线性二自由度汽车操纵稳定性MATLABsimulink研究最新带音乐

10.16638/ki.1671-7988.2021.03.010基于MATLAB/Simulink的车辆转向稳定性的仿真研究马园杰，周旭（湖北汽车工业学院机械工程学院，湖北十堰442000）摘要：汽车的操纵稳定性是衡量汽车安全性最基本的指标之一，影响汽车行驶稳定性的基本因素主要有横摆角速度与质心侧偏角，将汽车简化为二自由度模型，建立关于横摆角速度与质心侧偏角的转向微分方程。

基于MA TLAB/Simulink软件建立仿真模型，对前轮转向与四轮转向典型的二自由度汽车模型进行仿真分析。

对比两轮转向和四轮转向的稳定性。

且四轮转向采用线控转向，将线控转向系统与四轮转向系统的优点结合起来，观察采用线控对汽车稳定性的影响。

关键词：二轮转向；四轮转向；横摆角速度；质心侧偏角中图分类号：TP391.9；U463.41 文献标示码：A 文章编号：1671-7988(2021)03-34-03 Simulation Research on Vehicle steering stability based on MATLAB/SimulinkMa Yuanjie, Zhou Xu（Department of Mechanical Engineering, Hubei University of Automotive Technology, Hubei Shiyan 442000）Abstract:Vehicle handing stability is the index to measure automobile safety. Yaw velocity and side slip angle are the basic factors that affect the vehicle handing stability. Simplify the car to two degree of freedom model. This paper establi -shed the differential equations of Yaw velocity and side slip angle. Using the MA TLAB/Simulinl to create the simulation model and analyze the stability of Vehicle steering system. Combine the advantage of the wire steering system with four wheel steering , Observe its effect on stability.Keywords: Two wheel steering; Four wheel steering; Yaw velocity; Side slip angleCLC NO.: TP391.9; U463.41 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)03-34-03前言随着人们对现代汽车安全性及操纵稳定性的关注，汽车行驶稳定性越来越成为人们备受关注的焦点。

基于Simulink的车辆两自由度操纵稳定性模型汽车操纵稳定性是汽车高速安全行驶的生命线，是汽车主动安全性的重要因素之一；汽车操纵稳定性一直汽车整车性能研究领域的重要课题。

本文采用MATLAB仿真建立了汽车二自由度动力学模型，通过仿真分析了不同车速、不同质量和不同侧偏刚度对汽车操纵稳定性的影响。

研究表明，降低汽车行驶速度，增加前后轮侧偏刚度和减小汽车质量可以减小质心侧偏角，使固有圆频率增加降低行驶车速还可以使阻尼比增加，超调量及稳定时间减少。

车辆操纵稳定性评价主要有客观评价和主观评价俩种方法。

客观评价是通过标准实验得到汽车状态量，再计算汽车操纵稳定性的评价指标，这可通过实车实验和模拟仿真完成，在车辆开发初期可通过车辆动力仿真进行车辆操纵稳定性研究。

1．二自由度汽车模型为了便于掌握操纵稳定性的基本特性，对汽车简化为线性二自由度的汽车模型，忽略转向系统的影响，直接一前轮转角作为输入；忽略悬架的作用，认为汽车车厢只作用于地面的平面运动。

2．运动学分析分析时，令车辆坐标系原点与汽车质心重合。

首先确定汽车质心的（绝对）加速度在车辆坐标系中的分量。

确定汽车质心的（绝对）加速度在车辆坐标系的分量 和 。

Ox 与Oy 为车辆坐标系的纵轴与横轴。

质心速度 1与t 时刻在Ox 轴上的分量为u ，在Oy 轴上的分量为v 。

2.1 沿Ox 轴速度分量的变化为：由于汽车转向行驶时伴有平移和转动，在t+△t 时刻，车辆坐标系中质心速度的大小与方向均发生变化，而车辆坐标系中的纵轴和横轴亦发生变化，所以沿x 轴速度分量变化为：()cos ()sin cos cos sin sin u u u v v u u u v v θθθθθθ+∆∆--+∆∆=∆+∆∆---∆∆考虑到Δθ很小并忽略二阶微量，上式变成:Δu-v Δθ，除以Δt 并取极限，便是汽车质心绝对加速度在车辆坐标系Ox 和Oy 上的分量为:2.2 二自由度动力学方程因此我们可以得出两自由度的基本操纵模型的运动方程:由于假设侧片刚度在线性区域，所以F y = -K αα（公式2） 在单轨模型中，前轮的侧向速度为v f =v+ar后轮的侧向速度为v r =v-br当α很小的时候，可以认为tan α≈α 所以：() 1 r yf yrz r yf yrm v uw F F I w aF bF +=+⎧⎪⎨=-⎪⎩（公式） 3r r r f u bw u u aw u ααδ-⎧≈⎪⎪⎨+⎪≈-⎪⎩（公式）12121221212112()()()()()r rZ r r k k ak bk m v uw k v w u u ak bk a k b k I w ak v w u u k δδ+-⎧+=--⎪⎪⎨-+⎪=--⎪⎩其中k 为前轮侧偏刚度为后轮侧偏刚度将转向输入δ作为系统的输入放在方程右边，并以状态空间方程的形式来表示，则可得到系统的运动方程为:2.3 转化成标准的状态空间方程转化为标准的状态空间方程为：()121212211212()()00()()z r r k k ak bk mu u um v v k I w w ak ak bk a k b k u u δ+-⎛⎫+ ⎪⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪+= ⎪⎪ ⎪ ⎪⎪-+⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎪⎝⎭11;;;r X AX BUv A P Q B P R X U w δ--=+⎛⎫=-=== ⎪⎝⎭其中输入矢量为()121222121211;()()()()010r z z z X AX BUY CX DU v X U w k k ak bk u mu muA ak bk a k b k I u I u k mBCD ak I δ=+=+⎛⎫== ⎪⎝⎭+-⎛⎫-+ ⎪⎪= ⎪-+ ⎪⎝⎭⎛⎫- ⎪⎪=== ⎪- ⎪⎝⎭其中M文件定义的参数值Simulink模型二自由度汽车Simulink模型横摆角速度阶跃响应2.4以状态方程建立的仿真图A=-inv(p)*QB=inv(p)*RC=[0 1];D=[0];得到的仿真结果如上图的阶跃响应结果一样，不再给出。

基于MATLAB的车辆两自由度操纵稳定性模型及分析汽车操纵稳定性是汽车高速安全行驶的生命线，是汽车主动安全性的重要因素之一；汽车操纵稳定性一直汽车整车性能研究领域的重要课题。

本文采用MATLAB仿真建立了汽车二自由度动力学模型，通过仿真分析了不同车速、不同质量和不同侧偏刚度对汽车操纵稳定性的影响。

研究表明，降低汽车行驶速度，增加前后轮侧偏刚度和减小汽车质量可以减小质心侧偏角，使固有圆频率增加降低行驶车速还可以使阻尼比增加，超调量及稳定时间减少。

车辆操纵稳定性评价主要有客观评价和主观评价俩种方法。

客观评价是通过标准实验得到汽车状态量，再计算汽车操纵稳定性的评价指标，这可通过实车实验和模拟仿真完成，在车辆开发初期可通过车辆动力仿真进行车辆操纵稳定性研究。

1二自由度汽车模为了便于掌握操纵稳定性的基本特性，对汽车简化为线性二自由度的汽车模型，忽略转向系统的影响，直接一前轮转角作为输入；忽略悬架的作用，认为汽车车厢只作用于地面的平面运动。

2 运动学分析确定汽车质心的（绝对）加速度在车辆坐标系的分量a a 和a a 。

Ox 与Oy 为车辆坐标系的纵轴与横轴。

质心速度a 1与t 时刻在Ox 轴上的分量为u ，在oy 轴上的分量为v 。

沿Ox 轴速度分量的变化为：()()cos sin cos cos sin sin u u u v v u u u v v θθθθθθ+∆∆--+∆∆=∆+∆∆---∆∆考虑到∆θ很小并忽略二阶微量，上式变成：除以∆t并取极限，便是汽车质心绝对加速度在车辆坐标系。

沿Ox 轴速度分量的变化为:u x r d d v u v dt dt a θω=-=-同理，汽车质心绝对加速度沿横轴oy 上的分量为：y rv u a ω=+二自由度动力学方程二自由度汽车受到的外力沿y 轴方向的合力与绕质心的力矩和为:1212cos a cos YY Y ZY Y b F F FM F Fδδ=+=-∑∑式中，a a 1,a a 2为地面对前后轮的侧向反作用力；δ为前轮转角。

Matlab中的稳定性分析与控制设计方法简介：Matlab是一种功能强大的数值计算和科学编程平台，被广泛应用于控制系统设计和分析领域。

本文将介绍Matlab中的稳定性分析和控制设计方法，探讨如何利用Matlab进行系统稳定性分析、控制器设计和性能优化。

一、系统稳定性分析1. 稳定性概念稳定性是控制系统设计中一个重要的指标，指系统在一定输入下是否趋向于稳定的状态。

在Matlab中，我们可以使用稳定性分析工具箱来分析系统的稳定性。

该工具箱提供了多种稳定性判据和计算方法，如时间响应法、频率响应法和根轨迹法等。

2. 时间响应法时间响应法是一种使用系统的输入信号与输出响应之间的时域关系来分析系统稳定性的方法。

在Matlab中，我们可以使用step()函数来绘制系统的阶跃响应图，并通过观察图形来判断系统是否稳定。

此外，还可以使用impulse()函数来绘制系统的冲击响应图，以进一步验证系统的稳定性。

3. 频率响应法频率响应法是一种使用系统的输入信号与输出响应之间的频域关系来分析系统稳定性的方法。

在Matlab中，我们可以使用bode()函数来绘制系统的频率响应图，该图显示了系统在不同频率下的增益和相位特性。

通过分析频率响应图，我们可以判断系统是否存在频率特性上的不稳定性。

4. 根轨迹法根轨迹法是一种使用系统的传递函数的零点和极点分布来分析系统稳定性的方法。

在Matlab中，我们可以使用rlocus()函数来绘制系统的根轨迹图，该图显示了系统的极点随控制参数变化时的轨迹。

通过分析根轨迹图，我们可以确定系统的稳定边界和稳定性。

二、控制器设计方法1. PID控制器PID控制器是一种常用的控制器设计方法，可以实现对系统的稳定性和性能进行调节。

在Matlab中，我们可以使用pidtool()函数来设计PID控制器。

该工具提供了可视化界面，可以通过调整参数来优化控制器的性能。

同时，Matlab还提供了pid()函数和tf()函数等用于创建PID控制器和传递函数模型的函数。

汽车操纵稳定性仿真-matlab————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：西安理工大学研究生课程论文/研究报告课程名称：车辆系统动力学控制与仿真课程代号：任课教师：傅卫平论文/研究报告题目：汽车操纵稳定性仿真完成日期：2010 年8 月12 日学科：车辆工程学号：0908020287姓名：杨佳丽成绩：汽车操纵稳定性仿真摘要：仿真技术日益广泛地应用于汽车工程领域，操纵稳定性研究越来越多地使用成熟的计算机仿真理论和高性能仿真软件进行分析研究，与辅助设计手段结合可直接指导和参与汽车设计参数的分析、优化与改进。

本文在两自由度单轨操纵模型基础上，利用MA TLAB对汽车的操纵动力学进行建模、仿真，并以别克轿车和法拉利跑车为例进行性能对比分析，得出了对比图形和分析结果。

关键词：MATLAB 操纵动力学仿真Simulation of Handing Stability of Vehicle Based on Matlab Abstract:Simulation is widely used in vehicle puter simulation theory and high-performance simulation software is more and more used for analysis and research in the study of Handing stability .And it also conbined with CAD are used in car design，such as parameters of analysis，optimization and improvement. In this paper，we can carry out Handing Dynamics modeling and carry on simulation on the basis of two degrees of freedom handing dynamic model.Then take buick and ferrari performance cars for example for analysis and comparative，then obtained contrast graphics and analysis results.Key words:MATLAB Handing Dynamics modeling Simulation1 前轮转向车辆的操纵性能计算机模型汽车匀速行驶时，只有沿y 轴的侧向运动与绕z 轴的横摆运动两个自由度。

《基于CarSim和Simulink的四轮转向汽车控制策略及其稳定性的研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，四轮转向技术因其能够提高车辆的操控性能和稳定性而受到广泛关注。

本研究旨在探讨基于CarSim和Simulink的四轮转向汽车控制策略及其稳定性。

首先，我们将简要介绍CarSim和Simulink软件在汽车仿真中的应用，然后详细阐述四轮转向汽车控制策略的研究背景、目的及意义。

二、CarSim和Simulink在汽车仿真中的应用CarSim和Simulink是两款广泛应用于汽车仿真领域的软件。

CarSim主要用于车辆动力学仿真，可以模拟车辆在实际道路上的行驶情况。

Simulink则是一款强大的控制系统设计工具，可用于设计和分析复杂的汽车控制系统。

两者结合使用，可以实现从车辆动力学模型到控制系统策略的完整仿真过程。

三、四轮转向汽车控制策略研究四轮转向汽车控制策略是提高车辆操控性能和稳定性的关键。

本研究将重点探讨以下方面的内容：1. 模型建立：首先，我们需要建立四轮转向汽车的动力学模型。

该模型应包括车辆的动力学特性、转向系统特性以及轮胎与地面之间的相互作用等因素。

2. 控制策略设计：根据四轮转向汽车的特点，设计合适的控制策略。

包括但不限于PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

这些控制策略应根据车辆的实际情况进行优化，以实现最佳的操控性能和稳定性。

3. 仿真分析：利用CarSim和Simulink软件，对不同控制策略进行仿真分析。

通过对比各种控制策略在不同工况下的表现，评估其优劣，为实际车辆的开发提供指导。

四、四轮转向汽车稳定性研究四轮转向汽车的稳定性是评价其性能的重要指标。

本研究将重点研究以下几个方面：1. 稳定性分析：通过建立四轮转向汽车的稳定性模型，分析车辆在不同工况下的稳定性表现。

包括直线行驶、转弯、侧风等工况。

2. 影响因素分析：探讨影响四轮转向汽车稳定性的因素，如车速、路面状况、轮胎特性等。

MATLAB线性系统稳定性分析实验四
实验目的
1、了解MATLAB的Simulink仿真环境
2、掌握了解MATLAB的Simulink仿真环境的基本操作
3、学习用了解MATLAB的Simulink仿真环境查看建立的模型的输出，并尝试修改模型
一、实验步骤
已知结构框图如下：
用MATLAB的Simulink仿真环境构造系统，看示波器输出，并在系统中加入PID算法，使系统更加稳、快、准。

二、实验结果
（1）在没加入PID调节环节之前，系统运行结果不稳定：
（2）加入比例环节之后，且比例系数为1.5时：
振幅越来越大
（3）修改比例系数为0.5时：
输出逐渐趋于平稳，但调节时间太长；（4）再加入微分算法：
系统输出最终趋于平稳，但调节时间太长，且有超调；（5）调节微分系数为3：
系统调节时间缩短，但仍然有超调
（6）加入积分环节，且系数为0.5时：
此时系统反应达到稳快准的要求
三、小结：
初始系统不稳定，加上比例调节之后，系统幅度变小，最终趋于平稳；在比例环节加上微分环节后，系统快速性变好；加上微分环节之后，系统达到稳快准。

《基于CarSim和Simulink的四轮转向汽车控制策略及其稳定性的研究》一、引言随着汽车工业的快速发展，四轮转向技术因其出色的操控性能和稳定性已成为现代汽车的重要特征之一。

为了深入研究四轮转向汽车的控制策略及其稳定性，本文将基于CarSim和Simulink 两款仿真软件进行相关研究。

首先，我们将对四轮转向技术进行概述，并阐述CarSim和Simulink在汽车仿真研究中的应用。

二、四轮转向技术概述四轮转向技术，即四轮均具备转向功能的汽车技术，能够显著提高车辆的操控性能和稳定性。

相比传统的两轮转向系统，四轮转向系统能够更好地适应不同路况和驾驶需求，提高车辆的灵活性和响应速度。

然而，四轮转向汽车的控制系统设计复杂，需要深入研究其控制策略和稳定性。

三、CarSim和Simulink在汽车仿真研究中的应用CarSim是一款功能强大的汽车仿真软件，可对汽车的动力性、制动性、操控性等进行仿真分析。

Simulink则是MATLAB的一个模块，具有强大的建模和仿真功能，可实现复杂的控制系统仿真。

两款软件在汽车研发中广泛应用，本文将基于这两款软件对四轮转向汽车的控制策略和稳定性进行研究。

四、四轮转向汽车控制策略研究1. 控制器设计：根据四轮转向汽车的特性，设计合适的控制器。

控制器应具备较高的响应速度和稳定性，能够根据驾驶需求和路况自动调整转向角度。

2. 控制算法选择：选择合适的控制算法是实现四轮转向汽车控制策略的关键。

常用的控制算法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

本文将对比不同算法在四轮转向汽车控制中的效果，选择最合适的算法。

3. 控制器实现：将选定的控制算法在CarSim和Simulink中进行实现，通过仿真分析验证控制策略的有效性。

五、四轮转向汽车稳定性研究1. 稳定性分析：通过CarSim和Simulink对四轮转向汽车的稳定性进行分析。

主要考虑车辆在不同路况、不同速度下的操控性能和稳定性，以及在突发情况下的响应能力。

《基于CarSim和Simulink的四轮转向汽车控制策略及其稳定性的研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，四轮转向技术已成为现代汽车研发的重要方向之一。

四轮转向系统通过控制前后轮的转向角度，可以提高汽车的操控性能和稳定性。

然而，如何设计有效的控制策略以实现四轮转向汽车的稳定性和操控性，是当前研究的热点问题。

本文将基于CarSim和Simulink软件，对四轮转向汽车的控制策略及其稳定性进行研究。

二、CarSim与Simulink软件介绍CarSim是一款专业的汽车仿真软件，可以模拟汽车在各种道路条件下的行驶情况。

Simulink是MATLAB旗下的一个工程仿真软件，可以用于建立复杂的动态系统模型，并进行仿真分析。

将CarSim和Simulink结合起来，可以实现对四轮转向汽车的建模、仿真和分析。

三、四轮转向汽车控制策略设计1. 控制策略的目标和原则四轮转向汽车的控制策略旨在提高汽车的操控性能和稳定性。

在设计控制策略时，应遵循以下原则：确保汽车的稳定性和操控性；提高汽车的响应速度和跟踪精度；降低能耗。

2. 控制策略的设计根据四轮转向汽车的特点，可以采用以下控制策略：（1）基于驾驶员意图的控制策略：通过分析驾驶员的驾驶意图，计算出前后轮的转向角度，使汽车能够按照驾驶员的意图进行行驶。

（2）基于模型预测的控制策略：通过建立汽车的动态模型，预测汽车在未来时刻的状态，并计算出最优的转向角度，使汽车能够稳定地行驶。

（3）智能控制策略：利用人工智能技术，如神经网络、模糊控制等，对四轮转向汽车进行智能控制，提高汽车的自适应能力和智能化水平。

四、基于CarSim和Simulink的仿真分析1. 建模与仿真利用CarSim和Simulink软件，建立四轮转向汽车的模型，并进行仿真分析。

在建模过程中，需要考虑汽车的动态特性、转向系统、悬挂系统等因素。

通过仿真分析，可以得出不同控制策略下汽车的操控性能和稳定性。

2. 结果分析通过对仿真结果的分析，可以得出以下结论：（1）基于驾驶员意图的控制策略可以提高汽车的响应速度和跟踪精度，但可能存在稳定性问题。

《基于CarSim和Simulink的四轮转向汽车控制策略及其稳定性的研究》篇一一、引言随着汽车技术的快速发展，四轮转向汽车因其在提高操控性能、稳定性及行驶安全性等方面的显著优势，受到了业界的广泛关注。

为深入探究四轮转向汽车的控制策略及其稳定性，本文结合CarSim和Simulink两款仿真软件，对四轮转向汽车的控制系统进行建模与仿真分析。

二、CarSim与Simulink的联合仿真1. 软件介绍CarSim是一款汽车动力学仿真软件，可以用于构建复杂的汽车模型并进行多体动力学仿真。

而Simulink则是一款多领域仿真建模与工程分析软件，可用于对汽车控制策略进行建模与仿真。

将这两款软件结合起来，可实现对四轮转向汽车的全局仿真。

2. 联合仿真过程在CarSim中构建四轮转向汽车的模型，设置相应的车辆参数和道路环境。

然后，将CarSim作为Simulink的外部模型，将两者进行联合仿真。

在Simulink中，建立控制策略模型，并通过对CarSim中的车辆模型进行实时控制，实现四轮转向汽车的仿真。

三、四轮转向汽车的控制策略1. 控制器设计四轮转向汽车的控制策略主要涉及到转向控制和稳定性控制两部分。

其中，转向控制主要通过调整各车轮的转角，实现车辆的灵活转向。

稳定性控制则主要通过实时监测车辆的行驶状态，对车轮的转角、制动力等进行调整，保证车辆的稳定性。

2. 控制策略的实现在Simulink中，通过建立控制器模型，实现对四轮转向汽车的控制。

控制策略主要包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等多种方法。

在实际应用中，可根据需求选择合适的控制方法。

四、四轮转向汽车的稳定性分析1. 稳定性评价指标四轮转向汽车的稳定性主要受到车辆动力学特性的影响。

为评估四轮转向汽车的稳定性，本文采用侧向加速度、横摆角速度、质心侧偏角等指标进行评价。

2. 仿真结果分析通过CarSim和Simulink的联合仿真，得到四轮转向汽车在不同工况下的行驶数据。

基于MATLAB的汽车操纵稳定性分析
包凡彪
【期刊名称】《西部交通科技》
【年(卷),期】2011(000)011
【摘要】文章利用MATLAB软件强大的计算能力和绘图功能,通过建立汽车操纵
稳定性分析模型,对汽车稳态响应和前轮角阶跃输入下的瞬态响应进行了求解分析。

结果表明：轮胎的侧偏刚度（绝对值）越大,汽车的操作稳定性就越好;横摆角速度
的固有频率越高越好;稳定性因素K应小于0,使汽车有适度的不足转向,有利于行车安全。

【总页数】5页(P75-79)
【作者】包凡彪
【作者单位】北京理工大学珠海学院,广东珠海519088
【正文语种】中文
【中图分类】U461.6
【相关文献】
1.基于Matlab/Simulink的四轮转向汽车操纵稳定性分析 [J], 郭子蒙;辛青青;张
万枝;杨兴;隋军鹏
2.基于ADAMS的电动汽车操纵稳定性分析 [J], 吕林; 王吉忠; 尘帅
3.基于ADAMS的电动汽车操纵稳定性分析 [J], 吕林; 王吉忠; 尘帅
4.基于频率响应特性的汽车操纵稳定性分析 [J], 张丽霞;郑超艺;潘福全;张文彩;刘
家琪
5.基于MATLAB/SIMULINK的车辆操纵稳定性分析 [J], 张泽民;王国林;周孔亢因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。