基于carsim的汽车操纵稳定性仿真实验指导书

汽车操纵稳定性实验指导书

课程编号： 课程名称：

实验一 汽车转向轻便性实验

一、实验目的

汽车的转向轻便性和操纵稳定性是现代汽车重要的使用性能，通过对实验了解和掌握测试系统的安装调试、基本实验方法并学会数据处理和运用理论知识对汽车操纵稳定性研究、评价。以培养学生解决实际工程问题的能力。

二、实验的主要内容

了解测试系统的组成和测试原理，汽车转向轻便性实验的数据的实时采集和处理。测定汽车在低速大转角时的转向轻便性，与操纵稳定性其他试验项目一起，共同评价汽车的操纵稳定性。

采集测量变量及参数

方向盘转角； 方向盘力矩； 方向盘直径。

三、实验设备和工具

1．测量仪器

汽车方向盘转角——力矩传感器 汽车操纵稳定性数据采集和分析仪 2．实验车辆 小型客车一辆

3．标明试验路径的标桩16个。

四、实验原理

测定汽车在道路上进行转向行驶时，驾驶员作用在方向盘上的力矩和方向盘转角的变化关系评价汽车的转向操纵性能

五、验方法和步骤 1．实验准备

试验场地应为干燥、平坦而清洁的水泥或柏油路面。任意方向上的坡度不大于2％。在试验场地上，用明显颜色画出双纽线路径（图1），双纽线轨迹的极坐标方程为：

第五章 汽车操纵稳定性仿真分析

5.1 多体系统动力学基础

? ? ? ?

多体系统动力学产生的背景 多体系统动力学简介

多刚体系统动力学的研究方法 多柔体系统动力学的研究方法

一、多体系统动力学产生的背景

随着汽车市场的日趋完善，汽车开发速度不断加快，完全依靠样车试制后对汽车进行试验来达到调整汽车性能的做法己经不能满足汽车产品开发速度快和开发质量高的要求，所以有必要在设计中同时采用虚拟样机技术及仿真分析方法对汽车性能进行预测，达到提高设计质量和开发速度的目的。以多体系统动力学理论为基础的大型通用软件为工程技术人员提供了方便的建模手段。

传统的产品开发的基本流程如下：首先是概念设计和方案论证，然后进行产品

设计，在设计完成后，为了验证设计方案的可行性，通常要制造物理样机进行试验，有时这些试验是难以进行的甚至是破坏性的。当试验过程中发现产品存在一定的缺陷时，需要从头修改设计方案，再次利用物理样机进行必要的验证。只有通过周而复始的设计-试验-设计过程，产品才能达到所要求的性能。显然，这一过程是极其繁琐的，尤其是对于一些结构相对复杂的系统，如果采用这种方法进行产品开发，其设计周期比较长，不能满足灵活多变的市场需求，而且物理样机的单机

《汽车平顺性和操作稳定性》实验报告

学院（系） 汽车学院 专 业 车辆工程（汽车） 学生姓名 同小车 学号 000001

同济大学汽车学院实验室

2014年11月

1.转向轻便性实验

实验目的

驾驶员通过操纵方向盘来控制汽车的行驶方向，操纵方向盘过重，会增加驾驶员的劳动强度，驾驶员容易疲劳；操纵方向盘过轻，驾驶员会失去路感，难以控制汽车的形式方向。操纵方向盘的轻重，是评价汽车操纵稳定性的基本条件之一。转向轻便性实验的目的在于通过测量驾驶员操纵方向盘力的大小，与其他实验仪器评价汽车操纵稳定性的好处。

实验仪器设备

参量 仪器 方向盘转矩 测力方向盘 方向盘转角 测力方向盘 车速 GPS测速仪 实验条件

试验车：依维柯 实验场地与环境

于圆形试车场，实验时按照桩桶圈出的双扭线，以10Km/h的车速行驶。双扭线的极坐标方程见下，形状如下图

实验当天天气晴好，无风，气温20度

在ψ=0时，双扭线顶点处的曲率半径最小，相应数值为Rmin=1/3d，双扭线的最小曲率半径应按照实验汽车的最小转弯半径乘以1,1倍，并圆整到比此乘积大的一个整数来确定

天津职业技术师范大学

Tianjin University of Technology and Education

毕 业 论 专 业：

班级学号： 学生姓名： 指导教师：

二○一一年六月

文

天津职业技术师范大学本科生毕业论文

基于虚拟技术的汽车操纵稳定性试验仿真分

析

Simulation and Analysis of Vehicle Handling and

Stability Based on the Virtual Prototype

专业班级：

学生姓名： 指导教师： 学 院：

2011 年 6 月

摘 要

汽车操纵稳定性能是指汽车在行驶时接受驾驶员的控制能力及行驶方向的稳定能力。本文的重点是利用虚拟样机技术建立实际车辆的整车动力学模型，在此基础上根据汽车操纵稳定性标准试验进行了操纵稳定性仿真研究。

首先,论文比较详细的总结了汽车操纵稳定性研究的发展和现状，从不同角度对汽车操纵稳定性的研究和评价方法进行详细分类。介绍了论文将要使用的ADAMS软件的主要模块和软件的理论基础。为下面的建模和仿真分析建立了理论基础。

天津职业技术师范大学

Tianjin University of Technology and Education

毕 业 论 专 业：

班级学号： 学生姓名： 指导教师：

二○一一年六月

文

天津职业技术师范大学本科生毕业论文

基于虚拟技术的汽车操纵稳定性试验仿真分

析

Simulation and Analysis of Vehicle Handling and

Stability Based on the Virtual Prototype

专业班级：

学生姓名： 指导教师： 学 院：

2011 年 6 月

摘 要

汽车操纵稳定性能是指汽车在行驶时接受驾驶员的控制能力及行驶方向的稳定能力。本文的重点是利用虚拟样机技术建立实际车辆的整车动力学模型，在此基础上根据汽车操纵稳定性标准试验进行了操纵稳定性仿真研究。

首先,论文比较详细的总结了汽车操纵稳定性研究的发展和现状，从不同角度对汽车操纵稳定性的研究和评价方法进行详细分类。介绍了论文将要使用的ADAMS软件的主要模块和软件的理论基础。为下面的建模和仿真分析建立了理论基础。

第五章 汽车操纵稳定性仿真分析

5.1 多体系统动力学基础

? ? ? ?

多体系统动力学产生的背景 多体系统动力学简介

多刚体系统动力学的研究方法 多柔体系统动力学的研究方法

一、多体系统动力学产生的背景

随着汽车市场的日趋完善，汽车开发速度不断加快，完全依靠样车试制后对汽车进行试验来达到调整汽车性能的做法己经不能满足汽车产品开发速度快和开发质量高的要求，所以有必要在设计中同时采用虚拟样机技术及仿真分析方法对汽车性能进行预测，达到提高设计质量和开发速度的目的。以多体系统动力学理论为基础的大型通用软件为工程技术人员提供了方便的建模手段。

传统的产品开发的基本流程如下：首先是概念设计和方案论证，然后进行产品

设计，在设计完成后，为了验证设计方案的可行性，通常要制造物理样机进行试验，有时这些试验是难以进行的甚至是破坏性的。当试验过程中发现产品存在一定的缺陷时，需要从头修改设计方案，再次利用物理样机进行必要的验证。只有通过周而复始的设计-试验-设计过程，产品才能达到所要求的性能。显然，这一过程是极其繁琐的，尤其是对于一些结构相对复杂的系统，如果采用这种方法进行产品开发，其设计周期比较长，不能满足灵活多变的市场需求，而且物理样机的单机

万方数据

２００３年第６期农机使用与维修３５

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向力的能力，使汽车转向时稳定性大为提高。前轮前束不衬套配合间隙过小；蜗杆与滚轮传动副啮合间隙过小；转可过大，若前束过大，会使车轮外倾角、主销后倾角变小，向器蜗杆上下轴承调整过紧或轴承损坏。

会使前轮出现摆头现象，行驶中有蛇行，转向操纵不稳。２．转向传动机构对操纵稳定性的影响

２．车轮及轮胎

第 五 章

5．1一轿车(每个)前轮胎的侧偏刚度为-50176N／rad、外倾刚度为-7665N／rad。若轿车向左转弯，将使两前轮均产生正的外倾角，其大小为40。设侧偏刚度与外倾刚度均不受左、右轮载荷转移的影响．试求由外倾角引起的前轮侧偏角。 答： 由题意：FY=k??k??=??

故由外倾角引起的前轮侧偏角： ?=? k???k=????????????????????0

5．2 6450轻型客车在试验中发现过多转向和中性转向现象，工程师们在前悬架上加装前横向稳定杆以提高前悬架的侧倾角刚度，结果汽车的转向特性变为不足转向。试分析其理论根据(要求有必要的公式和曲线)。

答： 稳定性系数：K?m?ab??? ?2?k1?L?k2?k1、k2变化，

原来K?0,现在K>0,即变为不足转向。

5．3汽车的稳态响应有哪几种类型?表征稳态响应的具体参数有哪些?它们彼此之间的关系如何(要求有必要的公式和曲线)？

答： 汽车稳态响应有三种类型 ：中性转向、不足转向、过多转向。

几个表征稳态转向的参数：

1．前后轮侧偏角绝对值之差(????????

?????转向半径的比R/R0;

3．静态储备系数S.M.

汽车工程学A（I）课程设计

题目：汽车的操纵稳定性研究与分析

班级： 姓名： 学号： 指导老师：

1

目录

摘要 ……………………………………………………………… 3 （一) 汽车的操纵稳定性简介及汽车的二自由度模型……… 4 （二）二自由度汽车车身参数及相关条件…………………… 4 （三）前轮角阶跃输入下汽车的稳态响应和瞬态响应分析 … 4

（1）前轮角阶跃输入下汽车的稳态响应……………… 4 （2）前轮角阶跃输入下汽车的瞬态响应……………… 7

（四）汽车的横摆角速度频率响应特性分析………………… 11 （五）总结 ……………………………………………………… 12 参考文献 ………………………………………………………… 12

2

摘要

本文通过实例详细描述了在Matlab环境下的车辆操纵稳定性仿真研究的实现过程，通过将汽车简化为二自由度模型，对某一具体车型进行了稳态和瞬态的响应分析，时域及频域分析及系统稳定性分析，仿真结果可为评价车辆的操纵稳定性及车辆参数的改进设计提供理论依据。

关 键 词: 车辆；操纵稳定性；动态仿真；Matlab

Abstract

This paper presents a detailed

第 五 章

5．1一轿车(每个)前轮胎的侧偏刚度为-50176N／rad、外倾刚度为-7665N／rad。若轿车向左转弯，将使两前轮均产生正的外倾角，其大小为40。设侧偏刚度与外倾刚度均不受左、右轮载荷转移的影响．试求由外倾角引起的前轮侧偏角。 答： 由题意：FY=k?k??=

故由外倾角引起的前轮侧偏角： ?= k??k=??????????????

0

5．2 6450轻型客车在试验中发现过多转向和中性转向现象，工程师们在前悬架上加装前横向稳定杆以提高前悬架的侧倾角刚度，结果汽车的转向特性变为不足转向。试分析其理论根据(要求有必要的公式和曲线)。

答： 稳定性系数：K?k1、k2变化，

m?ab???? 2?L?k2k1??原来K?0,现在K>0,即变为不足转向。

5．3汽车的稳态响应有哪几种类型?表征稳态响应的具体参数有哪些?它们彼此之间的关系如何(要求有必要的公式和曲线)？

答： 汽车稳态响应有三种类型 ：中性转向、不足转向、过多转向。

几个表征稳态转向的参数：

1．前后轮侧偏角绝对值之差(?????转向半径的比R/R0;

?

3．静态储备系数S.M.

彼此之间的关系见参考书公式（