基于Matlab的客车转向侧翻稳定性分析(精)

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。

客车动态抗侧翻稳定性试验仿真研究的开题报告一、选题背景和意义近年来，交通事故频发，其中客车侧翻事故居高发地位。

客车侧翻事故的危害程度极高，不仅能造成严重财产损失，还会导致人员伤亡甚至死亡，严重影响着社会的安全和稳定。

因此，对客车动态抗侧翻的稳定性进行研究，寻找有效的预防和控制措施，对减少客车侧翻事故和减少交通事故的发生意义重大。

本文旨在对客车动态抗侧翻稳定性进行研究，在仿真实验中模拟客车侧翻情况，分析影响客车侧翻的因素，探索出对客车侧翻事故有效的预防控制措施，提高交通系统的安全性，为解决当前客车侧翻事故问题提供一定的理论基础和技术支持。

二、研究内容和研究目标1.研究内容（1）客车动态系统稳定性分析使用MATLAB/Simulink软件建立客车运动学模型，实现对客车侧翻时的稳定性分析。

（2）客车侧翻试验仿真建立客车侧翻试验仿真模型，对客车在不同路况、不同车速、不同载重条件下的侧翻稳定性进行仿真分析。

（3）预防和控制措施研究根据试验仿真结果，分析客车运行过程中的侧翻风险因素，探索对客车侧翻事故有效的预防和控制措施。

2.研究目标通过对客车动态抗侧翻稳定性试验仿真的研究和分析，达到以下目标：（1）了解客车动力学稳定性的变化规律，分析影响客车侧翻的因素。

（2）建立客车侧翻试验仿真模型，模拟客车在不同路况、不同车速、不同载重条件下的侧翻情况，探索客车侧翻的特征和规律。

（3）寻找有效的预防和控制措施，以降低客车侧翻事故的发生率，提高客车的安全性和稳定性。

三、研究方法1.客车动力学稳定性分析方法本文采用MATLAB/Simulink软件建立客车运动学模型，分析客车运动过程中的各种力学因素，探讨客车动态系统的稳定性变化规律。

2.客车侧翻试验仿真方法本文基于ADAMS软件建立客车侧翻试验仿真模型，模拟客车在不同路况、不同车速、不同载重条件下的运动情况，分析影响客车侧翻的因素，探索客车侧翻的特征和规律。

3.预防和控制措施研究方法本文通过客车侧翻试验仿真分析，分析客车运行过程中的侧翻风险因素，探索对客车侧翻事故有效的预防和控制措施，为提高客车的安全性和稳定性提供理论支持。

基于matlab的大客车操纵稳定性建模与研究近年来，大客车的操纵稳定性和安全性问题日益受到关注，针对这一问题本文提出了一种基于Matlab的大客车操纵稳定性建模与研究的方法。

首先，根据大客车的物理性能，构建了一个多模型的Matlab 仿真程序，其中包括大客车的物理运动模型和车辆操纵系统。

然后，对仿真程序进行了系统分析，探讨了大客车操纵稳定性的相关因素，以及操纵精度如何影响操纵稳定性。

最后，利用仿真实验，验证了Matlab仿真程序的准确性。

结果表明，基于Matlab的大客车操纵稳定性建模与研究方法是可行的。

1 Introduction随着交通运输业的发展，大客车在日常交通环境中发挥着重要的作用，但是它的操纵稳定性和安全性问题一直困扰着交通安全研究者。

因此，研究大客车的操纵稳定性是交通安全领域的一个重要课题。

为了解决这一问题，本文采用基于Matlab的建模和仿真方法，对大客车的操纵稳定性进行了研究。

2 Theory2.1 Model根据大客车的物理性能，构造了一个多状态的Matlab仿真程序，包括大客车的物理运动模型和操纵系统模型。

其中，大客车的物理运动模型由线性动力学方程组构成，可以描述大客车在水平面上的运动；操纵系统模型是一个简单的PID控制器，用于模拟大客车操纵过程。

2.2 Analysis通过对仿真程序进行系统分析，探讨了大客车操纵稳定性的相关因素，以及操纵精度如何影响操纵稳定性。

3 Experiment仿真实验用于验证模型的准确性以及车辆操纵稳定性。

仿真实验包括假想试验和实际试验。

在假想试验中，通过改变控制精度来检查大客车操纵稳定性的变化规律。

在实际试验中，使用实际数据来验证仿真结果的准确性。

4 Conclusion本文提出了一种基于Matlab的大客车操纵稳定性建模与研究的方法。

仿真实验表明，Matlab仿真可以准确描述大客车的操纵特性，揭示大客车操纵稳定性的内在规律，提供了有效的操纵稳定性分析技术。

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。

基于matlab的转向侧倾稳定性分析杜鹏;谢祥东;郭惊宇;韩龙;田江【摘要】主要对转向行驶时车辆的侧倾稳定性进行了分析,建立了转向数学模型,结合某车辆整车参数和路面附着条件进行了matlab仿真,得出了通过提高车辆抗侧倾性能来提高车辆行驶稳定性的方法.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2019(000)008【总页数】2页(P66-67)【关键词】转向;侧倾;matlab【作者】杜鹏;谢祥东;郭惊宇;韩龙;田江【作者单位】陕西重型车辆有限公司,西安 710200;陕西重型车辆有限公司,西安710200;陕西重型车辆有限公司,西安 710200;陕西重型车辆有限公司,西安710200;陕西重型车辆有限公司,西安 710200【正文语种】中文侧倾是指车辆在行驶过程中,绕坐标纵轴转动900或更大角度产生的一种极其危险的侧向运动。

车辆侧倾可分为两类，一种是曲线运动引起的侧倾；另一种是绊倒侧倾。

曲线运动引起的侧倾是指车辆在道路上行驶时，由于车辆侧向加速度超过一定限值，内侧车轮垂直反力为零而引起的侧倾。

车辆车身和质量比轿车等小型车大得多，而且其地板一般都比较高，在转向侧倾事故中，车身将向某一侧倾倒，车体结构变形可能侵入车厢内部，对驾驶员和乘客造成伤害。

而侧倾试验是较难实施，且成本较大，本文通过建立车辆侧倾数学模型，在Matlab中进行仿真来分析影响车辆转向行驶稳定性的因素，并通过设计保证车辆参数合理性。

1 车辆转向侧倾模型车辆在行驶过程中遇到弯道或避开障碍物时需要紧急转向，转向时车辆的质心绕转向瞬心C作圆周运动，如图1所示。

图1 车辆转向示意图在图1中，Rr为转向瞬心C到后内侧车轮的转向半径；Rf为转向瞬心C到前内侧车轮的转向半径；θ为车辆转向轮转过的角度；L为车辆的轴距；a为车辆质心到前桥距离；b为车辆质心到到后桥距离。

相互之间的关系如式（1）所示。

2 影响车辆侧倾稳定性的因素分析影响车辆侧倾稳定性的因素可分为两大类：一种是与整车设计参数有关；另一种与车辆行驶状态有关，如行驶速度、转弯半径以及路面附着系数等。

基于Matlab 的客车转向侧翻稳定性分析摘要：本文主要对客车转向行驶时的侧翻情况进行了研究，建立了客车在行驶过程中转向时的数学模型，推导出了稳态转向时客车侧翻临界车速的计算公式，并结合某客车结构参数和路面附着条件进行了仿真，得出了通过提高客车的抗侧翻性能来提高客车的行驶稳定性的方法。

关键词：客车；转向侧翻；稳定性分析；Matlab0 引言侧翻是指汽车在行驶过程中绕其纵轴转动900 或更大的角度，以至车身与地面相接触的一种极其危险的侧向运动。

汽车侧翻可分为两类：一是曲线运动引起的侧翻，二是绊倒侧翻。

曲线运动引起的侧翻是指汽车在道路（包括侧向坡道）上行驶时，由于汽车的侧向加速度超过一定限值，使得汽车内侧车轮的垂直反力为零而引起的侧翻[1]。

客车车身和质量比轿车等小型车大得多，而且其地板一般都比较高，在转向侧翻事故中，车体将向某一侧倾倒，与地面接触的侧围会产生变形，结构的变形可能侵入车厢内部，对乘客造成伤害[2]。

而侧翻试验是较难实施的且成本较大，本文通过建立客车侧翻的数学模型，在Matlab 中进行仿真来分析影响客车转向行驶稳定性的因素，从而为提高客车的操纵稳定性，在设计阶段保证客车结构参数的合理性，避免车辆行驶发生翻车事故奠定理论基础。

1 车辆转向侧翻模型客车的前后桥一般采用非独立悬架，在行驶过程中遇到弯道或避开障碍物时需要紧急转向。

转向时车辆的质心绕转向瞬心C 作圆周运动。

Rr 为转向瞬心C 到后内侧车轮的转向半径；Rf 为转向瞬心C 到前内侧车轮的转向半径；θ为汽车转向轮转过的角度；L 为汽车的轴距；汽车质心到前桥距离为a；汽车质心到到后桥距离为b。

2 车辆转向时的受力分析车辆在转向时，会使车身向外侧倾斜，Gs 为客车车身的悬挂质量受的重力；Gu1 为客车前桥的非悬挂质量受的重力；Gu2为客车后桥的非悬挂质量受的重力；Fyi1，Fyi2 分别为地面给转向内侧车轮的侧向附着力；Fyo1，Fyo2 分别为地面给转向外侧车轮的侧向附着力；Fzi1，Fzi2 分别为地面给转向内侧车轮的支撑反力；Fzo1，Fzo2 分别为地面给转向外侧车轮的支撑反力；Fsy 为客车车身的悬挂质量转向时产生的侧向力；Fuy1，Fuy2 为前后车桥非悬挂质量产生的侧向力。