4 汽车横向动力学
汽车横向动力学的功能性目标包括哪些
汽车横向动力学的功能性目标包括哪些？一般来说，汽车横向动力学系统的功能性目标可以由机电系统的任务来定义。
今天我就从可控转向系统能实现的功能性目标来和大家谈一谈汽车横向动力学的功能性目标。
首先一点值得注意的是，可控转向系统的功能性目标可提高汽车的灵活性和转向舒适性。
其能实现的具体功能包括三点，即可变转向力矩，可变转向比，前馈转向等。
其中，可变转向力矩是能够适应车速的转向力矩，其主要的功能就是可以辅助来方便泊车，但是其有一个显著的缺点就是其不能在高车速的时候提供良好的反馈。
可变转向比可以提供适应车速的转向比，在低速的时候能有更小的转向角，在高速的时候能实现操作平滑；前馈转向能保证汽车转向盘在高速转动的时候，减少转向输入与车身动态之间的相位，从而使得车辆行动更加灵敏。
第二个就是能够提高车辆行驶稳定性。
具体可以从两个方面考虑，第一个就是汽车横摆率的控制，在紧急情况下控制横摆率，可以增加转向角和改变转向力矩；对干扰响应控制可以实现三个功能，即对开路面的横摆力矩补偿，侧风补偿以及减少道路干扰或者是改变汽车参数，比如负荷等。
第三个就是汽车驾驶辅助系统了。
其可以从两个方面进行综合考虑。
第一个就是车道线的辅助，其能实现的功能就是路径保持，换道辅助以及避撞等；第二个就是自动转向，其可以用在泊车辅助以及交通堵塞辅助，当然了，其也能用在自动驾驶上。
除了上述提到的功能目标外，横向动力学系统还必须兼顾安全性和易用性，同时还要具备高效，灵活，安静以及可维护的特点。
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车辆横向动力学
车辆横向动力学
车辆横向动力学（Vehicle Lateral Dynamics）是研究车辆在转弯、侧滑、抓地力分配等横向运动情况下的行为和特性的领域。
以下是一些与车辆横向动力学相关的重要概念：
1. 横向加速度（Lateral Acceleration）：车辆在转弯或侧滑时产生的横向加速度，用于描述车辆的横向运动能力。
2. 横摆角（Yaw Angle）：车辆绕垂直轴旋转的角度，用于描述车辆的横向姿态和转弯情况。
3. 横向力（Lateral Force）：车辆在转弯时由车轮与路面之间的摩擦力产生的横向力，用于提供车辆的横向稳定性和转弯能力。
4. 抓地力（Traction）：车辆轮胎与路面之间的摩擦力，用于提供车辆的牵引力和抓地力。
5. 滑移角（Slip Angle）：车轮转向角度与车辆运动方向之间的夹角，用于描述车轮与车辆运动方向之间的相对滑动情况。
6. 操纵响应（Handling Response）：车辆横向动力学对操纵输入的响应速度和稳定性，包括转向响应、侧滑角恢复等。
7. 横向稳定性（Lateral Stability）：车辆在转弯和侧滑情况下的稳定性，包括抓地力分配、侧滑角控制等。
车辆横向动力学的研究对于车辆的操控性能、驾驶安全性以及车辆稳定性的理解和改进都具有重要意义。
它对于车辆设计、悬挂系统调校、动力分配系统等方面有着重要的指导作用。
1/ 1。
车辆动力学理论在汽车设计中的应用研究
车辆动力学理论在汽车设计中的应用研究随着汽车产业的发展，人们对于汽车性能和安全性的需求越来越高，而车辆动力学理论正是保证汽车性能和安全性的重要基础。
因此，汽车设计师要熟悉车辆动力学理论，并将其应用到汽车设计中，以确保汽车的性能和安全性。
一、车辆动力学理论概述车辆动力学理论是研究车辆运动规律和控制方法的学科，它包括车辆运动的各个方面，例如加速度、制动、转向、悬挂、轮胎等等。
这些方面都会影响汽车的驾驶性能和安全性。
车辆动力学理论可以分为两个方面：纵向动力学和横向动力学。
纵向动力学主要研究车辆的加速和制动，横向动力学则研究车辆的转向性能。
通过了解车辆动力学理论，汽车设计师可以更好地掌握汽车的性能和安全性。
二、车辆动力学理论在汽车设计中的应用1. 汽车底盘设计底盘是汽车的支撑系统，它支撑汽车车身和发动机。
车辆动力学理论可以为汽车底盘的设计提供重要参考和指导。
例如，车辆动力学中的悬挂系统的设计可以确保汽车在行驶时保持更好的平稳性和舒适性。
根据车辆动力学理论设计的底盘系统还可以提高车辆的稳定性和操控性，使驾驶更加安全和舒适。
2. 轮胎设计轮胎是车辆动力学中最重要的组成部分之一，它是汽车与地面的唯一接触点。
根据车辆动力学理论的要求，车轮和轮胎的设计需要考虑轮胎的弹性、刚度、胎压等因素。
这些因素可以直接影响汽车的牵引力、制动性、操纵性和驾驶舒适性。
因此，在轮胎选型和设计时，车辆动力学理论是一个非常重要的参考。
3. 发动机和传动系统设计车辆动力学理论也可以帮助汽车设计师更好地设计发动机和传动系统。
例如，根据车辆动力学理论，发动机的输出功率可以通过控制油门开度、进气阀口、燃油喷射量等措施实现。
传动系统可以通过改变齿轮比、离合器和变速器等来改变发动机传递到车轮的扭矩。
这种改变可以影响汽车的加速和行驶性能。
4. 制动系统设计车辆动力学理论还可以为汽车制动系统的设计提供指导。
例如，车辆动力学理论要求汽车制动时需要产生足够的制动力，以防止汽车行驶过程中发生意外。
汽车横向动力学模型推导过程
汽车横向动力学模型推导过程汽车横向动力学是研究汽车在横向运动中的力学特性的学科。
它涉及到汽车在转弯、加速和制动等情况下所受到的力和力矩的分析。
本文将从人类的视角出发，描述汽车横向动力学模型的推导过程。
我们需要明确汽车在横向运动中所受到的力和力矩。
当汽车转弯时，轮胎与地面之间的摩擦力会产生一个向心力，使汽车向转弯中心运动。
这个向心力可以通过以下公式来描述：向心力= 车辆质量× 横向加速度。
我们需要考虑汽车在转弯过程中所受到的侧向力。
侧向力是指作用在汽车质心的一个垂直于行驶方向的力，它使汽车保持在曲线上运动。
侧向力的大小取决于轮胎与地面之间的摩擦力以及车辆的质量和横向加速度。
可以通过以下公式来计算侧向力：侧向力= 车辆质量 × 横向加速度 × 摩擦系数。
我们还需要考虑汽车在转弯过程中所受到的滚动力矩。
滚动力矩是由于汽车在转弯时轮胎与地面之间产生的摩擦力而引起的。
滚动力矩的大小取决于车辆的质量、横向加速度、轮胎与地面之间的摩擦系数以及汽车的重心高度。
可以通过以下公式来计算滚动力矩：滚动力矩 = 车辆质量 × 横向加速度 × 距离车辆重心的水平距离。
我们需要考虑汽车在转弯过程中所受到的侧滑角。
侧滑角是指汽车轮胎的实际行驶方向与理论行驶方向之间的夹角。
侧滑角的大小取决于轮胎与地面之间的摩擦力以及车辆的横向加速度。
当侧滑角过大时，轮胎与地面之间的摩擦力将减小，从而影响汽车的横向稳定性。
汽车横向动力学模型的推导过程涉及到向心力、侧向力、滚动力矩和侧滑角等力学特性的分析。
这些特性的大小取决于车辆的质量、横向加速度、摩擦系数和重心高度等因素。
通过对这些特性的分析，我们可以更好地理解汽车在横向运动中的力学行为，从而为汽车的设计和控制提供依据。
车辆系统动力学结构模型
2,4,6,8
1,3,5,7
34
客车系统动力学模型拓扑图（正视）
28
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19 20
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9,10
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1,2
1-8 17-20 25-28 33-36
轮轨力 中央悬挂力 抗蛇行减振器阻尼力 牵引拉杆力
24
m 1000 kg, k 108 N/m, c 104 N s/m, t 10-4 , 0.5
(1):
x1 x0 x 0 0 t 2 0 x 1 x 0 0 t 0 x x 1 (mg cx 1 kx1 ) / m 1000 9.81/ 1000 9.81 x
10
车辆系统作用力描述
• 无间隙弹簧阻尼力描述 • 有间隙弹簧阻尼力描述 • 摩擦力作用力描述
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无间隙弹簧阻尼力描述
c Mi k Mj
F F0 kx cv
12
有间隙弹簧阻尼力描述
Fx Kc
Fy Kc
X
x y x y
Y
13
摩擦力作用力描述
Fx x Fpz Fy y Fpz
后构架点头： I b b ( 2)
轮对垂向：
后构架垂向： mb zb(2) Fp (3) Fp (4) Fs (2) mb g
w(i ) Fw(i ) Fp(i ) mw g mw z
横向止档对车辆动力学行为的影响研究
横向止档对车辆动力学行为的影响研究横向止档对车辆动力学行为的影响研究引言：在汽车工程领域，对车辆动力学行为的研究一直都是一个重要的课题。
随着技术的不断发展，车辆的操控性能也在不断提高。
而横向止档作为一个重要的零部件，对车辆动力学行为有着重要的影响。
本文将会探索横向止档对车辆动力学行为的影响，并通过实验研究来支持理论分析。
一、横向止档的定义和作用横向止档是位于车辆传动系统中的一个关键部件，主要用于通过制动器将车辆的速度减低或停止。
传统的横向止档通常由制动盘和制动将组成，并通过踏板控制来实现。
横向止档的作用是通过摩擦力将车辆的动能转化为热能，达到减速和停车的目的。
二、横向止档对车辆动力学行为的影响1. 制动效果：横向止档对车辆的制动效果有着直接的影响。
制动盘与制动盘之间的摩擦力直接影响到车辆的减速性能。
摩擦系数的大小以及横向止档的设计和制造质量都会影响到制动效果的好坏。
2. 车辆稳定性：横向止档对车辆的稳定性也有着重要的影响。
在制动时，如果横向止档的制动力不均匀，容易导致车辆出现侧滑，影响车辆的操控性和行驶稳定性。
3. 制动磨损：横向止档对车辆的制动磨损同样有着显著的影响。
制动盘和制动将的材料以及制动操作的频率都会影响到横向止档的磨损情况。
如果制动盘和制动将的磨损过大，会导致制动效果下降，甚至引起制动故障。
三、实验研究为了验证横向止档对车辆动力学行为的影响，进行了一系列实验研究。
1. 制动性能测试：通过搭建制动性能测试台，测量了不同横向止档材料和摩擦系数下车辆的制动距离和制动时间。
实验结果表明，横向止档材料与摩擦系数对车辆的制动效果具有显著影响。
2. 车辆稳定性测试：通过车辆动力学模型模拟车辆在不同横向止档制动力下的操控性能，并在实际道路上进行测试。
实验结果表明，制动力不均匀会导致车辆的操控性下降，严重时甚至会引发侧滑。
3. 制动磨损测试：通过制动力和制动磨损的关系，测试了不同材料和制动操作频率下横向止档的磨损情况。
四轮转向汽车动力学建模
四轮转向汽车动力学建模四轮转向汽车是一种特别设计的轿车，通过其增加的后轮转向，可以改善车辆操控性，特别是在高速行驶时，更能帮助车辆在转弯时保持稳定性。
汽车动力学建模是关于汽车运动的物理学和工程学领域，由汽车设计师和工程师使用来处理汽车运行的一个重要方法。
下面，我们来了解一下建立四轮转向汽车动力学模型的步骤。
1.建立4-轮汽车运动学模型汽车运动学是描述汽车运动的物理学。
它包括位置、速度和加速度等向量对时间的变化规律的描述。
因此，在建立四轮转向汽车动力学模型之前，需要先建立汽车运动学模型。
首先，需要画出汽车运动的自由度图，通过这个图可以得到汽车的六个自由度。
然后依据相对位置和旋转角度，建立汽车的刚体模型。
在这个模型中，需要求出刚体的位移、速度和加速度。
2.建立4-轮汽车横向动力学模型建立四轮转向汽车的横向动力学模型非常重要。
这是因为在高速中行驶时，驾驶员需要处理车辆在转弯时的横向动力学问题。
而横向动力学模型可以通过使用线性轮胎模型描述汽车极限横向加速度的限制，来描述汽车在转弯时的动力学模型。
除了横向加速度，模型还包括横向质心位置，车辆横向速度以及所有轮的侧向力。
3.建立4-轮汽车纵向动力学模型汽车的纵向动力学是描述汽车在加速和制动时的物理学。
从这个角度，建立四轮转向汽车的纵向动力学模型可以处理车辆加速和制动时的动态行为。
模型包括刚体动力学和轮胎轴承特性，通过轮轴转矩和惯性力等描述汽车的动力学。
汽车纵向动力学采用的建模方法包括使用简单的百分比拟合动态性能测试数据，计算上升速度，牵引力和制动力等参数。
4.建立4-轮汽车转向动力学模型四轮转向汽车比普通汽车具有更好的转向性能。
其转向动力学是描述汽车在转向时的动态行为。
转向动力学模型主要包括前后悬架参数、车辆重量，以及转向时前后轮之间的差异。
这些参数一般可以通过车辆动态性能实验来获取。
模型中，各轮转角决定了转向动力学的结果，模型可以通过解方程组来描述轮胎侧向力和速度之间的关系。
4 汽车横向动力学
& ms (υ + V ⋅ γ ) = ∑ Fy
2009-10-19
12
第四章
汽车横向动力学
四、四自由度模型
为了研究转向系及悬架性能对汽车操纵运动的影响，可以 在线性二自由度模型基础上增加两个自由度：前轮绕主销转向 角和车身侧倾角。 侧向速度和 目的是： 横摆角速度 ① 计入前轮绕主销运动的惯性及阻尼，以及转向系的综合刚度； ② 计入悬架弹性、阻尼以及前、后轴侧倾转向效应的影响。 前轮摆振 假设 在二自由度模型假设前三条基础上，还有如下两点： ⑴ 忽略转向轮绕主销转动与整车运动及自身滚动间的藕合 效应，忽略转向盘至转向轮之间传动部件的惯性及阻尼； ⑵ 认为侧倾轴近似处于水平位置，悬架弹性处于线性范围。
IX IZ
I XZ
悬架上质量对车辆坐标系X轴的转动惯量 整车绕车辆坐标系Z轴的转动惯量
悬架上质量对车辆坐标系X轴、Z轴的惯性积
k1 k2
Cϕ1
IW
h ξ1′ ξ1 ξ2
Ef
两转向轮绕各自主销转动惯量之和 悬架上质量质心至侧倾轴距离 前轮侧向力对主销轴的力臂 前轮轮胎拖距 后轮轮胎拖距 前悬架侧倾转向系数 后悬架侧倾转向系数 转向轮绕主销的阻尼系数 转向系传动比
& & I wδ + CWδ = CS (
∑M γ& = ∑ M
∑F
y
x z
δ I w δ& + C W δ& = C S ( SW − δ ) − Y 1ξ 1′ i
z
r
& & & I X p + I XZr − MS hV(r + β ) = −(Df + Dr ) p − (Cϕ1 + Cϕ 2 − MS gh)ϕ
汽车横向动力学模型推导过程
汽车横向动力学模型推导过程汽车横向动力学模型是研究汽车在横向方向上的运动特性的模型。
在这个模型中，我们主要关注汽车在转弯和侧滑等运动状态下的行为。
通过分析这些行为，我们可以更好地理解汽车的稳定性和操控性能，从而提高汽车的安全性和驾驶舒适性。
在汽车横向动力学模型中，我们通常将汽车的横向运动分解为几个部分，包括侧向力、侧向加速度和侧向滑移角等。
侧向力是指作用于汽车横向方向上的力，它主要由轮胎和地面之间的摩擦力产生。
侧向加速度是指汽车在横向方向上的加速度，它与侧向力之间存在一定的关系。
侧向滑移角是指汽车的前进方向与车身侧向偏差的角度，它也与侧向力和侧向加速度密切相关。
在转弯时，汽车会产生侧向力，这个侧向力会使汽车产生侧向加速度。
侧向加速度的大小与侧向力的大小成正比，与汽车的质量和悬架刚度等因素有关。
当侧向力超过一定限度时，汽车会发生侧滑现象，即失去了横向稳定性。
为了避免侧滑现象的发生，我们可以通过调整汽车的悬架刚度、轮胎的侧向抓地力以及转向角度等因素来改善汽车的横向稳定性。
除了转弯和侧滑，还有其他一些因素也会影响汽车的横向动力学特性。
例如，汽车的质心高度、悬架类型、轮胎规格和气压等因素都会对汽车的横向稳定性和操控性能产生影响。
此外，驾驶员的驾驶技术和操作习惯也会对汽车的横向动力学特性产生重要影响。
汽车横向动力学模型是研究汽车在横向方向上运动特性的模型。
通过分析汽车在转弯和侧滑等运动状态下的行为，我们可以更好地理解汽车的横向稳定性和操控性能。
这对于提高汽车的安全性和驾驶舒适性具有重要意义。
同时，我们还需要考虑其他一些因素，如汽车的质心高度、悬架类型、轮胎规格和驾驶员的驾驶技术等，以全面地分析汽车的横向动力学特性。
通过不断优化和改进汽车的设计和驾驶技术，我们可以提高汽车的横向稳定性和操控性能，为驾驶者提供更安全、更舒适的驾驶体验。
汽车动力学学习总结精选全文
可编辑修改精选全文完整版汽车动力学学习总结严格地说，车辆动力学是研究所有与车辆系统运动有关的学科。
它涉及的范围很广，除了影响车辆纵向运动及其子系统的动力学响应（如发动机、传动、加速、制动、防抱死和牵引力控制系统等方面的因素）外，还有车辆在垂向和横向两个方面的动力学内容，即行驶动力学和操纵动力学。
行驶动力学主要研究由路面的不平激励，通过悬架和轮胎垂向力引起的车身跳动和俯仰以及车轮的运动；而操纵动力学研究车辆的操纵性，主要与轮胎侧向力有关，并由此引起车辆侧滑、横摆和侧倾运动。
1轮胎动力学轮胎是车辆重要的组成部分，直接与地面接触。
其作用是支承整车的重量，与悬架共同缓冲来自路面的不平度激励，以保证车辆具有良好的乘坐舒适性和行驶平顺性；保证车轮和路面具有良好的附着性，以提高车辆驱动性、制动性和通过性，并为车辆提供充分的转向力。
所以轮胎动力学的研究对于整车动力学研究具有重要意义。
轮胎的结构特性很大程度上影响了轮胎的物理特性。
所以轮胎模型的建立对于车辆轮胎动力学特性的研究具有重大影响。
轮胎模型描述了轮胎六分力与车轮运动参数之间的数学关系，轮胎模型在特定工作条件下的输入量有纵向滑动率s侧偏角α径向变形ρ车轮外倾角γ车轮转速ω转偏率φ而输出量为纵向力F x侧向力F y法向力F z侧向力矩M x滚动阻力矩M y 回正力矩M z根据车辆动力学研究内容不同，轮胎模型可分为：1）轮胎纵滑模型主要用于预测车辆在驱动和制动工况时的纵向力滚动的车轮产生的所有阻力为车轮滚动阻力，主要包括轮胎滚动阻力分量、道路阻力分量和轮胎侧偏阻力分量。
其中车轮滚动阻力包括弹性迟滞阻力、摩擦阻力和风扇效应阻力；由不平路面、塑性路面和湿路面的道路情况引起的阻力成为道路阻力；侧向载荷和车轮定位引起的侧偏阻力。
2）轮胎侧偏模型和侧倾模型主要用于预测轮胎的侧向力和回正力矩，评价转向工况下低频转角输入响应。
影响轮胎侧向力的三个重要的因素是侧偏角、垂向载荷和车轮外倾角。
汽车横风下的动力学仿真分析及横摆稳定性研究
汽车横风下的动力学仿真分析及横摆稳定性研究作者：吴帅贾宝光位球球辛庆锋来源：《时代汽车》2024年第12期摘要：目前随着汽车行业的发展，对于汽车的稳定性能要求也越来越高。
本论文以某款车型为研究对象，探讨在高速的行驶的情况下，汽车结构参数、底盘参数等20个参数对于汽车横风稳定性的影响。
首先利用CFD软件计算车辆气动力系数，并通过Carsim软件建立整车动力学仿真模型，将气动力系数导入Carsim气动力学模型中。
在专家工程师所设定可接受程度的参数进行动力学仿真分析，并将汽车的横摆角速度作为车辆的稳定性能指标评估。
仿真结果表明，汽车前、后载荷对于横摆稳定性能影响最大，针对此款后驱车辆，前/后载荷增大，横摆稳定性能越好；风压中心位于质心或质心稍微靠后的位置，横摆角速度较小，具有较好横摆性能。
关键词：横风稳定性动力学仿真汽车底盘 CFD Carsim1 前言近些年来，新能源汽车行业快速发展，汽车稳定性能成为了研究的热点之一。
同时电动汽车或混合动力汽车等创新汽车概念进一步挑战了乘用车的基本布局[1]。
汽车在行驶过程中常会受到横风气流的干扰，尤其是车辆经过桥梁、涵洞、高楼等位置，车辆常常会产生较大的横摆角速度，这种情况下会较大影响车辆的舒适性和安全性，所以对于车辆横风稳定性的研究是必要的。
目前针对车辆的横风稳定性方法主要有三种：有限元分析、风洞试验、动力学分析方法。
針对有限元法和风洞试验，这两种方法主要运用于车辆气动外形的分析。
M. Gohle[2]通过风洞试验分析了a柱圆角、引擎盖-挡风玻璃夹角、后盖角度参数对于车辆侧向力的影响，a柱半径较大时，横摆力矩减小；引擎盖-挡风玻璃夹角对于前轮和后轮的效果相反，夹角减小，前轮侧向力减小，但后轮侧向力增加；后盖角度会极大影响横摆力矩。
王夫亮[3]针对某轿车模型，通过数值模拟和风洞试验对比气动六分力的对比，验证了利用CFD计算气动力系数的可行性，并研究横风风速对于汽车气动特性的影响。
汽车四轮转向四自由度动力学模型
汽车四轮转向四自由度动力学模型一、引言汽车作为现代交通工具的重要组成部分，其行驶稳定性和操控性能成为人们关注的焦点。
为了更好地理解汽车转向过程，研究者提出了汽车四轮转向四自由度动力学模型。
本文将对该模型进行介绍和分析。
二、汽车四轮转向四自由度动力学模型汽车四轮转向四自由度动力学模型是一种理论框架，用于描述汽车在转向过程中的运动规律。
该模型将汽车视为一个具有四个自由度的系统，包括纵向运动、横向运动、横摆运动和侧滑运动。
1. 纵向运动自由度纵向运动自由度是指汽车在纵向方向上的运动。
它受到引擎输出的动力和制动系统的制动力的影响。
在转向过程中，纵向运动自由度的变化可以影响汽车的加速度和制动效果。
2. 横向运动自由度横向运动自由度是指汽车在横向方向上的运动。
它受到转向系统的影响，包括前轮转向角度和转向系统的响应特性。
横向运动自由度的变化会影响汽车的横向加速度和侧向稳定性。
3. 横摆运动自由度横摆运动自由度是指汽车绕垂直轴线旋转的运动。
它受到转向系统和车身结构的影响，包括转向系统的转向角速度和车身的转动惯量。
横摆运动自由度的变化会影响汽车的横摆角度和横摆稳定性。
4. 侧滑运动自由度侧滑运动自由度是指汽车的轮胎与地面之间的相对滑动。
它受到横向运动和横摆运动的影响，包括车轮滑动角度和侧向力的变化。
侧滑运动自由度的变化会影响汽车的侧向力和侧滑稳定性。
三、应用与研究进展汽车四轮转向四自由度动力学模型在汽车工程领域具有广泛的应用价值。
它可以用于汽车设计和操控性能评估，帮助工程师改进汽车的转向系统和悬挂系统，提高汽车的稳定性和操控性能。
研究者们在汽车四轮转向四自由度动力学模型的基础上进行了许多深入的研究。
他们通过理论模拟和实验验证，对汽车转向过程中的动力学特性进行了深入分析，为汽车操控性能的提升提供了重要的理论支持。
随着自动驾驶技术的发展，汽车四轮转向四自由度动力学模型也得到了进一步的应用。
研究者们通过建立更加精确的模型，优化汽车的自动驾驶算法，提高汽车的驾驶安全性和舒适性。
汽车横向动力学模型推导过程
汽车横向动力学模型推导过程
汽车横向动力学模型是研究汽车在行驶过程中的侧向运动特性的数学模型。
它通过描述车辆的侧向运动方程，来分析车辆在转弯、横向加速等情况下的行驶性能。
下面将从车辆的侧向力、横向加速度和车辆的稳定性等方面，来介绍汽车横向动力学模型的推导过程。
一、车辆的侧向力
车辆在转弯或横向加速时，轮胎与地面之间会产生侧向力。
侧向力可以分为横向力和法向力两个分量。
横向力是垂直于车辆的运动方向的力，它使车辆产生侧向加速度；法向力是垂直于地面的力，它支撑着车辆的重力。
二、横向加速度
横向加速度是描述车辆在横向运动时的加速度大小，它与车辆的侧向力和车辆的质量有关。
根据牛顿第二定律，车辆的横向加速度等于车辆的侧向力除以车辆的质量。
三、车辆的稳定性
车辆的稳定性是指车辆在转弯或横向加速时保持平衡的能力。
车辆的稳定性与车辆的质心高度、轴距、重心位置等因素有关。
当车辆的质心高度较低、轴距较大、重心位置较低时，车辆的稳定性较好。
四、车辆的横向动力学模型
汽车横向动力学模型是基于上述车辆的侧向力、横向加速度和车辆
的稳定性等因素建立起来的数学模型。
它可以描述车辆在转弯或横向加速时的运动特性。
汽车横向动力学模型是通过分析车辆的侧向力、横向加速度和车辆的稳定性等因素，来推导出车辆在转弯或横向加速时的运动特性的数学模型。
这个模型可以帮助我们更好地理解车辆的横向运动特性，为汽车设计和操控提供参考。
汽车动力学大作业
汽车动力学大作业
一、 垂直动力学部分
以车辆整车模型为基础，建立车辆1/4模型，并利用模型参数进行：
1）车身位移、加速度传递特性分析；
2）车轮动载荷传递特性分析；
3）悬架动挠度传递特性分析；
4）在典型路面车身加速度的功率谱密度函数计算；
5）在典型路面车轮动载荷的功率谱密度函数计算；
6）在典型路面车辆行驶平顺性分析；
7）在典型路面车辆行驶安全性分析；
8）在典型路面行驶速度对车辆行驶平顺性的影响计算分析；
9）在典型路面行驶速度对车辆行驶安全性的影响计算分析。
模型参数为：
1122225;170000/;330;13000/;1000/m kg k N m m kg k N m d Ns m =====
二、 横向动力学部分
以车辆整车模型为基础，建立二自由度轿车模型，并利用二自由度模型分析计算：
1） 汽车的稳态转向特性；
2） 汽车的瞬态转向特性；
3） 若驾驶员以最低速沿圆周行驶，转向盘转角0sw δ，随着车速的提高，转向盘转角位sw δ，试由20sw sw u δδ-曲线和0
sw y sw a δδ-曲线分析汽车的转向特性。
模型的有关参数如下：
总质量 1818.2m k g
= 绕z O 轴转动惯量 2
3885z I kg m =⋅
轴距 3.048L m =
质心至前轴距离 1.463a m =
质心至后轴距离 1.585b m = 前轮总侧偏刚度 162618/k N
r a d =- 后轮总侧偏刚度 211018
5/k N r a d =- 转向系总传动比 20i =。
汽车动力学大作业-横向
汽车动力学二、 横向动力学部分以车辆整车模型为基础，建立二自由度轿车模型，并利用二自由度模型分析计算：1212122121211()()()1()()r r r z r k k ak bk k m v u u ak bk a k b k ak I u βωδωβωδω⎧++--=+⎪⎪⎨⎪-++-=⎪⎩由于vu β=，=>1212122121211()()()1()()r r r z r k k ak bk k mu u ak bk a k b k ak I u βωδβωβωδω⎧++--=+⎪⎪⎨⎪-++-=⎪⎩1） 汽车的稳态转向特性；汽车等速行驶时，在前轮角阶跃输入下进入得稳态响应就是等速圆周行驶。
常用输出与输入的比值来评价稳态响应。
稳态时横摆角速度r ω为定值，此时0v =，0r ω=1212122121211()()(1)1()()0(2)r r r k k ak bk k mu u ak bk a k b k ak u βωδωβωδ⎧++--=⎪⎪⎨⎪-++-=⎪⎩由于vuβ=，所以 1212122121211()()(3)1()()0(4)r r r v k k ak bk k mu u u v ak bk a k b k ak u u ωδωωδ⎧++--=⎪⎪⎨⎪-++-=⎪⎩由（3）式可得211212[()]/()r r v mu w k u ak bk k k δω=+--+，将其带入（4）式，可进行推导如下：221211212112()11[()]()0r r r ak bk mu k ak bk w a k b k ak k k u u ωδωδ-+--++-=+=>2212121121211212()()11{[()]()}r ak bk ak bk k mu ak bk a k b k ak k k u u k k ωδδ----++=-++=>22121212112121121212()()()11{()()}r ak bk ak bk ak bk k mu ak bk a k b k ak k k u k k u k k ωδδ-----++=-+++=>2221212121211212112121212()()()()()()11[]r ak bk ak bk a k b k k k ak k k ak bk k mu k k u k k u k k k k ωδ--+++---+=++++=>2121212121212()()()1[]r ak bk k k a b k k a b mu k k u k k k k ωδ-+++=+++令a b L +=，带入上式可得：=>21212121[()]r ak bk mu k k L k k L uωδ-+==>12212121()r k k L ak bk mu k k L u ωδ=-+=>12221212()r uk k Lak bk mu k k L ωδ=-+ =>212212/()1r u Lak bk mu k k L ωδ=-+ =>2221/1()r u L u L k k ωδ=+-从而可求得稳态横摆角速度增益为：22221//)11()r s u L u Lm a b Kuu L k k ωδ==++- 式中212()m a bK L k k =-。
第6章 汽车横向动力学
R R0
不足转向 中性转向
1
u
2
过度转向
R K 0 1 R0
2013-7-5
R 2 u 的关系 R0
《汽车系统动力学》 24
静态储备系数
使车辆前后轮产生相同 侧偏角的 侧向力作用点 中性转向点 C n L1 L1 静态裕度 SM L L1 中性转向点至前轴的距 离; L1 质心至前轴的距离
dz
d r
d dx tg d r dz
r tg
d dz
Q
F1l
Bp
F1r
(a )
Bp
d
dx
a0
dx
(C )
《汽车系统动力学》
(b)
32
2013-7-5
d r d r dz d r Bp / 2 d dx tg d r dz
2013-7-5
u L
u
2013-7-5 《汽车系统动力学》 13
当车辆以很低的速度和/或很大转向 半径行驶时，侧偏角很小，即
则有
L L u , R , r R L
与中性转向特性一致,安全
2013-7-5 《汽车系统动力学》 14
r
u L
u/L 1 Ku 2
uch u
2013-7-5 《汽车系统动力学》 15
L1 a L 2 b
2013-7-5 《汽车系统动力学》 12
2 稳态响应的三种类型
中性转向 Netural-Steering 不足转向 Under- Steering 过度转向 Over-Steering
中性转向
r L1 m L2 K 2( ) 0 L | k1 | | k 2 |
基于车辆动力学的车辆稳定性分析与优化
基于车辆动力学的车辆稳定性分析与优化随着汽车行业的不断发展，越来越多的人选择汽车作为自己生活和工作中的必备交通工具。
在选择汽车的时候，人们不仅关注车辆外观和内饰，还要关注车辆的安全性和稳定性。
车辆的安全性和稳定性对于驾驶员和乘客的安全有着至关重要的作用。
在此背景下，研究基于车辆动力学的车辆稳定性分析和优化就显得尤为重要。
一、车辆动力学的基本知识要研究车辆稳定性分析和优化，首先需要了解汽车的基本动力学知识。
汽车的动力学主要包括三个部分：速度动力学、横向动力学和纵向动力学。
1.速度动力学速度动力学是指车辆在不同速度下的性能表现。
其中包括加速、制动、绕桩、绕弯等。
2.横向动力学横向动力学是指汽车在转向时的行驶性能，包括转向稳定性、悬挂系统、转向轮胎等。
3.纵向动力学纵向动力学是指汽车在加速、制动和坡道起步等情况下的性能表现。
车辆动力学是汽车工程师必须了解的基础知识，只有熟悉车辆动力学，才能保证车辆的安全性和稳定性。
二、影响车辆稳定性的因素车辆稳定性受到许多因素的影响，通常包括以下几个方面：1.车辆重心高度车辆重心越低，车辆越稳定。
因此，在设计汽车时，要尽可能将车辆的重心降低，以提高车辆的稳定性。
2.轮胎性能轮胎是汽车性能的重要组成部分，轮胎的选择和性能影响车辆的稳定性。
结构牢固、抓地力强的轮胎能提高车辆的稳定性，并有效降低悬挂系统的损坏程度。
3.转向系统转向系统是汽车的核心部件之一，影响着车辆在转向时的稳定性。
一个优秀的转向系统能够提供良好的转向性能，并确保车辆在高速行驶和高难度驾驶条件下的稳定性。
4.悬挂系统悬挂系统是汽车行驶中最重要的组成部分之一，对车辆的稳定性和舒适性有着重要的影响。
初步、更新的悬挂系统可以提高汽车的稳定性，更好地适应不同的路况。
以上是影响车辆稳定性的几个重要因素，在进行车辆稳定性分析时，需要将这些因素综合考虑。
三、基于车辆动力学的车辆稳定性分析与优化为了提高车辆的稳定性，需要进行基于车辆动力学的分析和优化。
汽车横向移动的原理
汽车横向移动（Lateral Movement）是汽车驾驶时做出的横向运动。
它
使汽车能够在直线运动中不受扰动地行驶出曲线，同时保持一定的航
向稳定性，它在汽车安全性和驾驶舒适性方面发挥着重要作用。
汽车横向移动是汽车在直线上做出横向运动的基本动作，汽车在起步、加速、打弯和掉头等增加转向角度时，都要依靠汽车横向移动来实现。
它的主要动作是通过变更轮胎的工作面积来改变轮胎的抓地力，并根
据车辆的性能，改变车辆的横向运动；或通过改变车辆驱动力的输出
分配来改变车辆的横向作用力，以便达到横向移动的效果。
汽车横向移动需要两个结合完成，汽车的前轮和后轮之间的组合行驶。
前轮的运动会影响汽车的横向运动方向，而后轮的运动对横向运动速
度有很大影响，这就要求汽车前后轮的行驶方式要协调起来。
汽车的抓地力是控制横向移动的关键，它由发动机的输出力量和轮胎
的结合完成，发动机的输出力量是产生横向动力的重要因素，轮胎的
结构决定着抓地力的差异，磨损情况则决定了抓地力的输出，驾驶者
也要根据道路状况开车，积极改变横向动力随时保持安全性和舒适性。
汽车横向移动是汽车行走过程中不可忽视的一个重要组成部分，它能
够让汽车安全、舒适地行驶，提高驾车体验，促进出行的安全性，为
交通的更美好的发展贡献着努力。
用于调节车辆横向动力学的方法和设备[发明专利]
![用于调节车辆横向动力学的方法和设备[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/caf6fa57f121dd36a22d82bf.png)
专利名称：用于调节车辆横向动力学的方法和设备专利类型：发明专利
发明人：N·劳曼斯
申请号：CN201980016753.2
申请日：20190225
公开号：CN111971212A
公开日：
20201120
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：在用于产生横摆力矩以调节车辆的行驶动力学的方法和设备的情形中，其中，由通过预设的转向角而预设的理论横摆率确定车辆的理论横摆力矩，由此车辆能够在当前的车辆速度下经历所预设的转向角，其中，将理论横摆力矩划分成通过转向产生的转向‑横摆力矩、摇摆‑横摆力矩和驱动‑横摆力矩，将摇摆‑横摆力矩划分成各个车轮的单独的摇摆‑横摆力矩，所述摇摆‑横摆力矩能够可变地调整。
申请人：大众汽车股份公司
地址：德国沃尔夫斯堡
国籍：DE
代理机构：中国专利代理(香港)有限公司
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汽车或卡车的横向运动 最优控制报告精品PPT课件
建模时作如下假设: 忽略转向系统的影响； 不考虑加减速过渡工况； 忽 略汽车的侧倾与俯仰运动， 认为汽车只作平行于地面的平面运动； 则汽车 只有沿 y 轴的侧向运动与绕 z 轴的横摆运动 2 个自由度。
建立动力学微分方程为：
(k1
k2 )
1 u
(ak1
bk2
)r
k1 r
k2 r
mu(
r)
➢4WS汽车非线性动力学模型：
SAE汽车运动标准坐标系:
汽车的运动是借固结于运动着的汽车上的动坐标系——车辆坐标 系来描述的。采用描述汽车运动的直角坐标系是SAE(国际汽车工程师 协会)标准坐标系(如图2.1所示)。
该坐标系包含了汽车运动的6个自由度(纵向、横向和垂向3个方 向的平动和3个方向的转动)，并规定了运动变量(位移、速度、角位移 和角速度)的符号。
得到状态变量的反馈增益矩阵KFB和前轮转角前馈增益矩阵KFF。
11
3. 仿真分析
仿真工具采用 Matlab/Simulink，我们根据分析建立仿真模型：
12
为了对比分析控制效果， 在进行最优控制仿真分析时， 我们 同时进行相同参数的前轮转向，和后轮转角比例于前轮转角的转 向响应仿真。
比例控制指的是前后轮转角成比例， 仿真时将后轮转角折算 到前轮转角， 以后轮转角为输入， 以整车横摆角速度及质心侧偏 角为输出。后轮比例于前轮转角4WS 汽车的比值定义为Kb 。
U * r KFB X KFF f 二者均为车速函数
➢控制系统结构：
KFF 为前轮转角前馈 增益矩阵
10
构造控制系统的理想模型为：
Xd
d
rd
Ad f
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Gd Grd
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这样可以得到一个四自 由度线性系统，以转向盘转
角 δ 为输入，以横摆角速 I z γ& = ∑ Mz 度 r 、重心处侧偏角 β 、车 δ 身侧倾角 φ 及前轮转向角 δSW I w δ& + C W δ& = C S ( SW − δ ) − Y1ξ 1′ i 为输出。 mV(r + & β) − MS & hp = Y1 +Y2 z w IZ & r + IXZ& p = (a −ξ1)Y1 − (b −ξ2 )Y2
1
第四章
汽车横向动力学
问题的提出：
随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，消费者对 汽车安全性的关注越来越多，如何提高安全性是现代汽车研 究的重要课题之一。汽车的安全性主要包括两个方面：主动 安全性和被动安全性。 事故后安全和生态安全。 主动安全性－－如何通过车辆的设计尽量减少或避免交通事 故的发生； 被动安全性－－通过车辆的设计使车辆在发生事故时尽量减 小对乘员的伤害。 发展趋势－－电子控制装置应用于汽车，提高了汽车的主动
ErLeabharlann CWDri2009-10-19
第四章
汽车横向动力学
五、 多自由度汽车模型
空间的任意一刚体，都有六个自由度。因此，整个汽车共 有30个自由度 (注：只按车身和四个车轮) 。 汽车本身的特性，除前面列举的以外，还有如轮胎侧偏特 性对轮荷的依赖性，及对驱动力、制动力的依赖性，车轮的非稳 态特性，悬架机构的几何关系的非线性，车身的空气动力学特 性，欲分析这些特性对汽车运动的影响，必须建立多自由度的非 线性的汽车模型。 对这种多自由度汽车模型的利用，只有依靠计算机进行数 值分析，因此这种分析就不能像简单模型的理论分析那样，能得 到普遍适用的结论，而必须针对具体车型而给出有针对性的个别 适用的结论。
前轮摆振
假设
在二自由度模型假设前三条基础上，还有如下两点：
⑴ 忽略转向轮绕主销转动与整车运动及自身滚动间的藕合 效应，忽略转向盘至转向轮之间传动部件的惯性及阻尼； ⑵ 认为侧倾轴近似处于水平位置，悬架弹性处于线性范围。
2009-10-19
怎样确 定的？
实际上呢？ 为什么？
13
第四章
汽车横向动力学
m s (& υ + V ⋅ γ ) =∑ F Ix p &= ∑ M x
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6
第四章
汽车横向动力学
& ms V −υ ⋅γ = ms (& υ +V ⋅γ ) =
(
) ∑F
∑F
x
y
∑M I γ& = ∑ M
&= Ix p
z
x z
& ms ( υ +V ⋅γ ) = & Izγ = ∑Mz
1 2 1 1 2 2
∑F
y
其中：
∑Fy= F y+ F y= Kα α + Kα α ∑Mz= LaFy − LbFy
2009-10-19
18
第四章
汽车横向动力学
半径为15～20m
1. 稳态回转
评价指标：中性转向点的侧向加速度、不足转向度和车厢侧倾度。 ① 中性转向点的侧向加速度
前、后桥侧偏角差与侧向加速度关系曲线上，斜率为零 处的侧向加速度。
② 不足转向度 前、后桥侧偏角差与侧向加速度关系曲线上侧向加速度 值为2m/s^2处的平均斜率。
ζ 稳定时间
t
17
第四章
汽车横向动力学
转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应：等速直线行驶，急剧
转动转向盘，然后维持转角不变，即对汽车施以转向盘角阶跃 输入，汽车经短暂的过渡过程后进入等速圆周行驶工况。 转向盘角阶跃输入下的瞬态响应：等速直线行驶和等速圆周 行驶两个稳态运动之间的过渡过程所对应的瞬间运动响应。 稳态转向特性：不足转向、中性转向、过度转向。转向盘保 持一个固定转角不变，缓慢加速或以不同车速等速行驶时，不 足转向的汽车转向半径逐渐增大，中性转向的汽车转向半径不 变，而过度转向的汽车转向半径逐渐减小。
&− ( I y − I z )qγ = ∑ M x Ix p &− ( I z − I x ) pγ = ∑ M y Iy q I zγ& − ( I x − I y ) pq =
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V
υ
p
x
q
y
& ms (V −υ ⋅γ )= ∑Fx & ms ( υ +V ⋅γ ) = ∑Fy
r )ϕ &β) = −(Df + Dr ) p − (Cϕ1 + Cϕ2 − MS gh IX p r − MS hV(r + &+ IXZ&
& & Iwδ +CWδ = CS (
a V b Y2 = k2 (β − r − Erϕ) V ϕ &= p
δ SW −δ) −Y1ξ1′ i
Y1 = k1(β + r −δ − Erϕ)
1 2
前后轮胎侧偏角:
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第四章
汽车横向动力学
V
V 1
V2
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第四章
汽车横向动力学
& ms V −υ ⋅γ = ms (& υ +V ⋅γ ) =
(
) ∑F
∑F
x
y
∑M I γ& = ∑ M
&= Ix p
z
x z
& ms ( υ +V ⋅γ ) = & Izγ = ∑Mz
11
第四章
汽车横向动力学
三、三自由度模型
当汽车不是匀速前进时，则x方向会有运动， 如加速或减速 情况下的转向运动，其运动方程为：
& ms (V −υ ⋅γ )= ∑ Fx ms (& υ + V ⋅γ ) = ∑ Fy
∑M I γ& = ∑ M
&= Ix p
z x
& ms (V −υ ⋅γ )= ms (& υ +V ⋅γ ) =
υ
V
B1
u
Lb La
X
α 12 δ 2
u1 = u2 = u
B u11 = u1－ 1 γ
u12 = u1 +
ν1 =ν + aγ ν2 =ν −bγ
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B1
2
2
u 21 = u 2－
B2 B2
2 2
γ
γ
γ
u 22 = u 2 +
ν 11 = ν 12 = ν 1
ν 21 = ν 22 = ν 2
2009-10-19 16
第四章
汽车横向动力学
下面我们了解一下汽车操纵稳定性几种试验及其评价指标，该 试验借助ADAMS软件仿真完成。
汽车时域响应分为稳态响应和瞬态响应。
？
r1
T
r0
r (t )
0.95 r0
1.05 r0
r1 × 100 % 超调量 r0
η ε
η 反应时间
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ζ
ε 滞后时间
V
υ
p
x
q
y
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第四章
M
MS
汽车横向动力学
整车质量 悬架上质量 前轮侧偏刚度 后轮侧偏刚度
前悬架弹簧侧倾刚度 后悬架弹簧侧倾刚度
IX IZ
IXZ
悬架上质量对车辆坐标系X轴的转动惯量 整车绕车辆坐标系Z轴的转动惯量
悬架上质量对车辆坐标系X轴、Z轴的惯性积
Cϕ1
k1 k2
IW
h ξ 1′ ξ1 ξ2
Ef
第一章
绪
论
汽车系统动力学的研究内容
1.
轮胎动力学
建立汽车纵向动力学、横向动 力学、垂向动力学的运动方程 和数学模型，分析汽车的加速 性能、制动性能、操纵稳定性 和平顺性及性能的评价、主要 影响因素和改善，并研究各种 控制方法。
2. 汽车纵向动力学 3. 横向动力学
4. 垂向动力学
5. 多刚体动力学
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两转向轮绕各自主销转动惯量之和 悬架上质量质心至侧倾轴距离 前轮侧向力对主销轴的力臂 前轮轮胎拖距 后轮轮胎拖距 前悬架侧倾转向系数 后悬架侧倾转向系数 转向轮绕主销的阻尼系数 转向系传动比
15
Cϕ 2
CS Y1 Y2
p
Df
转向系综合刚度 前轮侧向力 后轮侧向力 车身侧倾角速度
后悬架侧倾阻尼系数 前悬架侧倾阻尼系数
∑M
z
&= Ix p & Iz γ =
∑M ∑Mz
x
5
第四章
汽车横向动力学
二、两自由度汽车模型(即角位移输入下的响应 )
汽车只作平行于路面的平面运动，并考虑了轮胎侧偏特性。 假定：
1）汽车无垂直方向运动，也无绕y轴和x轴的俯仰和侧倾运动；
2）汽车作等速运动，不考虑切向力和空气动力的作用； 3）忽略转向系统影响，直接以前轮转角作为输入； 4）不考虑左右车轮由于载荷变化引起轮胎特性变化和回正力矩 的作用。 两轮摩托车模型具有侧向和横摆运动两自由度，则横向运动 方程可简化为：
安全性。
2009-10-19
请看动画吧！
2
第四章
汽车横向动力学
4.1 汽车转向系统数学模型
一、 自由度分析 二、 二自由度汽车模型 三、 三自由度模型 四、 四自由度汽车模型 五、 多自由度汽车模型
主 要 内 容