小型电动汽车操纵稳定性仿真分析(附件)
本文将对小型电动汽车的操纵稳定性进行研究，通过对汽车的横摆角速度和质心侧偏角的研究，提出提高汽车操纵稳定性的方法。通过建立汽车的线性二自由度模型，分析了汽车的瞬态和稳态响应过程。最后利用MATLAB软件，以某款实际的电动汽车参数为依据，验证了汽车转向时的瞬态响应曲线。并且研究了在不同的前轮转角和不同的车速下，汽车的横摆角速度和质心侧偏角对汽车操纵稳定性的影响。最后得出当汽车在较低的行驶速度和较小的前轮转角情况下，汽车的操纵稳定性较好。关键词 电动汽车，操纵稳定性，MATLAB，仿真分析
目 录
1 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 课题研究的目的及意义 2
1.3 国外研究现状 3
1.4国内研究现状 3
2 汽车操纵稳定性的影响因素 4
2.1行驶系中影响操纵稳定性的因素 4
2.2制动系中影响操纵稳定性的因素 6
2.3转向系中影响操纵稳定性的因素 6
3 建立线性二自由度的汽车模型 6
3.1模型的基本假设 6
3.2线性二自由度汽车数学模型 7
3.3瞬态响应的研究 10
4 汽车操纵稳定性的建模与分析 12
4.1 MATLAB的介绍与功能 12
4.2 转向时瞬态响应的建模与分析 13
4.3 汽车质心侧偏角和横摆角速度的仿真分析 17
4.4不同转向盘转角下的横摆角速度和质心侧偏角的仿真对比 18
4.5 不同车速下横摆角速度和质心侧偏角的仿真分析 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 绪论
1.1 选题背景
十八世纪六十年代，瓦特发明的蒸汽机的产生，引发了欧洲甚至全世界的工业革命浪潮，也就是我们所说的第一次工业革命。第一次工业革命当中，诞生了世界上第一辆汽车。在当今社会，科技技术的飞快发展，汽车企业兴起，出现大量的汽车品牌。我们的人均汽车保有量也在不断增长，但是，这也不可避免的带来了另外一个严重的问题，就是石油资源等不可再生能源的日益枯竭。与此同时，汽车尾气的排放， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
也加剧了全球气候变暖等一系列环保问题。就近几年热议的雾霾，PM2.5话题来看，我国的国民经济发展已经处在了一个急需变革的新时期。我们不能走欧洲国家先污染再治理的老路，而是要把环境和发展两手齐抓，才能实现我国两个一百年的奋斗目标。现在摆在眼前的问题就是，我国的人均石油占有量十分匮乏，且消耗量巨大。预计二十年过后，中国的能源总消费量将是世界榜首，是目前能源消费的5倍左右。国家的工业化水平越来越高，发展越来越快，但是有限的石油资源却成为国家发展和国民经济可持续发展的瓶颈；目前世界上环境污染最严重的10个城市，其中的7个就在我们大陆。
面对严峻的环境污染问题，治理改善已经是刻不容缓。其中重要的一环就是汽车的减排和节能，包括中国在内的世界各国都在积极考虑汽车工业的未来。电动汽车的构想进入了人们的脑海。经过多年的不懈努力，我国的电动汽车产业已经初具模型，当代的高科技电动汽车已经表明了汽车工业发展的新方向，电动汽车的研发已成为跨国汽车公司和工业发达国家战略发展的重点。为了保护中国的能源安全，降低污染和提高中国汽车工业的竞争力，国家政策也积极支持电动汽车的发展，将电动汽车作为了我国的重点建设项目，把新一代的电动汽车技术作为我国日后汽车产业发展的攻坚方向。在各项支持和鼓励之下，我国的电动汽车重大研发项目在经过了三轮的技术提升和整合之后，独立自主的研发出了具有我国自主产权的电动实车。并且与参考车型相比，电动整车的动力性、稳定性等基本性能都与参考车型相比有了长足的进步。但是，在电动汽车研发的起步阶段，为了最大程度的实现节能减排的目标，研发人员更多的是把目光投向于如何提高汽车的动力性和经济性等方面，在电动汽车的安全性方面明显的有所欠缺。
汽车的动力性和经济性固然重要，但是汽车的生产更应关注驾驶者的人生安全。所以使汽车的操纵稳定性得到改善，加强对操纵稳定性的相关研究迫在眉睫。作者正是在这样的情况下收到了启发，才开展了本文的研究工作，研究了某款具体电动汽车的操纵稳定性，并且确定操纵稳定性的影响因素和规律。
1.2 课题研究的目的及意义
人们对于汽车速度的追求，推动了车速的飞速提升。但是越来越多的因为汽车在告诉行驶下失去稳定性的事故却每每让人触目惊心。因此，增强汽车的安全性能，尤其是增强电动汽车操纵稳定性及安全性能的呼声越来越高。操纵稳定性对汽车驾驶方便性有很大的影响，而且是车辆最重要的性能之一。
分析汽车的操纵稳定性，以往最好的方法就是实车试验。但是考虑到室车试验的花费高，且危险性高，因此实车试验的方法可以说是有所欠缺的。好在计算机技术的飞速发展，仿真分析恰好可以解决实车试验所担心的费用和安全问题。仿真分析，顾名思义，指的就是利用一些特定的模块代替实际的汽车系统结构，来分析汽车的某些实际性能。其基本原理就是采用具体的仿真分析软件，在软件中建立起用模块所表示的汽车简化结构，驾驶者给汽车发出的各项指令通过输入源模块进入整个反应系统，然后在算法模块内编辑一定的计算方法，结算出所要进行的仿真特性相应的参数，以此来表征所要分析的汽车性能。由于仿真分析的整个反应通过给定的具体算法进行分析计算，所以整个仿真过程消耗的时间很短，可以连续进行多次试验，同时还可以根据分析得出的曲线或者数据，直接对比出不同工况下的汽车最佳性能。除此之外，仿真分析所得出的结果十分贴近真实的实验结果，并且可以模拟极端工况下的工作条件，所以仿真分析的方法已经被越来越多的人采用。从汽车的动态模型我们可以看出，车辆的舒适性和操纵稳定性的仿真模型是不一样的，因此必须严格分开分析。最好的办法就是可以建立两个模型的统一体。因此，可以应用MATLAB软件建立车辆综合分析仿真模型，处理车辆动态仿真和稳定性。在基于MATLAB软件的虚拟原型技术中，汽车被认为是由多个相互连接组成的系统，相互之间的协调可以实现多体系统的相对运动，运动学和动力学模拟以及过去人们计算常常使用的数学模型，即几个自由度的刚体——质量阻尼（振动）相比较而言，可以更为准确，更加方便的反映真实的车辆结构和性能。
目 录
1 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 课题研究的目的及意义 2
1.3 国外研究现状 3
1.4国内研究现状 3
2 汽车操纵稳定性的影响因素 4
2.1行驶系中影响操纵稳定性的因素 4
2.2制动系中影响操纵稳定性的因素 6
2.3转向系中影响操纵稳定性的因素 6
3 建立线性二自由度的汽车模型 6
3.1模型的基本假设 6
3.2线性二自由度汽车数学模型 7
3.3瞬态响应的研究 10
4 汽车操纵稳定性的建模与分析 12
4.1 MATLAB的介绍与功能 12
4.2 转向时瞬态响应的建模与分析 13
4.3 汽车质心侧偏角和横摆角速度的仿真分析 17
4.4不同转向盘转角下的横摆角速度和质心侧偏角的仿真对比 18
4.5 不同车速下横摆角速度和质心侧偏角的仿真分析 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 绪论
1.1 选题背景
十八世纪六十年代，瓦特发明的蒸汽机的产生，引发了欧洲甚至全世界的工业革命浪潮，也就是我们所说的第一次工业革命。第一次工业革命当中，诞生了世界上第一辆汽车。在当今社会，科技技术的飞快发展，汽车企业兴起，出现大量的汽车品牌。我们的人均汽车保有量也在不断增长，但是，这也不可避免的带来了另外一个严重的问题，就是石油资源等不可再生能源的日益枯竭。与此同时，汽车尾气的排放， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
也加剧了全球气候变暖等一系列环保问题。就近几年热议的雾霾，PM2.5话题来看，我国的国民经济发展已经处在了一个急需变革的新时期。我们不能走欧洲国家先污染再治理的老路，而是要把环境和发展两手齐抓，才能实现我国两个一百年的奋斗目标。现在摆在眼前的问题就是，我国的人均石油占有量十分匮乏，且消耗量巨大。预计二十年过后，中国的能源总消费量将是世界榜首，是目前能源消费的5倍左右。国家的工业化水平越来越高，发展越来越快，但是有限的石油资源却成为国家发展和国民经济可持续发展的瓶颈；目前世界上环境污染最严重的10个城市，其中的7个就在我们大陆。
面对严峻的环境污染问题，治理改善已经是刻不容缓。其中重要的一环就是汽车的减排和节能，包括中国在内的世界各国都在积极考虑汽车工业的未来。电动汽车的构想进入了人们的脑海。经过多年的不懈努力，我国的电动汽车产业已经初具模型，当代的高科技电动汽车已经表明了汽车工业发展的新方向，电动汽车的研发已成为跨国汽车公司和工业发达国家战略发展的重点。为了保护中国的能源安全，降低污染和提高中国汽车工业的竞争力，国家政策也积极支持电动汽车的发展，将电动汽车作为了我国的重点建设项目，把新一代的电动汽车技术作为我国日后汽车产业发展的攻坚方向。在各项支持和鼓励之下，我国的电动汽车重大研发项目在经过了三轮的技术提升和整合之后，独立自主的研发出了具有我国自主产权的电动实车。并且与参考车型相比，电动整车的动力性、稳定性等基本性能都与参考车型相比有了长足的进步。但是，在电动汽车研发的起步阶段，为了最大程度的实现节能减排的目标，研发人员更多的是把目光投向于如何提高汽车的动力性和经济性等方面，在电动汽车的安全性方面明显的有所欠缺。
汽车的动力性和经济性固然重要，但是汽车的生产更应关注驾驶者的人生安全。所以使汽车的操纵稳定性得到改善，加强对操纵稳定性的相关研究迫在眉睫。作者正是在这样的情况下收到了启发，才开展了本文的研究工作，研究了某款具体电动汽车的操纵稳定性，并且确定操纵稳定性的影响因素和规律。
1.2 课题研究的目的及意义
人们对于汽车速度的追求，推动了车速的飞速提升。但是越来越多的因为汽车在告诉行驶下失去稳定性的事故却每每让人触目惊心。因此，增强汽车的安全性能，尤其是增强电动汽车操纵稳定性及安全性能的呼声越来越高。操纵稳定性对汽车驾驶方便性有很大的影响，而且是车辆最重要的性能之一。
分析汽车的操纵稳定性，以往最好的方法就是实车试验。但是考虑到室车试验的花费高，且危险性高，因此实车试验的方法可以说是有所欠缺的。好在计算机技术的飞速发展，仿真分析恰好可以解决实车试验所担心的费用和安全问题。仿真分析，顾名思义，指的就是利用一些特定的模块代替实际的汽车系统结构，来分析汽车的某些实际性能。其基本原理就是采用具体的仿真分析软件，在软件中建立起用模块所表示的汽车简化结构，驾驶者给汽车发出的各项指令通过输入源模块进入整个反应系统，然后在算法模块内编辑一定的计算方法，结算出所要进行的仿真特性相应的参数，以此来表征所要分析的汽车性能。由于仿真分析的整个反应通过给定的具体算法进行分析计算，所以整个仿真过程消耗的时间很短，可以连续进行多次试验，同时还可以根据分析得出的曲线或者数据，直接对比出不同工况下的汽车最佳性能。除此之外，仿真分析所得出的结果十分贴近真实的实验结果，并且可以模拟极端工况下的工作条件，所以仿真分析的方法已经被越来越多的人采用。从汽车的动态模型我们可以看出，车辆的舒适性和操纵稳定性的仿真模型是不一样的，因此必须严格分开分析。最好的办法就是可以建立两个模型的统一体。因此，可以应用MATLAB软件建立车辆综合分析仿真模型，处理车辆动态仿真和稳定性。在基于MATLAB软件的虚拟原型技术中，汽车被认为是由多个相互连接组成的系统，相互之间的协调可以实现多体系统的相对运动，运动学和动力学模拟以及过去人们计算常常使用的数学模型，即几个自由度的刚体——质量阻尼（振动）相比较而言，可以更为准确，更加方便的反映真实的车辆结构和性能。
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