联合工况的车辆动力学仿真

第27卷第4期湖北汽车工业学院学报Vol 27 No 42013年12月Journal of Hubei University of Automotive TechnologyDec.2013doi:10.3969/ssn.1008-5483.2013.04003联合工况的车辆动力学仿真陈建国(湖北汽车工业学院机械T程学院.湖北十堰442002)摘要:建立了整乍的模型,用Maab软件对车辆在不同车轮转角、不同车速及不同制动力矩情况下的动力学进行了仿真仿真结果表明:随着车轮转角及车速的增大,车辆横摆角速度峰值、横向速度峰值增大;过大的制动力矩将使玍辆橫向惻滑加剧及使横摆角速度峰值变大,辆在联合工况下的稳定性变差。仿真为车辆在联合工况下的建模和挖制提供了参考关键词:联合1况;整车模型;动力学仿真中图分类号:L461.1文献标志码:A文章编号:1008-5483(2013)040010-04Vehicle Dynamic Simulation under Union Conditionen JianguSchool of Mechanical Engineering, Hubei University of Automotive Technology, Shiyan 442002, China)Abstract: The full vehicle model was established. The dynamics of the vehicle under differentsteering angle, different velocity and different braking torque was simulated with Matlab. The resultsshow that the top value of the yaw rate and the top value of the lateral velocity get enlarged with theincreasing of the steering angle and the velocity of the vehicle. Too much braking torque makes thelateral slip aggravated and the top value of the yaw rate increased, and leads the stability of thee under union cng worse. The simulations provide reference for vehicle modelingand control under union conditionKey words: union condition; full vehicle model; dynamic simulation车辆是一MMO耦合的非线性系统,其动力学因此,在非线性轮胎模型下车辆的动力学仿真才特性受到多种因素的影响'。这些因素包括车速、更具有实际意义。车轮转角、制动力矩及路面激励等。联合工况行驶现有的车辆仿真软件已较为成熟,如 Carsim的车辆,同时受到转向、制动、车速等因索影响,呈 Adams/Car等专业软件,但这些软件其源代码没有现更为复杂的特性。此时,车辆常常出现横摆、侧对用户开放,而许多车辆控制器的设计是基于数学滑、大角度的侧倾等危险状况。由于整车模型的参模型的,未开放源代码的仿真软件为控制器的设计数较多,多数学者在研究乍辆动力学时采用的是3带来障碍。日由度模型,而轮胎模型姻釆用线性模型,线性轮笔者建立带有非线性轮胎模型的整车动力学胎模型无法反映轮胎在极限τ况下的受力情况,与模型,分析车辆在联合工况下的动力学特性;分别实际情况有一定差距由于轮胎受力是车辆所受外讨论车速、车轮转角、制动力矩对车辆横向稳定性力中最主要的,是影响辆动力学最重要的因素,的影响,为车辆的建模控制提供参考。收稿日期:2013-07-29基金项目:湖北省自然科学堪金(2013CFB046)V凵中国煤化工作者简介:陈建阆(1970-),男,碩1.副教授,主要从事机电系统智能控制研究CNMHG第27卷第4期陈建国:联合工况的车辆动力学仿真F=k,(zu-zu+c,(iui-i,)1系统模型的建立F2=k2(zx-z2)c2 (i2-i2)F3=k2(xa-z3)+c3(za-23)1.1整车模型整车模型如图1所示。采用固结于车身的车辆F4=k4(z-z4)+c4(xw4-24)当俯仰角6侧倾角q在小范围内时,近似有坐标系来描述汽车的运动姿态。取整车质心为坐标原点,汽车前进的方向为x轴正方向,水平向左为整车质量,m为簧载质量,mn为车轮质量;F2、F为簧上质量侧倾动力学方程多+b0+dz3=z+b0-dopy轴正方向,过质心垂直向上为z轴正方向。M为(i=1,2,3,4)第讠个车轮轮胎的纵、横向力,F为减震∑M=器受到的力;a、b分别为质心距前后轴的距离;d为∑M=d(F-F2)+d(FxFA)+h(F1+F2)×(5)左右车轮轮距的一半;h为质心高度;h4为质心距sin&+(F,+Fy2)cos+F3+F4+m sinc簧上质量俯仰动力学方程为侧倾中心的高度;h2为侧倾中心高度;h为俯仰中心高度;L为前后轴的轮距;k为减震器的弹簧刚∑M,=)度;c;为阻尼系数;k2为轮胎刚度;w2为横摆角速∑M=-a(F+F2)+b(F+F1)+h1[-(F1+F2)o+(6)度;8为前轮转角;0为俯仰倾角;φ为侧倾角;l、y(F+En)sin&-Fy-F4]+m,gh. sin]L分别为车辆绕xyx轴的转动惯量;ux分别整车横摆刚体动力学方程为为簧下质量的垂向位移及路面激励。∑M=lw∑M=d[(-F1+F2)cosS+(F←F2)i|+d(Fx-F)+aL[(F1+F2)sin6+(F1+(7)b(F3+Fy4簧下质量垂向动力学方程为mui=k (zazu )-F考虑到车辆的载荷转移,各车轮处的垂向载荷为F=m,gb4dE-m,gb- Mah+ Mah图1转向运动模型9e-m,ga+ Mah+Mah整车纵向刚体动力学方程23为∑FF=m,ga+ Ma∑F=(F+F2)0+(F,+F2)i+F+F()F为车轮受到的垂向载荷。1.2轮胎模型整车横向刚体动力学方程为1)车轮旋转动力学模型∑FLai=-F -Tb∑F=(F,+F2)ino+(F,+F2)oS+F,+F4(2)式中L为车轮的转动惯量;R为车轮的等效半径;ayFy-zp+xw.w为车轮的角速度。簧上质量垂向动力学方程为2)车轮的滑移率∑FRF=F1+F2+F3+F4(3)式中S为车轮的纵向滑移率;为质心的纵向车速。a1=2+yφ中-x03)轮胎模型簧上质量的垂直运动方程为常用的轮胎模型有 Pacejka的魔术公式中国煤化工CNMHG12湖北汽车工业学院学报2013年12月dugoff公式等因Dugo公式较简洁采用此模型。输入常量。F:=C cf(yi, Fr=Cytan1+S1+5 /(y2)2仿真1+S)xfy)(2)2V(CS: )+(C,tana在 Matlab中对上述建立的系统进行了仿真。仿fy)=1(2-yiy: if x