四轮转向非线性侧向动力学模型

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1、万方数据第39卷第9期2005年9月上海交通大学学报JOuRNAI。OFSHANGHAIJIA()T()NGUNIVERSITYV01．39No．9Sep．2005文章编号：1006—2467(2005)09—1465—05四轮转向非线性侧向动力学模型刘兴初，张建武，刘奋(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200030)摘要：基于Pacejka轮胎模型，建立了包括纵向运动的三自由度四轮转向侧向动力学非线性模型．通过单移线、双移线以及蛇行试验与仿真，结果表明，对应变量的测量值与仿真值在时域范围内变化趋势一致且吻合程度较高

2、．这表明所建立的非线性侧向动力学模型对试验样车侧向动力学特性的模拟是成功的．该模型可以用于汽车侧向动力学特性及其控制的研究工作．关键词：汽车；轮胎；四轮转向；非线性；侧向动力学中图分类号：U469．72文献标识码：AAFour—Wheel-SteeringNonlinearLateralDynamicsModelLIUXing—chu，ZHANGJian—WU，LIUfen(SchoolofMechanicalEng．，ShanghaiJiaotongUniv．，Shanghai200030，China)Abstract

3、：Afour—wheel—steeringnonlinearlateraldynamicsmodelofthreedegreeoffreedomincludinglon—gitudinalmotionwasbuiltbasedonPacejkatiremodel．Thesimulationandtheexperimentsbysinglelane，doublelanechangeandslalomtestifytheidentityoftheexperimentalvaluesandsimulationvaluesofr

4、elat—edvariantsintimedomain．Theresultsdemonstratethatthesimulationofthenonlinearlateraldynamicsforthelateraldynamicscharacteristicsoftheexperimentalvehicleissuccessful．Thenonlinearmodelcanbeappliedforthefurtherresearchofvehiclelateraldynamicscharacteristicsandits

5、contr01．Keywords：vehicle；tyre；four—wheel—steering；nonlinear；lateraldynamics汽车的转向特性及其行驶稳定性是汽车侧向动力学研究的重要组成部分．目前，研究四轮转向汽车侧向动力学特性一般采用线性二自由度模型，但实际汽车包含许多非线性因素，其中轮胎的非线性特性对汽车的转向特性及行驶稳定性有着重大影响．在汽车高速行驶或进人失稳状态之前，轮胎早已处于非线性工作状态，此时仍用线性轮胎模型来分析研究汽车的侧向动力学特性已失去实际意义[1。．另外，由于线性二自由度模

6、型只采用横摆运动自由度和侧向运动自由度来描述汽车侧向动力学特性，因此，它必须假设车辆行驶速度为常数，这样加剧了系统模型与研究问题本质之间的偏差．本文在线性二自由度模型的基础上，加入纵向运动自由度来描述汽车在转向运动中车速的变化，并应用非线性轮胎模型描述轮胎侧偏特性，建立了非线性三自由度单轨四轮转向汽车侧向动力学模型．通过实车移线及蛇行试验，验证了非线性三自由度模型的正确性．1非线性侧向动力学建模为了建立四轮转向汽车侧向动力学系统模型，必须先定义系统坐标．如图1所示，整个系统有3种类型的坐标系，一个是惯性坐标系G(X，y，

7、Z)，固定连接于大地上，作为定义车辆系统状态变量的绝对收稿日期：2004—09—23作者简介：刘兴初(1972一)，男，江苏常州市人，博士生，主要从事汽车动力学及控制方面的研究．张建武(联系人)，男，教授，博士生导师，电话(Tel．)：021—62933772；E—mail：jwuzhang@sjtu．edu．cn万方数据上海交通大学报第39卷坐标；坐标系F(z，Y，z)为车辆坐标系，坐标原点与汽车质心重合，z轴指向汽车前进的方向，y轴指向汽车前进方向的左侧，z轴通过质心指向上方；轮胎坐标系尺(z，g)，原点为车轮平面和

8、地平面的交线与车轮旋转轴线在地平面上投影线的交点，z轴为车轮平面与地平面的交线并规定向前为正，q轴在地平面上且垂直于Z轴指向左方为正．yZ图1四轮转向汽车三自由度模型Fig．14WSvehiclemodelofthreeDOF为了简化系统模型，特作如下基本假设[2]：(1)汽车关于z一2平面对称；(2)忽略左右车轮轮