汽车动力学仿真模型的发展

汽车动力学包括对一切与车辆系统相关运动的研究，其最核心的是平顺性和操纵稳定性这两大领域。在简要说明了汽车动力学发展过程的基础上介绍了平顺性和操纵稳定性两大领域的模型发展过程。平顺性模型主要经过集中质量－弹簧－阻尼模型、有限元模型和动态子结构模型阶段；而操纵稳定性模型从低自由度线性模型、非线性多自由度模型发展到多体模型。最后提出了汽车动力学仿真模型的发展动向。     

汽车操纵稳定性试验仿真分析研究

随着汽车技术的飞速发展和道路条件的不断改善,车辆行驶速度大幅度提高,汽车的安全性能倍受重视,与汽车主动安全性能密切相关的操纵稳定性的研究日渐重要。传统的研究方法主要采用实车试验法,不仅需要耗费巨大成本,而且有些试验因其危险性而难以进行。近十多年来,由于计算机技术的飞速发展及对汽车动力学模型和轮胎模型的精确构建,以计算机仿真技术为手段来研究汽车的操纵稳定性成为必要和可能。文中在二自由度单轨操纵模型的基础上,利用MATLAB对汽车的操纵动力学进行建模、仿真,并以别克1949轿车和法拉利运动型跑车为例进行性能对比分析,得出了对比图形和分析结果。     

引入悬架K&C参数二自由度模型的建立及验证

横摆角速度是影响操纵稳定性的重要因素。在汽车行驶过程中，给其施加角阶跃输入，分析横摆角速度响应是评价汽车操纵稳定性的重要方法。文章简化汽车模型，利用牛顿第二定律建立经典二自由度线性模型及引入K&C参数的数学模型。输入整车参数、K&C试验参数，将两模型MATLAB横摆角速度响应结果与Carsim仿真结果进行对比，验证模型的可靠性，可利用二自由度模型快速获取车辆操纵稳定性的大致情况。     

大客车操纵稳定性模拟计算系统开发

文章基于汽车动力学原理,以Visual C++为平台开发了汽车操纵稳定性模拟计算系统。探讨当前汽车操纵稳定性研究的现状、方法和适用于操纵稳定性分析的二自由度和四自由度整车动力学模型及轮胎模型。最后给出了动力学微分方程的求解方法及编程实现技术。     

转矩式限滑差速器对后轮驱动汽车操纵稳定性影响的研究

采用7自由度车辆动力学模型,对装用JA1020LSD型转矩式限滑差速器的后轮驱动汽车进行了操纵稳定性研究。通过仿真分析和道路试验研究表明:装用限滑差速器后增加了后轮驱动车辆的不足转向趋势,即改善了操纵稳定性,但转向力矩略有增加。     

智能汽车路径跟踪精度及操纵稳定性耦合机理分析

针对现有智能汽车路径跟踪算法研究中存在的智能汽车路径跟踪精度与操纵稳定性相互耦合和相互制约问题,在车辆二自由度模型基础上,设计了基于传统预瞄误差模型的PID控制方法,研究了智能汽车在蛇形道路工况、定曲率变车速工况和定车速变曲率工况下,车速及道路曲率对智能汽车路径跟踪精度和操纵稳定性的影响。仿真结果表明,随着车速和道路曲率的增加,智能汽车路径跟踪精度以及操纵稳定性降低;智能汽车的路径跟踪精度提高,操纵稳定性变差。     

汽车轨迹测量的速度积分方法及其实施技术

汽车质心的运动轨迹作为最直观的试验结果对汽车操纵稳定性、制动性等运动性能的研究和设计,特别是对于驾驶员-汽车闭环系统运动性能的分析和评价十分重要。研究了速度积分法求解汽车质心运动轨迹的原理和试验技术,并利用某轿车的场地试验进行了试验验证。这一方法具有可靠、快速、操作简便和适用面广等优点。     

转向系间隙对汽车操纵稳定性影响研究

本文中将转向机构简化为平面连杆机构,并就机构中运动副间隙对汽车操纵稳定性的影响进行了分析。建立了考虑间隙的4自由度车辆操纵系统数学模型。基于该模型,应用数值分析方法对间隙变化时汽车操纵系统响应的主要指标进行仿真。结果表明,间隙的存在,使汽车横摆角速度和质心侧偏角时域稳态响应出现波动,降低了操纵品质;随着间隙的增大,横摆角速度与质心侧偏角的振幅加大,且其相平面稳定区域逐渐减小。     

基于VC++的汽车操纵稳定性模拟计算系统设计

本文基于汽车操纵动力学理论,针对中型客车建立了汽车动力学模型——二自由度模型,通过动力学微分方程求解评价汽车操纵稳定性的评价参数等。又以中型客车为对象和VC++为平台开发了汽车操纵稳定性模拟计算系统软件,并以转向盘角阶跃输入为例进行操纵稳定性计算,获得其特征曲线和评价指标对其操稳性进行评价分析。     

汽车高速振动仿真与试验研究

系统介绍应用ＡＤＡＭＳ软件建立多自由度汽车振动模型的方法，并且建立与实际悬架系统和转向系统结构相对应并考虑内外激励的４３自由度整车动力学模型，研究汽车高速行驶时影响平顺性、操纵稳定性的主要原因。     

轮胎侧偏特性的一般理论模型

本文提出一种基于任意载荷分布与胎体变形规律的轮胎侧偏特性的一般理论模型。经试验验证表明,这种模型与试验结果有良好一致性。它为更实用的半经验模型提供了可靠的理论基础。由于导出了十分简明的表达式,该模型可以解释一些至今尚难理解的重要现象,为了解轮胎结构参数与汽车操纵稳定性之间的关系提供更明确的概念和基本的改进方向。     

车辆动态控制系统原理与工作过程分析

本文介绍了车辆动态控制系统（ＶＣＤ）的基本原理及其组成，以线性二自由度汽车操纵稳定性模型为基础，针对汽车行驶过程中的过多倾向，不足转向或中性转向情况，利用运动微分方程和汽车的几何参数，推导ＶＤＣ系统工作所需的制动器动力，从而有效控制汽车的实际运动，提高安全性能。     

汽车操纵性和稳定性的联合优化

在二自由度汽车操纵动力学模型和汽车开环系统操纵性、稳定性评价指标的基础上，提出了同时考虑汽车操纵性和稳定性的加权操纵稳定性评价指标，以及考虑各种车速重要性的加权均匀操纵稳定性评价指标。应用复合形法，对汽车操纵性和稳定性进行的联合优化实例表明，利用所提出的加权均匀操纵稳定性评价指标，可以有效地实现汽车操纵性和稳定性在所有车速范围内的优化。     

多刚体系统动力学在汽车操纵动力学建模中的应用

Ｒ－Ｗ方法是一种适用于建立多刚体系统模型的普遍性方法，具有推导准确、通用性好、推导出的模型便于用计算机求解等优点。本文应用该方法建立了多自由度汽车操纵动力学模型，给出了有模型对北京１２１轻型货车进行汽车操纵稳定性动态模拟的实例。     

汽车主动转向与直接横摆力矩协调控制

为了提高汽车的操纵稳定性和行驶稳定性,分别对主动转向及直接横摆力矩控制进行了研究。根据汽车线性二自由度模型获得汽车稳态工况下的期望横摆角速度和期望质心侧偏角,设计了上层控制器和下层控制器,其中上层控制器为主动转向与直接横摆力矩功能分配的协调控制,下层控制器采用单神经元自适应PID算法设计了主动转向控制器和直接横摆力矩控制器。基于汽车行驶稳定性指标设计了调度参数,以实现主动转向和直接横摆力矩的协调控制。分别选取高附着系数路面和低附着系数路面进行了正弦输入试验和阶跃输入试验,结果表明所设计的控制系统能够很好地提高线控转向汽车的操纵稳定性和行驶稳定性。     

六自由度汽车运动模拟器机构的位置姿态误差分析

六自由度汽车运动模拟器是可进行汽车驾驶逼真模拟的训练和研究用设备。本文利用微分平移和微分放置变换方法，通过误差传递矩阵的求解来探讨模拟器运动台主要误差源与运动台位置姿态误差之间的关系，建立了六自由度模拟器运动台的位置姿态误差模型。     

滚动阻力对车辆运动稳定性的影响分析

鉴于传统的以经典线性2自由度模型为基础的多自由度非线性车辆系统模型中通常忽略轮胎滚动阻力的影响而难以反映车辆运动的真实状态,本文中在发动机制动工况下,建立计及轮胎滚动阻力的5自由度(纵向速度、侧向速度、横摆角速度和前后轮转动速度)车辆模型,利用非线性系统的全局相平面和状态变量时间序列等分析方法研究了滚动阻力对高速转向行驶车辆动力学特征的影响。仿真结果表明,在发动机制动工况下,车速逐渐降低的过程中,滚动阻力严重影响车辆系统的运动状态。因此,建立包含滚动阻力的车辆模型有利于分析汽车的操纵稳定性特征,为实验验证理论模型的正确性提供理论支持。     

基于直接横摆力偶矩控制的中置轴汽车列车操纵稳定性研究

建立了中置轴汽车列车4自由度参考模型及多自由度非线性仿真模型,并通过单移线实车试验验证了模型的正确性。利用模糊控制和PID控制方法建立了中置轴汽车列车横摆力偶矩控制(DYC)模型,通过TrukSim及Simulink建立了联合仿真平台,并进行不同附着系数路面上单移线仿真。仿真结果表明,施加DYC后,列车低附着系数路面横摆角速度后部放大系数和质心侧偏角后部放大系数分别减小26.5%、29.9%,最大铰接角速度减小18.4%,大幅改善了中置轴汽车列车的操纵稳定性,降低了折叠事故发生的可能性。     

考虑侧倾影响的汽车横摆角速度与质心侧偏角滤波估计

为准确识别汽车前方弯道路段曲率信息,考虑侧倾运动的实际影响,建立了汽车质心运动、横摆运动及侧倾运动具有非线性特征的3自由度车辆操纵稳定性模型,设计了汽车质心侧偏角与横摆角速度扩展卡尔曼滤波估计器,实现了巡航车辆运动特征的在线实时估计。采用双移线输入,通过Car Sim与Matlab/Simulink的联合仿真进行验证,结果表明,即使在大噪声条件下,所设计的扩展卡尔曼滤波估计器也能较好地实现车辆横摆角速度与质心侧偏角的准确估计。     

汽车四轮转向控制策略研究

汽车四轮转向较之常规的前轮转向可提高汽车的操纵稳定性,论文针对汽车四轮转向的操纵稳定性控制问题,设计了一种四轮转向控制策略,实现汽车不同车速下的四轮转向控制。确定了二自由度车辆转向参考模型,进行低速时前后轮转角比例控制,高速时根据参考模型和实车横摆角速度、横摆角速度偏差设计了模糊控制器进行前后转角控制。应用Car Sim和Matlab/Simulink联合仿真,搭建了仿真模型,编写了控制算法,通过仿真实验对控制策略进行了验证。仿真结果表明:设计的汽车四轮转向控制策略使汽车四轮转向相对前轮转向有效提高了汽车的操纵稳定性。