大连理工大学
硕士学位论文
姓名：李刚
申请学位级别：硕士
专业：车辆工程
指导教师：于学兵
20040301
车辆模型转向盘角阶跃输入运动的仿真研究
华大影院摘要
操纵稳定性是汽车的重要使用性能之一。它表征着汽车的可操控性和抵抗外界干扰的能力，被称为“高速 车辆的生命线”。为此，汽车应具有良好的操纵稳定性。车辆操纵稳定性的理论研究主要以车辆模型的研究为主；工程中则通过动力学仿真软件对车辆的虚拟样机进行仿真分析。其中，理论研究是工程应用的基础。
本文首先详细的介绍了操纵稳定性的概念、评价指标和评价方法以及该领域国内外的研究状况；然后对二自由度车辆模型（侧向运动自由度和横摆运动自由度）和三自由度车辆模型（在二自由度模型的基础上加入侧倾运动自由度）进行了详尽的推导；之后，利用已有的车辆模型，编写Ｍａｔｌａｂ程序，对车辆模型进行了转向盘角阶跃输入运动的稳态响应和瞬态响应仿真，分析，提出了改善车辆操纵稳定性能的方法。最后，对工程中广泛应用的多刚体系统动力学仿真分析软件ＡＤＡＭＳ进行了简要介绍。
关键字：汽车；操纵稳定性；角阶跃输入；稳态；膀态；仿真
幸运心０前言
本论文是作者在大连理工大学动力系硕士期间的工作总结。三年的硕士生活即将成为记忆的财富，知识可以说是其中最宝贵的一笔。思想的充实的确是令人高兴的事，我不能说自己有了什么成就，但获得的思想却是我今后取得成就的奠基。
本论文做的是车辆模型转向盘角阶跃输入运动仿真的研究。本文是汽车操级稳定性方面的研究，作者首先努力将汽车操纵稳定性的知识做一个汇总，然后针对车辆模型作了一些讲述，主要的部分是作者利用车辆模型对车辆转向盘角阶跃输入所做的仿真。内容分三部分：第一部分是操纵稳定性基本知识（第一、二章）；第二部分是车辆模型的推导（第三、四章）：第三部分是利用车辆模型对车辆转向盘角阶跃输入所做的仿真（第五、六、七章）。作者希望读完本论文的人能有一种完整的感觉，要是还能觉得作者做出了一些新的东西，我将会感到无限欣慰。
于学兵副教授也就是我的导师，仔细阅读了本论文的初稿，并提出了很多修改意见，在此表示衷心的感谢。由于作者的水平有限，本论文一定存在许多欠妥之处，敬请读者不吝指正。
作者
２００４年３月机械毕业设计论坛
１绪论
１．１引言
当今世界汽车工业迅猛发展，汽车已经成为人们日常生活和工农业生产中不可缺少的重要交通运输工具。而随着汽车的普及，人们对汽车的要求也越来越高，在获得良好的动力性和经济性的同时，还要求汽车具有良好的操纵稳定性和行驶平顺性。对于这些要求，只有通过对汽车系统动力学的深入研究才能实现。在这一领域中，基础车辆动力学模型理论的研究和利用所得模型进行计算机仿真研究都显得十分重要。尤其在计算机工业离度发达的今天，在计算机上进行仿真分析是一种即现实又经济的方法。而我们所建立的汽车模型应该说也经历了一个从简单到复杂，从粗糙到精确的过程。这是因为汽车是一个包含惯性、弹性、阻尼等动力学特性的一个多自由度非线性连续体振动系统。而且由于组成汽车各机械子系统（如转向系统、悬架系统、轮胎等）之间的相互耦合作用，使汽车的动态特性非常复杂。耍想真实地描述汽车的动态特性，必须考虑尽可能多零件的运动，得到精确的数学模型。然而，太复杂的模型方程又给求解带来巨大困难，甚至得不到结果。因此，各国学者在这一领域中研究的传统方法是通过试验或人为地把汽车各予系统加以简化，抽取出能够代表系统或总成特性的本质因素，建立起较简单的数学、力学模型进行求解，并把求得
的结果用试验加以验证ｍ。经过学者们的努力，力学模型逐渐由线性模型发展
曾铁
到非线性复合参数模型（Ｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭｏｄｅｌ）；模型的自由度由两个自由度发展到十几个自由度。比较具有代表性的是：Ｄ。Ｊ．Ｓｅｇａｌ建立的十五自由度模型，美国密西根大学建立的十七自由度模型，ＭｉｃｈａｅｌＳａｙｅｒｓ建立的十八自由度模型。Ｄ．Ｊ．Ｓｅｇａｌ建立的十五自由度模型，这十五个自由度分别为：
簧载质量六个：沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动；
商标数据库前转向轮五个：上下跳动、绕主销的偏转、绕旋转轴的旋转；
后轮四个：上下跳动、绕旋转轴的旋转。
这些模型的共同特点是将整车简化成三个集中质量子系统：簧载质量（车身），前非簧载质量（前悬架、前轴、前轮总成），后非簧载质量（后悬架、后轴、后轮总成），并对轮胎和悬架的非线性特性进行了不同程度的简化描述。在对受力和运动综合分析的基础上，利用拉格朗日（Ｌａｇｒａｎｇｅ）或（Ｎｅｗｔｏｎ）力学方法建立动力学微分方程，然后在计算机上进行数值求解。模型中采用较少的易测量和易估计的复合参数来描述悬架特性，缩短仿真前处理时间，降低了测量悬架参数的难度，也避免了求解复杂的运动学、动力学方程。此外，选用不同的参数组就相当于改变了悬架形式，因而保证了模型的通用性。但是，这类模型中，许多总成是通过试验或人为地简化，用一组拟和参数来代替和表
一２一
>人文主义者
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