汽车稳态响应特性仿真

汽车稳态响应特性仿真
- 简介
- 使用说明

简介

汽车稳态响应特性是指汽车稳态状况下的运动响应，其评价指标主要有汽车稳态横摆角速度增益、汽车稳定性因数、前后轮侧偏角之差、转向半径比值、静态储备系数。

使用说明

一、实验目的

1.建立汽车稳态响应特性评价指标模型

2.绘制汽车横摆角速度增益与速度曲线

3.绘制汽车前后轮侧偏角之差与侧向加速度曲线

4.绘制汽车转向半径比值与速度平方曲线

5.计算汽车稳定性因数和静态储备系数

二、仿真数据

汽车稳态响应特性仿真所需参数见表6-8-1。

表6-8-1 汽车稳态响应特性仿真所需参数

汽车质量/kg	汽车转动惯量/kg·m²	汽车质心至前轴距离/m
3018	10437	1.84
汽车质心至后轴距离/m	前轮综合侧偏刚度/(N/rad)	后轮综合侧偏刚度/(N/rad)
1.88	-23147	-38318

三、实验步骤

汽车稳态响应特性评价指标主要有汽车稳态横摆角速度增益、汽车稳定性因数、前后轮侧偏角之差、转向半径比值和静态储备系数。

汽车稳态横摆角速度增益是指稳态横摆角速度与前轮转角之比，也称转向灵敏度。稳态横摆角速度增益不能太大，以免由于驾驶员无意识轻微转动转向盘而引起汽车很大的响应。稳态横摆角速度增益又不能太小，否则操纵困难。

1.建立汽车稳态响应特性评价指标模型

原理参考教材第六章实例八

2.绘制汽车横摆角速度增益与速度曲线

根据汽车稳态横摆角速度增益模型，编写绘制汽车横摆角速度增益与速度曲线的MWORKS程序如下。

m = 3018 # 车辆质量
I = 10437 # 惯性力
a = 1.84 # 前悬架弹簧刚度
b = 1.88 # 后悬架弹簧刚度
k1 = -23147 # 前悬架阻尼系数
k2 = -38318 # 后悬架阻尼系数
# 计算悬架刚度
k = m ./ (a + b) .^ 2 .* (a ./ k2 - b ./ k1)
u = 0:1:150 # 速度范围
# 计算不同参数下的垂直振动频率
w1 = u ./ 3.6 ./ (a + b) ./ (1 .+ k .* u .* u ./ 3.6 ./ 3.6)
w2 = u ./ 3.6 ./ (a + b) ./ (1 .+ 0.8 * k .* u .* u ./ 3.6 ./ 3.6)
w3 = u ./ 3.6 ./ (a + b) ./ (1 .+ 1.2 * k .* u .* u ./ 3.6 ./ 3.6)
# 绘制曲线
plot(u, w1,linestyle="-.");hold(true)
plot(u, w2,linestyle="--");hold(true)
plot(u, w3)
xlabel("车速/(KM/h)")
ylabel("汽车横摆角速度增益/(1/s)")
legend(["1.0k", "0.8k", "1.2k"])

在MWORKS 编辑器中输入这些程序，点击运行按钮，就会得到汽车横摆角速度增益与速度曲线，如图6-8-6所示。随着车速的增加，汽车横摆角速度增益增加，达到某一车速时，汽车横摆角速度增益达到最大值；再继续增加车速，汽车横摆角速度增益下降。最大横摆角速度增益所对应的车速称为特征车速。该车具有不足转向特性。汽车稳定性因数越大，汽车横摆角速度增益越小，不足转向量越大。

图6-8-6 汽车角速度增益与速度曲线

3.绘制汽车前后轮侧偏角之差与侧向加速度曲线

根据汽车前后轮侧偏角之差模型，编写绘制汽车前后轮侧偏角之差与侧向加速度曲线的MWORKS程序如下。

m = 3018 # 车辆质量
I = 10437 # 惯性力
a = 1.84 # 前悬架弹簧刚度
b = 1.88 # 后悬架弹簧刚度
k1 = -23147 # 前悬架阻尼系数
k2 = -38318 # 后悬架阻尼系数
# 计算悬架刚度
k = m ./ (a + b) .^ 2 .* (a ./ k2 - b ./ k1)
ay = 0:0.05:1.5 # 纵向加速度范围
# 计算不同参数下的纵向加速度对应的悬架力
a1_a2 = (a + b) .* k .* ay .* 9.8
a11_a22 = (a + b) .* 0.8 .* k .* ay .* 9.8
a111_a222 = (a + b) .* 1.2 .* k .* ay .* 9.8
# 绘制曲线
plot(ay, a1_a2,linestyle="-.");hold(true)
plot(ay, a11_a22,linestyle="--");hold(true)
plot(ay, a111_a222)
xlabel("侧向加速度/(*g)")
ylabel("侧偏角之差/(°)")
legend(["1.0k", "0.8k", "1.2k"])

在MWORKS编辑器中输入这些程序，点击运行按钮，就会得到汽车前后侧偏角之差与侧向加速度曲线，如图6-8-7所示。随着侧向加速度的增加，汽车前后侧偏角之差增加。该车具有不足转向特性。汽车稳定性因数越大，汽车前后侧偏角之差越大，不足转向量越大。

图6-8-7 汽车前后轮侧偏角之差与侧向加速度曲线

4.绘制汽车转向半径比值与速度平方曲线

根据汽车转向半径比值模型，编写绘制汽车转向半径比值与速度平方曲线的MWORKS程序如下。

m = 3018 # 车辆质量
I = 10437 # 惯性力
a = 1.84 # 前悬架弹簧刚度
b = 1.88 # 后悬架弹簧刚度
k1 = -23147 # 前悬架阻尼系数
k2 = -38318 # 后悬架阻尼系数
# 计算悬架刚度
k = m ./ (a + b) .^ 2 .* (a ./ k2 - b ./ k1)
u = 0:1:20 # 纵向速度范围
# 计算不同参数下的悬架力与纵向速度平方的关系
R1 = 1 .+ k .* u.^2
R2 = 1 .+ 0.8 .* k .* u.^2
R3 = 1 .+ 1.2 .* k .* u.^2
axis([0 300 0 3]) # 设置坐标轴范围
# 绘制曲线
plot(u.^2, R1,linestyle="-.");hold(true)
plot(u.^2, R2,linestyle="--");hold(true)
plot(u.^2, R3)
xlabel("速度平方/(m²/s²)")
ylabel("转向半径之比")
legend(["1.0k", "0.8k", "1.2k"])

在MWORKS 编辑器中输入这些程序，点击运行按钮，就会得到汽车转向半径比值与速度平方曲线，如图6-8-8所示。随着速度的增加，转向半径比值增大。该车具有不足转向特性。汽车稳定性因数越大，汽车转向半径比值越大，不足转向量越大。

图6-8-8 汽车传向半径之比与速度平方曲线

5.计算汽车稳定性因数和静态储备系数

根据汽车汽车稳定性因数和静态储备系数模型，编写计算汽车稳定性因数和静态储备系数的MWORKS程序如下。

m = 3018 # 车辆质量
I = 10437 # 惯性力
a = 1.84 # 前悬架弹簧刚度
b = 1.88 # 后悬架弹簧刚度
k1 = -23147 # 前悬架阻尼系数
k2 = -38318 # 后悬架阻尼系数
# 计算悬架刚度
k = m / (a + b)^2 * (a / k2 - b / k1)
# 计算汽车稳定性因数K
K = k
# 计算汽车静态储备系数S.M.
SM = k2 / (k1 + k2) - a / (a + b)
print("汽车稳定性因数K=")
println(K)
print("汽车静态储备系数S.M.=")
println(SM)

在MWORKS编辑器中输入这些程序，点击运行按钮，就会得到汽车稳定性因数和汽车静态储备系数。

通过程序计算得出K = 0.0072。K > 0，该车具有不足转向特性。

由程序得出S.M. = 0.1288。S.M. > 0，该车具有不足转向特性。

通过5种计算，都表明该车具有不足转向特性。