高速汽车侧风稳定性研究(附件)【字数：12555】
摘 要如今世界汽车工业蓬勃发展，汽车车速有着明显提高，高速汽车侧风稳定性成为汽车一项重要的性能指标。在实际测试中，考虑到实车试验时具有一定风险并且对场地及设备也有很高的要求。使用电脑计算机仿真模拟，能够大大缩短产品设计研发周期，降低成本提高效率。因此采用计算机仿真模拟有着很大的意义。本文以侧风场景下小型轿车的稳定性为研究对象，选择CARSIM软件对整车模型进行模拟仿真。同时根据已有的风速资料利用计算机平台进行模拟。模拟不同大小侧风不同行驶速度及不同空气动力学参考点受到侧风的影响。本文对侧风和它产生的影响作简单阐述，之后利用CARSIM软件建立整车模型，设定平整路面直线行驶的工况。通过设定修改行驶速度，侧风速度及空气动力参考点等有关参数，观察输出结果的变化及操控特点。在生成的数据结果中提取侧向位移，侧向加速度，侧倾角度等作为主要衡量参考标准。对比不同工况运行结果建立表格得出结论。最后得到本文结论，结合生活中实际驾驶状况，提出改善提高稳定性的措施，为进一步研究提供参考。
Keywords:CARSIM；Computer simulation；Crosswind environment；Handling stability 目 录
第一章 绪论 1
1.1选题研究的目的与意义 1
1.2车辆受空气影响的研究历史背景 1
1.3本文研究对象 3
第二章 车辆空气动力学特性 4
2.1气动力及其力矩 4
2.1.1气动阻力与倾侧力矩 5
2.1.2侧向力及其产生的力矩 5
2.1.3气动升力及力矩 6
2.2气动力对行驶中车辆的影响 6
2.2.1侧倾力矩 6
2.2.2气动侧力及其力矩 7
2.2.3气动升力及纵倾力矩 7
2.3横风有关研究 7
2.3.1横风对车辆的影响 7
2.3.2侧风类型及等级 8
2.3.4侧风稳定性试验 8
2.4本章总结 9
第三章 CARSIM仿真软件模型建立 10
3.1 软件简介 10
3.2 CarSim下的整车建模仿真 10 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
3.2.1试验车型模型参数建立 11
3.2.2设定行驶道路场景 15
3.2.3简化二自由度模型 15
3.3侧风敏感性道路试验 15
3.4本章小结 17
第四章 多种工况下侧风稳定性仿真 19
4.1不同车速下侧风的影响 19
4.2不同风压中心位置下侧风的影响 22
4.2.1 X轴风圧中心位置变化后的影响 22
4.2.1 Z轴风圧中心位置变化后侧风的影响 24
4.3驾驶者状态对稳定性的影响 26
4.4本章小结 26
第五章 如何提高驾驶稳定性 28
结束语 29
致 谢 30
参考文献 31
第一章 绪论
1.1选题研究的目的与意义
现在汽车工业与道路飞速进步，在高速公路上汽车的行驶速度越来越高[1]。处于高速行驶中的小轿车随时都会受到侧风的影响。不同环境中，甚至超车时都会产生侧风。一瞬间的外力变化可能导致行驶路线的变化，车轮前轮角度会发生突然变化。汽车受到侧风影响时，极易导致汽车偏离行驶方向，此时驾驶员不得不操控方向盘来抵消侧风对车辆的影响，严重情况下甚至会引发驾驶员慌忙误操作导致事故发生[2]。
结合国内和国外的研究结论，在汽车的前期设计研发阶段就应当对侧分产生的影响进行预估。不然在实际运行中可能会导致量产车高速行驶稳定性的下降。这些评价指标已经成为如今全球各大汽车厂商研发新车型的关键技术标准。
但是汽车高速侧风稳定性的试验需要花费大量的人力物力，而且还存在较大的危险性。如今新兴技术的出现诸如电脑计算机等，非常多的程序编程模拟的出现，计算机模拟被广泛用于研究车辆动力学。越来越多的汽车行业选择通过CPU模拟运算，软件仿真的途径来研发车辆。不用真车在场地运行，而是通过在虚拟场景中，通过添加车辆参数来创造出同等环境来模拟汽车工况受影响的变化，从而能够在车辆设计阶段就预估模拟各工况。
在实际生活中有无数种可能会影响甚至改变车辆受到侧风的影响，其中包含大量的参数潜在影响。目前已知一些手段能够一定程度上优化或减小影响。例如常识放慢车速。甚至挡风墙。尽管减少了侧风对汽车的影响，但无法从源头上上彻底解决问题。笔者认为应当把设计思路及重点拉回到汽车上来。如果能够在汽车研发初期就把侧风影响纳入考量，从而设计应对措施去改良。理所应当的很多汽车厂商想到了从造型外形着手设计，通过改变空气动力学特性达到目的，但是多多少少要付出各种代价。受到横风的稳定特性参数已经是国际大厂在设计时必然纳入考量的因素之一，投入很多金钱精力。一些德国豪华品牌的豪华轿车甚至研发并配备了抵抗横风的辅助驾驶装置。可是目前关于横风稳定性的理论还鲜有人涉足，可以说基本是空白，等待我们去研究，还不完善有待改进。特别是本土品牌在空气动力对汽车操纵稳定性影响方面的研究还比非常落后，尽管有一定的研究结论，但整体进展并不乐观。想要研究透彻汽车行驶时有关空气动力学的参数，还需时日，一时半会无法完全掌握。
1.2车辆受空气影响的研究历史背景
现代汽车技术的发展进程告诉我们，车辆操纵性和转向反应的研究最早起源于1935年。之后，在1946年确定了车辆操纵性相关的基本理论。当中的研究涉及广泛，包含力学和汽车动态特性。再到上个世纪五十年代，开始理论研究和分析车辆受外界作用力的反应。二战后，对动态稳定性的研究把重点放到数学模型上，在1956年建立了首个数学模型仿真用来研究转弯系统特性，从那时起汽车操稳性的仿真科学研究在全球各个国家开展开来。1961到1963年，英国计算机研究动态稳定性进一步发展[3]。上个世纪八十年代，西方很多国家的大学和科研机构纷纷对农用半挂车及大型载货车的操纵性进行了科研。之后对汽车操纵稳定性的铺展开来越来越复杂，不只是对整车数学模型进行建模，纳入考量的还有悬吊系统，转向机构，车轮胎模型，以及最重要的空气动力学[4]。得出有关结论较低的侧倾力和正俯仰力矩有利于行驶的稳定性。从上个世纪七十年代开始，本土的长春汽车研究所开始研究汽车稳定性。进行了两项不同的研究。得出的研究结论无论在实践还是在理论上，都为分析气动力对汽车稳定性的影响打下了坚实的基础。
汽车空气动力学领域的研究西方国家要领先于中国不少。与之相比中国的研究还处于萌芽期。我国70年代初期，校企选择联手开始进行研发探索，有关院校及企业的研究人员尝试从各个角度去不断了解新技术创新。院士郭孔辉参与制订相关技术标准[5]提出操稳性试验方法与为解决高速行驶的稳定性指明了方向打下了基础。
在二十多年中国终于进行了第一次的实车风洞实验。尽管试验与西方一些国家的技术还不能相提并论落后很多，但是给国内科研人员非常大的信心，对于这次试验来说最大目的横意义还是希望通过本次试验积累一些经验，毕竟此前都是纸上谈兵，通过本次的实验了解一些实验参数测量以及后续改进的方向，为以后本土的汽车空气动力学的研究树立标杆指明方向，虽然有限但也打下了基础[6]。
Keywords:CARSIM；Computer simulation；Crosswind environment；Handling stability 目 录
第一章 绪论 1
1.1选题研究的目的与意义 1
1.2车辆受空气影响的研究历史背景 1
1.3本文研究对象 3
第二章 车辆空气动力学特性 4
2.1气动力及其力矩 4
2.1.1气动阻力与倾侧力矩 5
2.1.2侧向力及其产生的力矩 5
2.1.3气动升力及力矩 6
2.2气动力对行驶中车辆的影响 6
2.2.1侧倾力矩 6
2.2.2气动侧力及其力矩 7
2.2.3气动升力及纵倾力矩 7
2.3横风有关研究 7
2.3.1横风对车辆的影响 7
2.3.2侧风类型及等级 8
2.3.4侧风稳定性试验 8
2.4本章总结 9
第三章 CARSIM仿真软件模型建立 10
3.1 软件简介 10
3.2 CarSim下的整车建模仿真 10 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
3.2.1试验车型模型参数建立 11
3.2.2设定行驶道路场景 15
3.2.3简化二自由度模型 15
3.3侧风敏感性道路试验 15
3.4本章小结 17
第四章 多种工况下侧风稳定性仿真 19
4.1不同车速下侧风的影响 19
4.2不同风压中心位置下侧风的影响 22
4.2.1 X轴风圧中心位置变化后的影响 22
4.2.1 Z轴风圧中心位置变化后侧风的影响 24
4.3驾驶者状态对稳定性的影响 26
4.4本章小结 26
第五章 如何提高驾驶稳定性 28
结束语 29
致 谢 30
参考文献 31
第一章 绪论
1.1选题研究的目的与意义
现在汽车工业与道路飞速进步，在高速公路上汽车的行驶速度越来越高[1]。处于高速行驶中的小轿车随时都会受到侧风的影响。不同环境中，甚至超车时都会产生侧风。一瞬间的外力变化可能导致行驶路线的变化，车轮前轮角度会发生突然变化。汽车受到侧风影响时，极易导致汽车偏离行驶方向，此时驾驶员不得不操控方向盘来抵消侧风对车辆的影响，严重情况下甚至会引发驾驶员慌忙误操作导致事故发生[2]。
结合国内和国外的研究结论，在汽车的前期设计研发阶段就应当对侧分产生的影响进行预估。不然在实际运行中可能会导致量产车高速行驶稳定性的下降。这些评价指标已经成为如今全球各大汽车厂商研发新车型的关键技术标准。
但是汽车高速侧风稳定性的试验需要花费大量的人力物力，而且还存在较大的危险性。如今新兴技术的出现诸如电脑计算机等，非常多的程序编程模拟的出现，计算机模拟被广泛用于研究车辆动力学。越来越多的汽车行业选择通过CPU模拟运算，软件仿真的途径来研发车辆。不用真车在场地运行，而是通过在虚拟场景中，通过添加车辆参数来创造出同等环境来模拟汽车工况受影响的变化，从而能够在车辆设计阶段就预估模拟各工况。
在实际生活中有无数种可能会影响甚至改变车辆受到侧风的影响，其中包含大量的参数潜在影响。目前已知一些手段能够一定程度上优化或减小影响。例如常识放慢车速。甚至挡风墙。尽管减少了侧风对汽车的影响，但无法从源头上上彻底解决问题。笔者认为应当把设计思路及重点拉回到汽车上来。如果能够在汽车研发初期就把侧风影响纳入考量，从而设计应对措施去改良。理所应当的很多汽车厂商想到了从造型外形着手设计，通过改变空气动力学特性达到目的，但是多多少少要付出各种代价。受到横风的稳定特性参数已经是国际大厂在设计时必然纳入考量的因素之一，投入很多金钱精力。一些德国豪华品牌的豪华轿车甚至研发并配备了抵抗横风的辅助驾驶装置。可是目前关于横风稳定性的理论还鲜有人涉足，可以说基本是空白，等待我们去研究，还不完善有待改进。特别是本土品牌在空气动力对汽车操纵稳定性影响方面的研究还比非常落后，尽管有一定的研究结论，但整体进展并不乐观。想要研究透彻汽车行驶时有关空气动力学的参数，还需时日，一时半会无法完全掌握。
1.2车辆受空气影响的研究历史背景
现代汽车技术的发展进程告诉我们，车辆操纵性和转向反应的研究最早起源于1935年。之后，在1946年确定了车辆操纵性相关的基本理论。当中的研究涉及广泛，包含力学和汽车动态特性。再到上个世纪五十年代，开始理论研究和分析车辆受外界作用力的反应。二战后，对动态稳定性的研究把重点放到数学模型上，在1956年建立了首个数学模型仿真用来研究转弯系统特性，从那时起汽车操稳性的仿真科学研究在全球各个国家开展开来。1961到1963年，英国计算机研究动态稳定性进一步发展[3]。上个世纪八十年代，西方很多国家的大学和科研机构纷纷对农用半挂车及大型载货车的操纵性进行了科研。之后对汽车操纵稳定性的铺展开来越来越复杂，不只是对整车数学模型进行建模，纳入考量的还有悬吊系统，转向机构，车轮胎模型，以及最重要的空气动力学[4]。得出有关结论较低的侧倾力和正俯仰力矩有利于行驶的稳定性。从上个世纪七十年代开始，本土的长春汽车研究所开始研究汽车稳定性。进行了两项不同的研究。得出的研究结论无论在实践还是在理论上，都为分析气动力对汽车稳定性的影响打下了坚实的基础。
汽车空气动力学领域的研究西方国家要领先于中国不少。与之相比中国的研究还处于萌芽期。我国70年代初期，校企选择联手开始进行研发探索，有关院校及企业的研究人员尝试从各个角度去不断了解新技术创新。院士郭孔辉参与制订相关技术标准[5]提出操稳性试验方法与为解决高速行驶的稳定性指明了方向打下了基础。
在二十多年中国终于进行了第一次的实车风洞实验。尽管试验与西方一些国家的技术还不能相提并论落后很多，但是给国内科研人员非常大的信心，对于这次试验来说最大目的横意义还是希望通过本次试验积累一些经验，毕竟此前都是纸上谈兵，通过本次的实验了解一些实验参数测量以及后续改进的方向，为以后本土的汽车空气动力学的研究树立标杆指明方向，虽然有限但也打下了基础[6]。
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