縱向和側(cè)向方向的運(yùn)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)?yán)@Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量式中:V,和V,分別為車(chē)輛縱向和側(cè)向速度;r為車(chē)輛橫擺汽車(chē)質(zhì)心側(cè)偏角是縱向與運(yùn)動(dòng)方向,即汽車(chē)旋轉(zhuǎn)圓角速度;6為前輪轉(zhuǎn)向角;F和F,分別為輪胎縱向力和側(cè)切線之夾角向力;i=幾,f,n,m,分別對(duì)應(yīng)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(duì)單個(gè)車(chē)輪取力矩平衡得[6]陶元芳,張長(zhǎng)利,苗苗實(shí)現(xiàn)文檔自動(dòng)化的幾種方法[J.機(jī)械工程與自動(dòng)化,2009,157:193-195作者簡(jiǎn)介:陶元芳中國(guó)煤化工向?yàn)闄C(jī)被CAD7]董黎敏,朱世和徐燕申,等CAPP的發(fā)展及研究現(xiàn)狀[J]天津收稿日期:2014CNMHG理工學(xué)院學(xué)報(bào),2004,20(2):43-45(編輯立明)機(jī)械工程師2014年第5期107制設(shè)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(zhuǎn)慣量;a為車(chē)輪角速度;7和T分別為車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)力矩。汽車(chē)在運(yùn)動(dòng)中會(huì)發(fā)生載荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。在忽略汽車(chē)側(cè)0.015傾與俯仰運(yùn)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(jù)汽車(chē)橫擺的影響,可以得出各輪胎的側(cè)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(wěn)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(biāo)系下的縱向速度的計(jì)算可以忽內(nèi)。圖4所示為汽車(chē)質(zhì)心側(cè)偏角?？梢钥闯鲈谇拜嗈D(zhuǎn)角階略輪胎側(cè)偏角躍輸入發(fā)生前,質(zhì)心側(cè)偏角為零;在前輪轉(zhuǎn)角有穩(wěn)定的輸u=(V, Ftw/2)cos+(V, +ar )sins, i=fl, fr(10)入后,質(zhì)心側(cè)偏角能一直保持在較小的范圍內(nèi)。圖3與圖u=V +t, /2, i=rl, rro(11)4中的曲線共同說(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(yùn)動(dòng)中滑動(dòng)成分所占的比例控穩(wěn)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(cè)向力與輪胎剛度和滑移率等參數(shù)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(cè)偏剛度;λ;為輪時(shí)間/s胎動(dòng)態(tài)參數(shù);為路面摩擦因數(shù)。圖4質(zhì)心側(cè)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(tái)結(jié)論建立七自由度汽車(chē)操縱穩(wěn)定性模型,其系統(tǒng)模型圖如圖2從設(shè)計(jì)思路出發(fā),結(jié)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(yùn)行狀態(tài)具體表現(xiàn)在:1)橫擺角速度有穩(wěn)定的輸出;2)質(zhì)心側(cè)偏角始終保持在較小的范圍內(nèi)波動(dòng)。rfu)[參考文獻(xiàn)]縱向速度[1]郭天太基于虛擬現(xiàn)實(shí)的汽車(chē)操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)技術(shù)[]機(jī)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(wěn)定性仿真研究轉(zhuǎn)角階躍輸人西華大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2008,27(2):58-60[4]羅彥輝,喬長(zhǎng)勝紀(jì)宏超,等基于 ADAMS/Car微型觀光旅游電圖2七自由度動(dòng)力學(xué)模型動(dòng)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性仿真[J]機(jī)械工程師,2013(12):154-1563仿真結(jié)果分析[5]徐延?？紤]路面不平度的汽車(chē)穩(wěn)定性控制的研究[J]汽車(chē)工程,2005,27(3):330-333(編輯啟迪)在對(duì)模型不加控制的情況下,給前輪轉(zhuǎn)角一個(gè)階躍信號(hào)。圖3所示為汽車(chē)橫擺角速度的變化曲線?？梢钥闯鲎髡吆?jiǎn)介YH中國(guó)煤化工要從事新能源汽車(chē)與前輪轉(zhuǎn)角階躍輸入發(fā)生前,橫擺角速度為零;當(dāng)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(wěn)定輸出狀收稿日期:2014-02-19月93數(shù)據(jù)機(jī)械工程師2014年第5期