文档：汽车系统动力学第一次作业

影响轮胎侧向力的三个最重要的因素是侧偏角、垂向载荷和车轮外倾角。

侧偏角由轮胎的运行条件所决定，它取决于车辆前进速度、侧向速度、横摆角速度和转向角。

轮胎垂向载荷的静态值由车辆质量分布所决定，但随着载荷在纵向和侧向的重新分配，轮胎的垂向载荷会发生变化。

车轮外倾角由转向角和通过悬架杆系作用的车身侧倾所决定，但对非独立悬架车辆来说，外倾角只取决于车轴的侧倾角。

高速转向工况下整车建模中对轮胎模型的考量：
1.高速汽车转向大体可分为三种情况：1）匀速转向；2）超车（加速转向）；
3）避障（减速转向），因此前后左右四个轮胎的载荷将重新分配，那么轮胎模型还必须包括侧向力和轮胎垂向载荷的关系。

2.如果建模中考虑了车身侧倾角与车轮外倾角的关系（？它们之间什么关系），
那么轮胎模型中必须包括车轮外倾对轮胎力的影响。

3.联合工况下魔术公式与实际测试结果有很好的拟合精度，因此采用魔术公式（pacejka89或者pacejka94）。

高速行驶时的轮胎的纵向力学特性：风阻大大增加（整车）；此外由于驻波，导致滚动阻力系数增加。

转弯阻力（？老师给的电子书126节）
轴承阻力，前束阻力，路面不平度阻力等较小可以略去不计。

在干燥的路面，○1曲线表示附着系数虽车速变化不大。

本课题仅考虑干燥路面。

附着椭圆（魔术公式满足）
导入特性（瞬态）
大家考虑一下输入和输出是什么？一是单纯轮胎的tire testing的输入输出
二是整车建模的输入输出
焕兄组的资料：
1转向力矩形成机理与车速对其影响的定性分析
影响转向力矩的因素包括轮胎花纹、气压、载荷、路面摩擦系数、前轮定位参数、转向角、前轮转向系统转动惯量、转向系统干摩擦特性、转向干涉、转向系统刚度、轮胎的力学特性、车辆系统参数等。

转向力矩是由于地面和转向轮之间的相互作用以及转向系统内部摩擦而产生的。

地面对转向轮的作用力主要包括侧向力、纵向力与垂向力。

构成转向力矩的主要部分是侧向力与轮胎拖距之积形成的轮胎自回正力矩及侧向力与主销后倾距之积形成的侧向力回正力矩 ,其次是重力回正力矩和纵向力回正力矩。

其中轮胎自回正力矩和侧向力回正力矩与侧向力成正比 ,而重力回正力矩与前轴负荷、转向角成正比。

在前轴左右轮负荷差别不大的情况下 ,纵向力回正力矩很小。

车速对转向力矩的影响是通过侧向加速度间接实现的。

在极低速转向以及原地转向条件下 ,轮胎与地面之间的静摩擦力矩占主导地位 ,故转向力矩大大高于在其他车速下行驶的力矩。

在低速大转角条件下 ,汽车的侧向加速度较小 ,因此轮胎的侧偏角很小 ,
由侧向力形成的回正力矩较小 ,而此时转角大 ,故由前轴负荷形成的重力回正力矩占主导地位。

当汽车在中高速行驶时 ,其侧向加速度较大 ,导致车轮的侧向力较大 ,故
转向力矩主要由侧向力引起的回正力矩形成 ,而重力回正力矩相比之下显得不重要。

在较大的侧向加速度下 ,车身发生侧倾导致车轮载荷的转移 ,从而使左右轮侧偏刚度发生显著变化 ,最终导致侧向力下降 ,因此转向力矩下降 ,这是车速影响转向力矩变化的原因之一;当侧向加速度过大时 ,轮胎可提供的侧向力饱和 ,从而轮胎自回正力矩下降; 此外 ,由于载荷的转移 ,车轮与地面的侧向附着系数下降 ,也导致侧向力下降。

2车辆操纵动力学模型
车辆多体动力学模型拟采用ADAMS/CAR仿真模拟，包括前后悬架、制动、传动、转向、车轮和车身系统。

模型中均模拟了悬架、转向系统中的非线性特性、同时能模拟发动机特性等基于实验的模型。

由于研究对象是高速中的轮胎受力，采用“魔术公式”可以表达出轮胎各项力学特性，统一性强，编程方便，需拟合参数较少，且各个参数都有明确的物理意义，容易确定其初值；“魔术公式”无论对侧向力、纵向力还是回正力矩拟合精度都比较高。

利用“魔术公式”可准确地进行轮胎性能预测，甚至对于极限外的一定范围也有较好的置信度，故选“魔术公式”轮胎模型。

3 高速超车情景下的转向输入
为了模拟高速超车的情急，必须知道转向输入。

可以预见的是，方形盘输入不会是角阶跃输入。

查阅相关资料，发现有关超车模型有郭孔辉院士提出的最佳预瞄理论和最佳曲率曲线。

但是此模型比较复杂，同时有许多参数需要实际测得，而实际中方向盘转角曲线与正弦函数比较接近，故拟采用单周期正弦输入作为替代。

4 各车轮纵向力、侧向力与回正力矩计算
在计算各车轮的侧向力和回正力矩以前, 首先要知道各轮的有效侧偏角。

而轮胎有效侧偏角由轮胎侧偏角和车轮外倾角等效后的侧偏角组成。

在计算轮胎侧偏角之前 , 还必须知道车轮的转向角。

在汽车的转向过程中, 车轮的转向角不仅来自转向操纵机构, 还包括转向系统的弹性、侧倾转向、转向系统与悬架导向系统的干涉所造成的附加转向角。

这些均包含在ADAMS的模型之中。

5 仿真计算（验证模型）
采用上述选取的模型考察：
（1）稳态转向情况下车速与转向力矩、回正力矩、侧偏角等的关系。

（2 ）模拟高速超车情况下各轮胎参数随时间的变化规律。