汽车稳定性控制方法仿真研究

摘要随着汽车技术的发展，用户对汽车性能的要求越来越高，汽车行业的竞争逐渐加剧。

在产品开发中采用虚拟样机分析的开发策略，已成为各大汽车公司缩短产品开发周期、减少产品开发费用、提高产品开发质量，从而提高竞争能力的主要做法。

以多体动力学为理论基础的ADAMS软件是由美国MDI公司开发的一种机械系统动力学分析软件。

目前己成为世界各主要汽车公司及其零部件供应商的主要动力学仿真软件。

利用ADAMS／Car软件，建立了包括前后悬架、转向、车身、动力总成、轮胎、路面等系统在内的整车多体动力学模型。

应用该模型进行了稳态回转、转向回正性、转向盘角阶跃输入、转向盘角脉冲输入、蛇行等仿真分析，同时还以操纵稳定性中的角阶跃试验为例，分别分析了汽车的质心高度、前后位置、前后悬架弹簧刚度和整车载荷等参数对操纵稳定性的影响。

仿真结果表明，该车具有良好的操纵稳定性，从分析来看质心略微前移汽车的操纵稳定性得到改善；而适当的降低质心高度、增加前后悬架弹簧刚度、和减少载荷，有利于整车的操纵稳定性。

关键词：ADAMS；仿真；操纵稳定性Simulation Analysis of Vehicle Handling Stability of Santana2000 Based on ADAMS/CarABSTRACTWith the development of the vehicle technology，and concerning about the car performance，the competition of the car industry becomes more and more intense．In the exploitation of the production，one of the main methods is to use the virtual prototyping technology to exploit the production of car，which may deeply shorter the competition ability，lessen the expenses，improve the quantity，and enhance the competition ability．Based on the multi-body dynamics theory exploited by Mechanical Dynamics，Inc，the ADAMS is a type of software of dynamic analysis of mechanical system．At present，many main car corporation and their accessory suppliers use the ADAMS an their main software of dynamic analysis of mechanical system．The article builds a whole vehicle model that contains suspension，stabilize bar, steering，body，powertrain，tires and road etc by using ADAMS／Car．Appling the full vehicle model，have performed Steady static circular test simulation，returnability test simulation，Steering wheel angle step input simulation，Steerwheel angle pulse input simulation，Pylon course slalom test simulation，and through triangular bump pulse input simulation test,several main factors are discussed in order to study the rule of vehicle parameters affecting on handing stability, including mass gravity center height, the location of center of mass, leaf spring stiffness and the load.The simulation results show that handing stability of the vehicle is good. From the analysis of the test, the centroid slightly forward is beneficial to handing stability. And suitably reducing the height of mass center, increasing front and rear leaf spring stiffness and load reduction can be improved handling stability performance.Key Words: ADMAS；Simulation；Handling Stability目录摘要 (I)ABSTRACT (II)引言 (1)1 绪言 (2)1.1 课题的研究背景 (2)1.2 课题研究的历史及发展现状 (3)1.2.1 车辆操纵稳定性研究历史及现状 (3)1.2.2 车辆动力学仿真技术发展及现状 (4)1.3 小结 (6)2 基于ADAMS/Car 的车辆建模 (7)2.1 ADAMS/Car 建模基本原理 (7)2.2 车辆仿真模型的相关参数 (8)2.3 前悬架模型的建立 (8)2.4 后悬架建立 (10)2.5 转向系模型的建立 (12)2.6 轮胎模型的建立 (13)2.7 车身模型 (15)2.8 动力模型的建立 (15)2.9 整车模型装配 (16)2.10 小结 (16)3 汽车操纵稳定性仿真试验及影响因素分析 (17)3.1 汽车操纵稳定性概述 (17)3.2 转向盘转角阶跃输入仿真试验 (18)3.2.1 车速为105km/h下的转向盘角阶跃输入仿真试验 (18)3.2.2 不同速度下转向盘角阶跃输入仿真试验 (20)3.2.3 不同弹簧刚度下转向盘角阶跃输入仿真试验 (21)3.2.4 不同质心高度转向盘角阶跃输入仿真试验 (24)3.2.5 质心前后位置转向盘角阶跃输入仿真试验 (25)3.2.6 满载与空载转向盘角阶跃输入仿真试验 (27)3.3 转向盘转角脉冲输入仿真实验 (28)3.3.1 汽车在105km/h下的转向盘转角脉冲试验 (28)3.3.2 不同速度下转向盘转角脉冲试验 (29)3.4 转向回正仿真试验 (31)3.5 稳态回转仿真实验 (32)3.6 蛇形仿真实验 (33)3.7 小结 (36)全文总结 (37)参考文献 (38)致谢................................................................................................ 错误!未定义书签。

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。

因此，ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ在汽车动力学分析和仿真上具有较好的应用前景。

２）当汽车具有不足转向特性时，稳态横摆角速度变化不大，而峰值（超调量）变化较大。

车速对汽车稳态转向特性的影响明显。

参考文献：［１］石博强，等．ＡＤＡＭＳ基础与工程范例教程［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００７．［２］邓亚东，等．ＡＤＡＭＳ在汽车操纵稳定性仿真分析中的运用［Ｊ］．武汉大学学报（工学版），２００５，３８（２）：９５—９８．［３］余志生．汽车理论（第４版）［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００６．［４］王国强，等．虚拟样机技术及其在ＡＤＡＭＳ上的实践［Ｍ］．西北工业大学出版社，２００２．［５］于海峰．基于ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ的悬架系统对操作稳定性影响的仿真试验研究［Ｄ］．大连理工大学硕士学位论文。

２００７．［作者简介】黄志刚（１９６６一），男（汉族），上海市人，博士，教授。

中国计算机用户协会仿真应用分会理事，主要研究车辆工程等；王丰（１９８２一），男（汉族），湖北荆门市人，硕士研究生，主要研究虚拟技术与仿真；朱慧（１９７３一），女（汉族），陕西西安市人，博士，副教授，主要研究图像处理等；王晶（１９７３一），女（汉族），浙江宁波市人，硕士，副教授，主要研究机械工程及自动化等。

（上接第２８３页）图６Ｍａｄａｂ仿真曲线５结论文中根据水泥工业中，分解炉的大时滞、大惯性、非线性的特点，用传统ＰＩＤ算法很难达到满意的控制效果。

文中介绍了一种新型复合型模糊预测控制算法，结合预测控制的预报功能和模糊控制在大偏差范围时响应较快的理想控制效果，相互切换，优势互补。

通过对三种控制策略在Ｍａｔｌａｂ中的仿真曲线进行比较，可得出如下结论：与单纯的模糊控制、预测控制相比，这种复合型模糊预测控制有较快的相应速度，超调更小，温度波动更小，控制效果更好。

另外，此复合型模糊预测控制系统原理简单，易于工程实际应用，适用于水泥等一类大时滞、大惯性的过程控制系统。

基于EPS控制策略的轿车整车操纵稳定性仿真分析及研究【摘要】本文介绍一种基于eps控制策略的轿车整车操纵稳定性仿真分析及研究，研究发现pid控制中的积分增益对微型汽车的方向盘力矩影响比较大，其他几个数值对方向盘力矩和整车的横摆角速度影响较小，这将对轿车整车操纵稳定性的研究提供很好的研究依据。

【关键词】eps 仿真分析研究试验汽车操纵稳定性是指汽车能正确执行驾驶员通过转向系及转向车轮给定的行驶信号，并且当汽车在行驶过程中遇到外界干扰时，汽车具有抵消干扰安全行驶的能力[1]。

汽车控制是靠驾驶员对转向系统的操纵而进行的，在一般的操纵条件下能够达到要求，但汽车处于恶劣工作状态或紧急状况时，汽车的控制往往比较困难，而绝大多数交通事故就发生在这种非理想的驾驶状况下，所以在这些工况下增加辅助控制以提高汽车操纵性、稳定性是十分必要的[2][3]。

1汽车操纵稳定性的评价方法1.1评价方法汽车的操纵稳定性要通过实验才能进行评定，这种评定有客观评价法和主观评价方法[4]。

主观评价方法主要是通过让评价人员去驾驶，然后让评价人员根据的自己的经验和驾驶感觉做一个主观上的评价，然后按照评分标准来对汽车的操纵稳定性进行评分，主观评价有定量评价和定性评价两种形式。

操纵负荷，转弯的稳定性直线行驶的能力，行车变道的可操作性等式主观评价的评价内容。

用测试仪器测出表征汽车行驶性能的一些数值，如横摆角速度，侧向加速度，转向力等来对汽车的操纵稳定性进行评价的方法是客观评价。

对系统进行试验的话，一般要采用主观评价和客观评价相结合的方式，以期对汽车的操纵稳定性做出最准确的评判[5]。

2 eps控制策略的参数对整车操纵稳定性影响的仿真分析2.1控制策略参数分析本文采用的控制策略是pid控制，所以主要研究pid控制策略里面三个增益值，比例增益（p）、积分增益（i）、微分增益（d）对操纵稳定性的影响pid控制的三个增益值，通过仿真调节得到：1.比例增益p在在仿真调节的过程中，p的数值在0.2～1.13之间超调量和反应时间是比较合适的，所以把比例增益p的范围取在0.2～1.13之间，本文所选的三个比例增益数值分别为0.2、0.6650、1.1300。

《基于ESP与ABS协调控制的汽车转向稳定控制研究》篇一一、引言汽车稳定控制技术作为现代汽车安全系统的重要组成部分，对提升驾驶安全性及稳定性起着至关重要的作用。

在汽车行驶过程中，电子稳定程序（ESP）和防抱死刹车系统（ABS）的协同工作对于保持车辆稳定尤为关键。

本文将重点研究基于ESP与ABS协调控制的汽车转向稳定控制技术，探讨其工作原理、控制策略及实际应用效果。

二、ESP与ABS系统概述（一）电子稳定程序（ESP）电子稳定程序（ESP）是一种先进的汽车主动安全技术，通过传感器实时监测车辆行驶状态，对车辆的行驶方向进行自动调整，从而在紧急情况下帮助驾驶员保持车辆稳定。

ESP主要依赖于传感器、执行器和控制系统三部分实现其功能。

（二）防抱死刹车系统（ABS）防抱死刹车系统（ABS）是另一项重要的汽车安全技术，通过实时调节刹车力度，避免车轮在刹车过程中抱死，从而提高车辆在紧急制动时的操控性和稳定性。

ABS系统主要依赖于传感器、制动压力调节器和控制模块等部分实现其功能。

三、ESP与ABS协调控制策略（一）传感器信息融合为了实现ESP与ABS的协调控制，需要充分利用各种传感器信息。

包括转向角度传感器、轮速传感器、加速度传感器等，通过信息融合技术将各传感器数据整合，为控制策略提供准确、实时的车辆状态信息。

（二）控制策略设计基于传感器信息融合的结果，设计合适的控制策略是关键。

在转向过程中，ESP与ABS需根据车辆状态实时调整控制参数，确保车辆在各种路况和驾驶条件下都能保持稳定。

此外，还需考虑系统的响应速度、稳定性及能效等方面的要求。

（三）协调控制算法协调控制算法是实现ESP与ABS协同工作的核心。

通过优化算法，使两者在车辆转向过程中相互配合，共同维护车辆的稳定性和操控性。

在算法设计过程中，需充分考虑车辆动力学特性、路面条件、驾驶员意图等多种因素。

四、汽车转向稳定控制技术研究（一）转向稳定性分析在汽车转向过程中，稳定性分析是评估车辆性能的重要指标。

第1章绪论1.1 论文研究的目的和意义1.1.1研究的目的本论文的研究目的在于加强在汽车专业中对ABS的学习和认识，而本课题开发出的ABS仿真控制系统，就是学习ABS的结构、原理的良好平台。

为了学习开发质优价廉、具有自主知识产权的ABS系统，提高我国汽车的整体技术含量，提高我们汽车行业从业人员的整体水平，提高中国汽车同国外汽车的竞争力，扩大市场份额，成为一个新的经济增长点，所以，我采用CarSim软件对ABS控制系统进行仿真研究，为ABS的生产设计打下良好基础。

1.1.2 研究的意义当今，汽车工业迅猛发展，对汽车性能的要求也越来越高，从最早对汽车动力性和越野性的要求逐渐向经济性、舒适性和安全性方向发展。

汽车安全性的研究分为两个方向:主动安全和被动安全。

主动安全是在汽车设计上尽量避免交通事故的发生，被动安全是假设交通事故已经发生，汽车在设计时应采取何措施尽量保护乘员不受伤害。

ABS属于主动安全的范畴[1]，它是在制动过程中通过调节制动轮缸的压力使作用于车轮的制动力矩受到控制，将车轮的滑移率控制在较理想的范围内，充分利用了轮胎与地面的峰值附着系数和高的侧向力系数，提高制动减速度，缩短制动距离，消除汽车打滑的危险，从而保证了汽车的方向稳定性。

我们知道，在紧急情况下，驾驶员首先的本能是猛踩制动踏板，以使汽车停车。

此时如果没有装备ABS，车轮将很快抱死，即车轮不再转动，而是在路面上拖滑。

后轮抱死将使汽车失去方向稳定性，而前轮抱死则将使汽车失去转向控制.随着汽车行驶速度的显著提高和道路行密度的增大，交通事故的发生率逐年呈上升趋势，有数据统计，每年有10%左右的交通事故是由于紧急制动时汽车失稳造成的[2]，所以全方位、可靠地提高汽车的主动安全性能就成为摆在汽车设计、开发及科研人员面前一项紧迫而艰巨的任务.而基于汽车轮胎与路面之间的附着性能随滑移率改变的基本原理开发的旨在改善车辆操纵性和横向稳定性的一些高技术系统，包括防抱制动系统(Anti-lock braking system,缩写为ABS )、防滑控制系统(Anti-Slip Regulation,缩写为ASR)和车辆动力学稳定性控制(Vehicle Dynamics Stability Control System，缩写为VDSC),更是受到汽车制造商的青睐和厚爱。

汽车操纵稳定性的研究与评价随着汽车工业的不断发展，汽车性能得到了显著提升。

汽车操纵稳定性作为衡量汽车性能的重要指标之一，直接影响着驾驶者的操控感受和行车安全。

因此，对汽车操纵稳定性进行深入研究，提高其评价水平，对于提升汽车产品竞争力具有重要意义。

汽车操纵稳定性研究主要涉及车辆动力学、控制理论、机械系统等多个领域，其目的是在各种行驶条件下，保证汽车具有良好的操控性能和稳定性。

然而，目前汽车操纵稳定性研究仍存在一定的问题，如评价标准不统测试条件不完善等，制约了其发展。

汽车操纵稳定性对于保证驾驶安全具有重要意义。

在行驶过程中，车辆受到外部干扰或自身惯性力的影响，容易导致车身失稳，从而引发交通事故。

良好的汽车操纵稳定性通过有效抑制车身晃动、调整轮胎磨损，为驾驶者提供稳定的操控感，降低交通事故风险。

影响汽车操纵稳定性的因素主要包括以下几个方面：（1）车辆动力学性能：车辆的加速、减速、转弯等动力学性能直接影响驾驶者的操控感受和行车安全。

（2）轮胎性能：轮胎的抓地力、摩擦系数等性能对车辆的操控性和稳定性具有重要影响。

（3）悬挂系统：悬挂系统的设计直接影响车辆的侧倾、振动等特性，从而影响操纵稳定性。

（4）驾驶者的操控技巧：驾驶者的预判、反应速度、操控技巧等直接影响车辆的操纵稳定性。

为提高汽车操纵稳定性，需要采取相应的控制策略。

其中，最重要的是采取主动控制策略，包括：（1）防抱死制动系统（ABS）：通过调节制动压力，防止轮胎抱死，提高制动过程中的稳定性。

（2）电子稳定系统（ESP）：通过传感器实时监测车辆状态，对过度转向或不足转向进行纠正，保证车辆稳定行驶。

（3）四轮驱动（4WD）：通过将驱动力分配到四个轮胎上，提高车辆的加速性能和操控稳定性。

汽车操纵稳定性的评价主要从以下几个方面进行：（1）侧向稳定性：评价车辆在侧向受力情况下的稳定性。

（2）纵向稳定性：评价车辆在纵向受力情况下的稳定性。

（3）横向稳定性：评价车辆在横向受力情况下的稳定性。

其中后＝丽面‰石；Ｔ＝—２ｋ。

ａＬＬ＋ｍｂｕ２。

但是。

在极限工况下，如低附着系数路面，若按照正常工况下的参考横摆角速度模型控制，由于路面附着力不足以产生期望的转向响应。

即车辆横向加速度珥超过轮胎与路面的最大附着系数斗所决定的加速度，车辆将会发生侧滑甩出现象，导致危险发生。

这时，最大的参考横摆角速度可由下式描述１ｈ＝ＩＪＪｇ／ｕ（８）则车辆的参考横摆角速度为：讹＝ｒａｉｎ［‰，‰］。

４．２模糊控制器设计本文采用模糊控制方法设计横向稳定性控制器Ｉｌｌ－１２］，当车辆实际状态值与参考状态值大于某一限值时，就启动横向稳定性控制器，模糊控制器的输人参数选为实际横摆角速度与设定的横摆角速度之间的偏差Ｅ以及偏差的变化率ＥＣ，输出控制参数Ｕ则选为附加的横摆力矩变化量△．Ｍ，附加的横摆力矩Ｍ＝Ｍｏ＋脚ＶＩ，且Ｍ＝睾（如一Ｅｌ＋＊，’ｄ）。

本文的隶属函数取常用的三角形函数，该隶属函数运算简单，有利于实时混合仿真，且义能满足控制精度要求。

模糊控制器变量的论域及两个输入参变量和一个输出参变量的隶属函数如图４所示，在模糊数远离０时，其对应的词汇数尽量少蝗，使控制器灵敏度增强；模糊数靠近０时，其对应的词汇多些，以保证控制的鲁棒性，实现精细控制。

（ａ）输入变量Ｅ、ＥＣ的隶属函数（ｂ）输出变量Ｕ的隶属函数图４输入、输出变量的隶属函数设定误差ｅ（横摆角速度偏差）、误差的变化ｅｃ（横摆角速度偏差变化率）以及控制量ＡＭ（横摆力矩）的基本论域分别为［＿ｏ．１２＋ｏ．１２］、［－０．１２Ｏ．１２］、［一１１］，模糊控制器的输入参变量Ｅ的等级为５级，变量ＥＣ的等级是５级。

输出参变景ｃ，的等级是５级。

每个参变量所代表的语占值为：ＮＢ为负大；ＮＳ为负小；磊为零；ＰＳ为正小；ＰＢ为正大。

模糊控制器的模糊控制逻辑如下：１．ＩｆＥｉｓＮＢａｎｄＥＣｉｓＮＢｔｈｅｎＵｉｓＰＢ：２．ＩｆＥｉｓＮＢａｎｄＥＣｉｓＺＯｔｈｅｎＵｉｓＰＢ；２５．１ｆＥｉｓＰＢａｎｄＥＣｉｓＰＳｔｈｅｎＵｉｓＮＢ。

汽车电子稳定性程序(ESP)控制方法及联合仿真研究的开题报告一、研究背景和意义随着汽车行业的不断发展，汽车品质要求越来越高。

汽车行驶过程中，稳定性成为影响安全的一个重要因素，因此汽车电子稳定性程序（ESP）成为现代汽车必备的安全保障措施。

ESP的主要作用是控制车辆运动状态，通过对发动机、刹车和悬挂的控制，在车辆行驶过程中实时调节车辆的稳定性，使其处于最佳状态，从而提高车辆的安全性能。

随着汽车电子技术的发展，ESP系统的控制模型也变得越来越复杂。

传统的控制方法只能简单地基于车速和转向角进行控制，而现代的ESP系统需要考虑到更多的因素，比如膨胀系数、空气阻力等因素。

因此，需要进行更加精确的控制方法研究，以提高ESP系统的效率和稳定性，从而为汽车行业提供更加安全、高效的技术支持。

本研究旨在通过对ESP系统控制方法的研究，掌握ESP系统的设计和优化方法，为提高汽车安全性能提供技术支持。

二、研究内容和技术路线本研究将从以下几个方面进行研究：1. ESP系统原理及控制方法研究：对于ESP系统的原理进行深入研究，建立ESP系统控制方法的理论基础。

2. ESP系统控制方法仿真研究：通过MATLAB/Simulink软件建立ESP系统的仿真模型，研究不同控制方法对车辆稳定性的影响，并探究优化的控制方法。

3. ESP系统与车辆动力学的联合仿真研究：将ESP系统与车辆动力学模型进行集成，综合考虑车辆动力学和ESP系统的影响，探究ESP系统在不同路面条件下的控制方法，以及优化方法。

4. 实验验证：对于研究得出的优化控制方法进行实车试验，验证其在实际应用中的稳定性和效果。

技术路线如下图所示：图1 ESP技术路线图三、预期研究成果1. 系统地研究了ESP系统的原理及控制方法，掌握了ESP系统的设计和优化方法，提出了创新的ESP系统控制思路。