汽车操纵稳定性仿真

图11
得到转向时松油门的转向盘的转弯实验转角时域图：
图11
从图11可以看出车辆稳定运行与车辆在稳态运行时突然收油门车辆运行情况的区别，可以看出收油门后车辆转弯半径不断减小。
然后得到油门开度请求数据与时间图：
图12
可以看出，0~10s油门开度从增加到趋于稳定，25.6s之后，松开油门，油门开度为0.
4.弯道收油门仿真
侧偏最常见于汽车转弯。汽车转弯时，前后轮都会产生侧偏角。如果前后轮侧偏角相等，则汽车实际转弯半径等于方向盘转角对应的转弯半径，称为“中性转向”；如果前轮侧偏比后轮大，汽车实际转弯半径大于方向盘转角对应的转弯半径，称为“不足转向”；如果后轮侧偏比前轮大，汽车实际转弯半径小于方向盘转角对应的转弯半径，称为“过度转向”。
图5
得到的时间——角度曲线为；
图6
得到的时间——速度曲线为：
图7
得到的时间——加速度曲线为：
图8
从图6中可以得到，在10s时驾驶员松开手让汽车回正，大概2.5s之后达到新的稳态，速度也逐渐稳定。在2.5s后加速度还很明显，但是越来越小，大概5s后到达新的稳定状态。
3.松油门转弯仿真
该仿真试验车辆在稳态回转时突然抬起油门踏板，使油门开度为0；然后以设定的角速度继续向回转圆内转向直至汽车的纵向速度小于2.5 m/s。仿真分为两个阶段执行，第一阶段在圆环形车道上将车辆加速，使车辆产生设定的侧向加速度，作为松油门转弯试验前的稳态条件；第二阶段关闭油门，发动机怠速或反牵引转速，然后以设定的角速度转动方向盘使汽车的回转半径逐步减小直到仿真结束。
弯道收油门仿真仅实验在稳态回转时油门突然关闭对车辆运动的影响。在关闭油门时，可以设置方向盘锁定或由驱动器调节转向值维持原转弯半径。从这种仿真中，我们可以得到车辆的性能参数有航向偏移、纵向减速度、侧滑角、横摆角、倾斜角等。弯道收油门仿真对回转半径的变化比较敏感，仿真收油门动作执行到5s结束。
设置半径为15m，仿真之后得到的轨迹如下图：
设置的试验参数如下：稳态回转侧向加速度为0.65g，稳态回转半径20m，第二阶段的转角延时量20，转向角速度60deg/s，模拟之后得到的图像为：
图9
图10
当汽车的油门关闭时，发动机怠速或反牵引转速，然后以设定的60deg/s的角速度转动方向盘，使转弯半径逐渐减小直到仿真结束。
在做仿真曲线的时候，纵坐标为驾驶员的转向请求数据，反映转向器的力的需求采用斜坡控制，是一个便于控制计算的相对值，与转向轮的最大最小扭矩相适应。约在2s后趋于稳定，10s后关闭油门，得到如下曲线：
实验
一．实验目的
1.了解和掌握汽车操作稳定性实验条件、试验规程、数据实验方法以及实验仪器设备。
2.熟悉掌握Adams/Car软件的应用并能实际操作完成汽车操控性仿真的全过程。
二．实验器材
Adams软件、计算机一台
三．实验结果与分析
1.定转弯半径仿真
汽车在行驶过程中，由于路面的侧向倾斜，侧向风或者曲线行驶时的离心力等的作用，车轮中心沿车轴方向产生一个侧向力F。因为车轮是有弹性的，所以，在侧向力F 未达到车轮与地面间的最大摩擦力时，侧向力F 使轮胎产生变形，使车轮倾斜，导致车轮行驶方向偏离预定的行驶路线。这种现象，就称为汽车轮胎的侧偏现象。汽车轮胎的中心线，在侧向力F 的作用下，与车轮平面错开了一定距离，而且有一个倾斜角，这个倾斜角，就叫做汽车轮胎的侧偏角。
在设置转弯半径28m，车辆以10km/h的初速度加速到120km/h时，汽车行驶到最后阶段失去控制，脱离预先设计好的圆形轨道。其行驶轨迹如下图所示;
图1
从图中我们可以看出，汽车在行驶大概一圈的时候冲出轨道，且距离圆心随着时间增长越来越远。这是由于随着速度的不断增加，汽车所受到的侧向力不断变大，当地面的摩擦力不足以平衡侧向力时，汽车便会失去控制。从图中可以看出，在汽车达到120km/h时候汽车已经偏原来的轨道很大一段距离。
得到的蛇形轨迹如下所示：
图16
处理后得到车辆横摆角随时间的曲线：
图17
然后对曲线取绝对值入下：
图18
从曲线可以看出车辆绕标杆多次穿越行驶的过程，其横摆角度大小与方向呈周期性变化。
处理后得到的车辆侧倾角的曲线（已取绝对值）：
图19
从图中可以看出，刚开始时，侧倾角变化的幅度和频率比较大，后来慢慢趋于平稳。考虑到车辆侧倾角的影响因素主要为：前后轴左右两侧的车轮垂直载荷发生变化；由于悬架导向杆系的运动及变形，外倾角将随之变化；车身侧倾时悬架变形，悬架导向杆系和转向杆系发生运动及变形。侧倾角趋于稳定可能是因为汽车蛇形行驶时，逐渐适应那种情形而产生相应的阻尼力。
在这实验的基础上，改了一下数据，设置转弯半径20m，出事加速度0.1m/s^2最终加速度为4m/s^2，得到了以下曲线：
图2
图3
从图中，我们可以得到，汽车在设定好的轨道中良好运行，没有冲出跑道。再上一个控制速度的实验中，所得到的最终加速度的大小大概为5.5g，而控制加速度的实验中，所得到的最终加速度大小为0.4g，明显小于前者，因此猜想，当汽车的加速度比较大时，汽车比较容易冲出跑道
四．实验总结
经过本次实验，我进一步了解了Adams car的基本功能，并更好掌握了它的一些操作流程，为后续工作打下了较好的基础。转角随时间变化的曲线为：
图15
从图中可以看到，5s的时候油门开度达到最大，5~10s趋于平稳，10s时候突然松油门，油门开度瞬间为0。从方向盘转角可以看出2s左右开始打方向盘，4s左右方向盘的转角稳定在260°左右。
5.蛇形穿越
蛇形穿越原指在路面上直线竖立一系列的标杆，让汽车在两侧多次变速穿越行驶。为了在软件中实现，首先必须制定路径和车速。为了简化起见，用事件模拟器建立事件后再进行文件驱动仿真。
为了证实以上猜想，设定转弯半径20m，初始加速度0.01g，最终加速度5g，得到以下实验曲线：
图4
从曲线中可以发现，与控制速度基本一致，因此猜想正确。
2.回正性仿真
在Adams的回正性仿真模拟中设置参数，变速器的档位为3，触发制动时侧向的加速度为0.3g，试验车速为60km/h，引道长度为20m，得到汽车行驶的轨道。