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2007版ASCL汽车运动动力学实时仿真模型理论手册吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室二○○七年六月ASCL汽车运动动力学实时仿真模型理论手册目录第一章引言 (1第一节动力学模型概述 (1第二节数学模型 (2第二章驾驶员输入信号 (4第三章制动系方程[1][2] (5第一节轿车制动系统简介 (5第二节基于制动总成特性的制动系统模型 (6一制动踏板力—制动管道压力模型 (6二制动管道压力—车轮制动力矩模型 (6第三节基于stick-slip摩擦理论的制动力矩算法 (7 第四章传动系模型[3][4] (10第一节发动机模型 (11一发动机负荷特性建模 (11二发动机动力学模型 (12三发动机反拖扭矩和附件损失扭矩模型 (12第二节离合器动力学模型 (13第三节变速器动力学模型 (19一变速器输入轴的动力学模型 (19二变速器输出轴动力学模型 (20第四节驱动桥的动力学模型 (22第五节车轮旋转动力学模型 (24第五章车体方程[5] (26第一节车体受力分析 (27第二节车体上任一点及车体质心的加速度 (28第三节货载质量上任一点及货载质心的加速度 (29 第四节车体绕车辆系各轴的惯性力矩 (30第五节货载绕车辆系各轴的惯性力矩 (31第六节车体位置及方位变化速度的计算 (32第六章转向系统方程[6][7][8] (51第一节转向系统力输入模型 (51一转向系统弹性力计算 (52二方向盘回正力矩的计算 (53三动力转向特性的描述 (53四转向齿条动力学方程 (54五转向系干摩擦 (54第二节轮轴绕主销旋转动力学[6] (56第七章轮轴方程[9][10][11] (59第一节轮轴方程中所用坐标系 (59第二节轮轴位置和姿态的确定 (61第三节轮轴动力学方程 (61一右前轮轴上任一点及轮心的加速度 (62吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室二右前轮轴绕车体坐标系各轴的惯性力矩 (63 三右前轮轴的六个动力学方程 (64四左前轮、右后轮及左后轮的动力学方程 (64 五轮轴相对车体跳动量的确定 (64第五节考虑胎体弹性的刚性环瞬态模型[7] (64 一车轮的模型简化 (65二刚性环运动学方程 (65三刚性环静力学方程 (66四刚性环动力学方程 (66第六节 UniTire稳态模型[8] (67一 UniTire模型的输入与输出 (67二 UniTire模型的计算公式 (67第七节接地印迹块动静摩擦分离模型 (72第八章悬架方程 (74第一节悬架静力学方程 (74第二节悬架垂直力方程 (76第三节悬架运动学方程 (79一右前悬架约束方程 (79二右前悬架速度约束方程 (82三右前悬架加速度约束方程 (83第九章道路信息输入模块 (87第一节接地点坐标的确定 (88第二节接地点法向量的确定 (89第三节适应于非水平路面的轮胎坐标系的确定 (89 第四节阶梯效应解决算法 (90第十章空气力方程 (92第十一章碰撞力方程 (95第一节碰撞力的计算以及施加时间的分析 (95第二节碰撞力在车体上的作用 (96第十二章模型的计算方法 (98第一节车辆模型实时积分算法 (98第二节增量式欧拉坐标变换算法 (99一定义坐标系及相应的欧拉角 (99二汽车姿态角的计算方法 (100第三节整车动力学静平衡算法 (102参考文献 (103吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室第一章引言第一节动力学模型概述本报告描述了汽车动态模拟国家重点实验室(ASCL建立的四十二自由度汽车动力学实时仿真模型,该模型适用于一般轿车,经修改也可适用于其它具有前轮转向、前轮(或后轮驱动并具有独立悬挂的四轮汽车。
车辆方向盘模块动力学建模
车辆方向盘模块的动力学建模是一个复杂的过程，需要考虑多个因素，包括转向系统的机械结构、驾驶员的操作输入以及车辆的运动状态等。
下面是一个简单的车辆方向盘模块的动力学建模示例：
1. 建立方向盘转角与车轮转角之间的关系模型
方向盘转角与车轮转角之间的关系可以通过转向机构的几何关系来确定。
一般情况下，方向盘转角与车轮转角之间存在一个比例关系，同时还会受到转向系统的传动比、齿轮减速比等因素的影响。
2. 考虑驾驶员的操作输入
驾驶员的操作输入可以通过方向盘的转矩来表示。
方向盘的转矩大小和方向会影响车辆的转向行为。
在建模过程中，需要考虑驾驶员的手部力量、转向速度以及方向盘的摩擦力等因素。
3. 车辆的运动状态
车辆的运动状态包括车辆的速度、加速度以及航向角等。
这些因素会影响方向盘的操作感受和车辆的转向行为。
在建模过程中，需要考虑车辆的惯性、悬挂系统以及轮胎的附着力等因素。
4. 模型验证和优化
建立动力学模型后，需要通过实验数据或者数值模拟来验证模型的准确性。
如果模型的预测结果与实际情况存在较大的偏差，需要对模型进行优化和改进。
总之，车辆方向盘模块的动力学建模需要考虑多个因素，包括转向系统的机械结构、驾驶员的操作输入以及车辆的运动状态等。
通过建立准确的模型，可以更好地理解车辆的转向行为，为车辆的设计和控制提供参考。
对汽车动力性建模设计的国内外研究现状汽车产品开发中，客观评价和主观评价的全数字化仿真是汽车动力学模型的发展趋势之一，对于ISO等标准试验的客观评价工况，商用动力学软件已经能够较好的仿真，并且广泛用于汽车的稳态性能开发。
为实现汽车主观评价的仿真，国际上提出了驾驶模拟器进行主观评价的方法，避免了对于驾驶员的建模。
然而嵌入驾驶模拟器的动力学模型目前不能有效仿真汽车动态过程，本文研究了面向汽车主观评价的实时动力学建模关键问题以及实现该模型的方法。
面向主观评价的动力学模型需要仿真精细的全工况的动态过程。
提出模型需要实现全工况仿真、反映稳态工况间的迁变过程、描述动态过程的精细化建模以及完备自由度建模。
针对建模方法和各子系统特点，在建模过程中应重点考虑以下几个问题：隔离解耦的动态子系统，转向和车轮静动摩擦模型，完备的转向系统模型，面向非水平路面的动态车轮模型，基于总成特性的悬架模型，全工况的动力传动模型，本文重点探索了子系统隔离解耦方法、基于总成特性的悬架模型，全工况的动力传动模型。
基于结构的转向系统模型包含阿克曼转向机构边界力输入、转向系统的弹性环节、摩擦环节描述三部分。
建立了齿轮齿条式转向系统模型，实现了阿克曼转向机构力输入、转向静动摩擦力建模以及转向系统弹性，取代了转向系统原有的正向计算运动、逆向计算力矩的模型，实现了完备转向系统建模。
模型具备仿真车辆抵抗转向盘上微小干扰输入和道路不平扰动的能力以及中心区转向等特性，能较为精确计算方向盘的回正力矩。
动态车轮模型将车轮系统简化为轮辋和刚性环，两者通过六向弹簧阻尼器连接，构建起由轮辋和刚性环组成的动力学系统。
车轮的滑移率由轮心和刚性环接地印迹的相对运动动态计算得到。
轮辋和刚性环之间加入静动摩擦模型，车轮在低于某个运动状态使其停车。
轮胎与路面间的动摩擦力学特性采用UniTire轮胎模型，实现了多工况高精度的仿真。
主观评价在汽车产品开发阶段只能用驾驶模拟器评价，要求动力学模型实时仿真；与性能模型相比，面向主观评价的模型仿真频带更高，产生刚性微分方程，同时动力学模型向基于结构的模型发展，涉及到关键硬点的计算；接触模型，迟滞模型，摩擦模型，导致计算量大，需要多速率积分；以上四个问题都使得应用于驾驶模拟器的实时动力学模型需要进行子系统分解。
汽车转向系统回正力矩模型的比较及仿真研究杨翔宇;吕世明;李楠;徐腾飞【摘要】在汽车转向系统中电动助力转向系统已经成为研究的重点,其中,回正力矩模型的建立则是一个核心问题.根据回正力矩产生的原理,选择了Mitschke模型、回正力矩半经验模型、Reimpell模型三种典型的回正力矩模型,通过改变模型中轮胎的侧偏角和垂直载荷,对回正力矩大小进行对比.对比结果表明,在相同情况下三种模型回正力矩逐渐增大,且回正力矩随着侧偏角和垂直载荷的变化而改变.通过仿真对比分析确定了适合不同轴距和整备质量的汽车电动助力转向系统回正力矩基础模型.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】5页(P258-262)【关键词】电动助力转向系统;回正力矩;侧偏角;垂直载荷【作者】杨翔宇;吕世明;李楠;徐腾飞【作者单位】重庆理工大学机械工程学院,重庆400054;重庆理工大学车辆工程学院,重庆400054;重庆理工大学车辆工程学院,重庆400054;重庆理工大学车辆工程学院,重庆400054【正文语种】中文【中图分类】TH16汽车的回正性能表征了汽车从曲线行驶自行回复到直线行驶的能力，是汽车操纵稳定性和转向性能的一个重要评价指标并且关乎汽车驾乘人员的舒适性和安全[1-2]。
如今汽车已朝着节能环保的方向发展，汽车转向系统也由机械转向系统向电动助力转向发展[3]。
由于结构发生了变化，转向系统的回正性能也有相应的一些变化。
在机械转向系统和液压助力转向系统中，路面和轮胎之间产生的回正力矩可以通过转向系统的机械连接传递到转向机构中使车轮回正。
在电动助力转向系统中，当驾驶员完成转向松开方向盘过后，转向ECU根据转向力矩和方向盘转角等信号判断汽车是否需要回正。
若需要回正，则电池提供一定的电流给助力电机使其产生一个扭矩使车轮反转，以达到回正的目的。
但具体应当提供多大的回正力矩这仍然是值得研究的一个重点，对于电动助力转向回正力矩的建模应当基于机械转向系统和液压助力转向系统进行设计，从回正力矩产生的原理入手。
基于Catia的转向力矩波动仿真及相位角设计刘忠侦; 庄英武; 宋俊良; 姜旭春【期刊名称】《《汽车实用技术》》【年(卷),期】2019(000)024【总页数】4页(P82-84,114)【关键词】转向管柱; 中间轴; 相位角; 力矩波动; Catia【作者】刘忠侦; 庄英武; 宋俊良; 姜旭春【作者单位】恒大恒驰新能源汽车研究院(上海)有限公司上海 201600【正文语种】中文【中图分类】U467中间轴作为转向系统传动机构中的基本部件，它起着将转向管柱力矩传递给转向器的桥梁作用，而中间轴一般采用双十字轴万向节的结构[1]。
由于中间轴采用十字轴万向节结构，为非等速传动，因此会产生传动力矩波动。
该波动影响驾驶员对转向系统的主观感觉，引起驾驶员的不舒适和疲劳，给驾驶带来潜在危险[2]，也影响着传动部件的寿命。
特别地，如果该力矩波动在转向盘中心位置左右不对称，将严重影响驾驶员的驾驶感，如图1所示曲线。
因此，前期转向系统设计开发时，需规避这种问题，将力矩波动控制在一定范围内，并通过中间轴相位角的布置，使力矩波动的波谷置于舒适位置。
对转向系统力矩波动的研究，在不少资料都有体现，方法手段也各有差异，有的采用Adams，有的采用Matlab。
但采用此两个软件分析，不能很好地对相位角进行调整布置。
随着企业越来越普及Catia，利用Catia对转向系统进行力矩波动分析将非常便利。
本文介绍Catia作为力矩波动分析手段，及对比其分析的可信度，并介绍如何调整中间轴十字轴万向节布置，使力矩波动波谷处于转向盘中心位置。
转向管柱带中间轴一般为三段式结构。
为保证传动平滑，必须给中间轴赋予一定的相位角。
在评价中间轴相位角时，我们可以这样考虑：当其等效夹角取得最小值的时候，设定的中间轴相位角是最优的相位角（中间轴下端的十字叉相对中间轴上端的十字叉顺时针转过角度ψ，观察方向从驾驶室端至转向器），下面按照等效夹角计算力矩波动情况。
汽车转向系统的力矩波动研究与优化
田耀霁;金智林;王超;陈春华
【期刊名称】《轻型汽车技术》
【年(卷),期】2017(0)1
【摘要】汽车转向力矩波动大会降低驾驶舒适性.为减少汽车转向力矩波动,本文以齿轮齿条式转向系统为研究对象,在尽可能减少原方案变更的前提下,应用三维建模软件CATIA建立转向系统的硬点结构模型;推导了力矩波动的原理公式,分析了影响转向力矩波动的重要因素;根据分析结果,分别设计了优化转向轴参数和优化转向机参数两种转向力矩控制方法,结果表明该两种方法均能使转向系统的力矩波动减小至1％以内,有效提升驾驶舒适性,保障驾乘安全.
【总页数】5页(P33-37)
【作者】田耀霁;金智林;王超;陈春华
【作者单位】南京航空航天大学车辆工程系;南京航空航天大学车辆工程系;南京航空航天大学车辆工程系;南京东华汽车转向器有限公司
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于ADAMS/View的汽车转向系统力矩波动优化设计
2.基于MATLAB的汽车转向系统力矩波动优化
3.基于Adams/Car汽车转向系统力矩波动优化分析
4.基于Adams／Car汽车转向系统力矩波动优化分析
5.汽车转向系统力矩波动优化及仿真分析
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某轿车方向盘力矩脉冲输入试验发散原因分析陈孟春;卫宇轩;李文飞【摘要】针对某轿车方向盘力矩脉冲输入试验发散的问题,采用三自由度力输入操稳模型,解释了试验中存在的现象,分析了其发散原因.针对车辆发散的问题,提出了产品改进建议.【期刊名称】《汽车科技》【年(卷),期】2010(000)005【总页数】4页(P62-65)【关键词】方向盘力矩脉冲输入试验;系统发散;三自由度操稳模型;Routh判据【作者】陈孟春;卫宇轩;李文飞【作者单位】东风汽车集团股份有限公司,技术中心,襄樊,441004;东风汽车集团股份有限公司,技术中心,襄樊,441004;东风汽车集团股份有限公司,技术中心,襄樊,441004【正文语种】中文【中图分类】U463.46在汽车操纵稳定性的研究中，常把汽车作为一控制系统，求出汽车曲线行驶的时域响应与频域响应，并以一定的评价指标来表征汽车的操纵稳定性能。
汽车作为一控制系统，其系统输入有两种形式：方向盘角输入和力输入。
通常操纵情况下，这两种输入方式是同时施加于车辆系统的。
另外，车辆受到来自于风、路面坡度及路面不平度等持续的小干扰时，会对车辆系统施加一个作用力，这些小干扰对车辆系统的影响和力输入一样，可以使用本文中考虑方向盘转动惯量的“三自由度力输入操稳模型”进行分析。
1 问题力输入试验包括方向盘力矩脉冲输入试验和力阶跃输入试验，回正性试验就是一种方向盘力阶跃输入试验。
GB/T 6323.4-1994中介绍了低速、高速回正性试验方法，对于现代轿车来说，随着车速的逐渐提高，轿车的高速性能日益受到重视。
高速回正性试验方法，由于对试验圆广场的要求太大，国内大多数试验场无法满足试验场地要求，而方向盘力矩脉冲输入试验不需要圆广场，在较宽的直线场地上就可以进行。
方向盘力矩脉冲输入试验中，方向盘转矩输入和横摆角速度响应示意图见图1、图2。
图1 方向盘转矩时间历程曲线图2 横摆角速度时间历程曲线我们在方向盘力矩脉冲输入试验时发现某轿车存在以下问题：①车速80 km/h以上，安装测力方向盘，横摆角速度响应的第一峰值超过15°/s 后，车辆的横摆角速度响应发散（见图3）；车辆的横摆角速度的第一峰值小于13°/s后，车辆的横摆角速度响应收敛（见图4）。
