4wid4wis车辆模型建立与仿真分析【字数：9878】
摘 要四轮独立驱动/独立转向（4WID-4WIS）电动汽车是四个车轮的驱动力矩和转向角均可独立控制的新型车辆型式，其具有很多的可控自由度，使车辆能够实现比传统车辆更优的机动性、操纵稳定性和主动安全性，所以4WID-4WIS电动汽车在车辆底盘的动力学控制上具有无可比拟的优势，是分布式电动汽车发展的终极形式。从长远看，4WID-4WIS电动汽车具有良好的发展前景，符合汽车工业的未来发展趋势，因而针对4WID-4WIS电动汽车的研究具有十分重要和深远的现实意义。本文以4WID-4WIS电动汽车为研究对象，介绍了与课题研究内容相关的4WID-4WIS电动汽车的国内外研究现状，并以此为基础确定本文的研究内容与研究框架。利用多体动力学原理，根据汽车理论，针对4WID-4WIS车辆的动力学特性进行分析，利用计算机仿真软件MATLAB/SIMULINK搭建了包括车体动力学模型、GIM轮胎模型、车轮动力学模型以及辅助计算模型在内的4WID-4WIS车辆动力学仿真模型。对整车动力学模型进行测试分析，验证模型的合理性，为4WID-4WIS车辆动力学控制的研究奠定基础。
目 录
第1章绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究 3
1.2.1 4WID电动汽车国内外发展概况 3
1.2.2 4WIS电动汽车国内外发展概况 4
1.3研究内容 7
第2章4WID4WIS车辆动力学模型 8
2.1车辆坐标系与模型简化 8
2.2车体动力学模型 8
2.3轮胎模型 10
2.4车轮动力学模型 13
2.5辅助计算模型 14
2.6本章小结 15
第3章动力学模型仿真分析 16
3.1 MATLAB/SIMULINK仿真软件 16
3.2 4WID4WIS车辆动力学SIMULINK仿真模型 16
3.3 4WID4WIS车辆动力学模型的仿真分析 19
3.4本章小结 25
第4章全文总结与展望 26
4.1全文总结 26
4.2研究展望 26
参考文献 27
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
致谢 28
附录：轮胎模型函数文件 29
第1章绪论
1.1研究背景及意义
气候变化、能源和环境问题是人类社会一直面临的问题。随着美国回归《联合国气候变化框架公约》第15次缔约方会议，中国、印度等新兴国家也加入了进来，以及大部分国家开始施行环保节能策略，至此，人类社会一直面临的问题终于得到了重视，全世界真正开始着力于解决这一问题。就当前情况看来，只有通过强力的手段来有效地降低温室气体与尾气的排放，同时减少能源的消耗，才能推动气候、能源、环境相关问题的解决。因此，全世界主要国家政府、组织以及与汽车相关的企业和商人聚集到了一起，合力探寻升级当前的汽车工业产业结构的方法，并合力推动动力形式向电动化转变，从而推动电动汽车社会的形成。
尽管电动汽车好像是近年来才进人们的视线，然而它的历史却比人们想像的要长得多。1834年，美国的Thomas Davenport研制出了世界上第一辆直流电机驱动的电动汽车；英国人罗伯特戴维森于1873年制造出了一辆电池驱动的电动汽车；1859年法国人Gaston Plante发明了铅酸电池作为蓄电装置；1881年法国工程师古斯塔夫特鲁夫发明了世界上第一辆用铅酸电池驱动的电动三轮车。从19世纪80年代到20世纪初的这20几年的时间里，涌现出了大量造型古怪、设计思路不受时代拘束的电动汽车设计，例如外形酷似马车的电动汽车，又或是造型像月球车的电动汽车，虽然在现在看来都不成熟，但他们在电动汽车领域的不断探索，在设计思路上的不断创新，为以后电动汽车的创新发展打下基础。
近几年来，全球电动汽车的销量增长迅速，2017年与2016年的销量如图1.1所示。
/
图1.1全球新能源乘用车2017年与2016年销量对比（单位：辆）
从图1.1中可以看出，2016年全球的电动汽车销量是77.4万辆，2017年增长到122.3万辆，较2016年多出近60%。2017年是意义深远的一年，中国新能源乘用车（主要为电动汽车）市场销量首次突破70万辆，如图1.2所示，乘用车市场销量同比增长70%，同时占据了高达2.1%的市场份额，远远多于2016年1.5%的占比，这一比例也高于美国1.2%和欧洲1.9%的市场占比。同时，中国约占了全世界一半的新能源乘用车的销售量。中国的电动汽车行业的发展之所以如此迅速，主要是因为中国政府实施了相关政策对相关企业进行扶持和补贴，再加上电动汽车本身相对于传统汽车所有的优势，因而呈现出了迅猛的发展态势。
目前，中国已经和美国、挪威、德国与法国一样成长为全球前五大电动汽车销售国。
/
图1.2五国2017年与2016年新能源乘用车销量对比（单位：辆）
根据专家的预估，在未来10年内，电动汽车的性价比将超过传统汽车，因而未来的市场电动汽车将会成为主流，同时这一转变将会让人类更早实现零排放道路交通这一目标。
四轮独立驱动独立转向（4WID4WIS）电动汽车[1]是四个车轮的驱动力矩和转向角均可独立控制的新型车辆型式。驱动力矩和转向角可以独立控制就意味着该车辆的可控自由度远多于传统汽车，也意味着该车辆具有更加优越的机动性、操纵稳定性和主动安全性，所以该电动汽车在车辆底盘的动力学控制上具有无可比拟的优势，可以说是分布式电动汽车发展的终极形式。长远地看，4WID4WIS电动汽车具有良好的发展前景[2]，非常符合汽车工业的未来发展趋势，所以非常有必要加大对4WID4WIS电动汽车相关技术研究的支持力度[3]。本文以4WID4WIS电动汽车为研究对象，利用多体动力学理论和MATLAB/Simulink软件建立4WID4WIS车辆的动力学仿真模型，分析其动力学特性，为4WID4WIS车辆动力学控制的研究奠定基础。
1.2国内外研究
近年来，在分布式驱动电动汽车相关研究项目的支持下，诸如“如何在汽车高效运行时兼顾节能”、“如何在汽车高速行驶时兼顾安全”这类问题得到了一定程度的研究。分布式驱动电动汽车因为具有传动链短、传动效率高、结构紧凑等优点，所以在能耗、主动安全性和其它性能上都优于传统车辆。4WID电动车辆是典型的分布式驱动电动车辆，四轮独立驱动独立转向(4WID4WIS)电动汽车这一新型车辆架构[4]就是在4WID电动车辆上进一步引入四轮独立转向(4WIS)技术的科研成果，作为四个车轮的驱动力矩和转角均可独立控制的新型车辆型式，该车辆不仅具有分布式驱动电动车辆的优点，还具有相较于传统车辆更加优越的机动性、操纵稳定性和主动安全性，因而能够实现多种转向模式。目前，4WID4WIS电动汽车在工业、农业、军事、宇宙探索等多个领域都得到了广泛的应用，是当前车辆领域的研究热点。
4WID电动汽车国内外发展概况
目 录
第1章绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究 3
1.2.1 4WID电动汽车国内外发展概况 3
1.2.2 4WIS电动汽车国内外发展概况 4
1.3研究内容 7
第2章4WID4WIS车辆动力学模型 8
2.1车辆坐标系与模型简化 8
2.2车体动力学模型 8
2.3轮胎模型 10
2.4车轮动力学模型 13
2.5辅助计算模型 14
2.6本章小结 15
第3章动力学模型仿真分析 16
3.1 MATLAB/SIMULINK仿真软件 16
3.2 4WID4WIS车辆动力学SIMULINK仿真模型 16
3.3 4WID4WIS车辆动力学模型的仿真分析 19
3.4本章小结 25
第4章全文总结与展望 26
4.1全文总结 26
4.2研究展望 26
参考文献 27
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
致谢 28
附录：轮胎模型函数文件 29
第1章绪论
1.1研究背景及意义
气候变化、能源和环境问题是人类社会一直面临的问题。随着美国回归《联合国气候变化框架公约》第15次缔约方会议，中国、印度等新兴国家也加入了进来，以及大部分国家开始施行环保节能策略，至此，人类社会一直面临的问题终于得到了重视，全世界真正开始着力于解决这一问题。就当前情况看来，只有通过强力的手段来有效地降低温室气体与尾气的排放，同时减少能源的消耗，才能推动气候、能源、环境相关问题的解决。因此，全世界主要国家政府、组织以及与汽车相关的企业和商人聚集到了一起，合力探寻升级当前的汽车工业产业结构的方法，并合力推动动力形式向电动化转变，从而推动电动汽车社会的形成。
尽管电动汽车好像是近年来才进人们的视线，然而它的历史却比人们想像的要长得多。1834年，美国的Thomas Davenport研制出了世界上第一辆直流电机驱动的电动汽车；英国人罗伯特戴维森于1873年制造出了一辆电池驱动的电动汽车；1859年法国人Gaston Plante发明了铅酸电池作为蓄电装置；1881年法国工程师古斯塔夫特鲁夫发明了世界上第一辆用铅酸电池驱动的电动三轮车。从19世纪80年代到20世纪初的这20几年的时间里，涌现出了大量造型古怪、设计思路不受时代拘束的电动汽车设计，例如外形酷似马车的电动汽车，又或是造型像月球车的电动汽车，虽然在现在看来都不成熟，但他们在电动汽车领域的不断探索，在设计思路上的不断创新，为以后电动汽车的创新发展打下基础。
近几年来，全球电动汽车的销量增长迅速，2017年与2016年的销量如图1.1所示。
/
图1.1全球新能源乘用车2017年与2016年销量对比（单位：辆）
从图1.1中可以看出，2016年全球的电动汽车销量是77.4万辆，2017年增长到122.3万辆，较2016年多出近60%。2017年是意义深远的一年，中国新能源乘用车（主要为电动汽车）市场销量首次突破70万辆，如图1.2所示，乘用车市场销量同比增长70%，同时占据了高达2.1%的市场份额，远远多于2016年1.5%的占比，这一比例也高于美国1.2%和欧洲1.9%的市场占比。同时，中国约占了全世界一半的新能源乘用车的销售量。中国的电动汽车行业的发展之所以如此迅速，主要是因为中国政府实施了相关政策对相关企业进行扶持和补贴，再加上电动汽车本身相对于传统汽车所有的优势，因而呈现出了迅猛的发展态势。
目前，中国已经和美国、挪威、德国与法国一样成长为全球前五大电动汽车销售国。
/
图1.2五国2017年与2016年新能源乘用车销量对比（单位：辆）
根据专家的预估，在未来10年内，电动汽车的性价比将超过传统汽车，因而未来的市场电动汽车将会成为主流，同时这一转变将会让人类更早实现零排放道路交通这一目标。
四轮独立驱动独立转向（4WID4WIS）电动汽车[1]是四个车轮的驱动力矩和转向角均可独立控制的新型车辆型式。驱动力矩和转向角可以独立控制就意味着该车辆的可控自由度远多于传统汽车，也意味着该车辆具有更加优越的机动性、操纵稳定性和主动安全性，所以该电动汽车在车辆底盘的动力学控制上具有无可比拟的优势，可以说是分布式电动汽车发展的终极形式。长远地看，4WID4WIS电动汽车具有良好的发展前景[2]，非常符合汽车工业的未来发展趋势，所以非常有必要加大对4WID4WIS电动汽车相关技术研究的支持力度[3]。本文以4WID4WIS电动汽车为研究对象，利用多体动力学理论和MATLAB/Simulink软件建立4WID4WIS车辆的动力学仿真模型，分析其动力学特性，为4WID4WIS车辆动力学控制的研究奠定基础。
1.2国内外研究
近年来，在分布式驱动电动汽车相关研究项目的支持下，诸如“如何在汽车高效运行时兼顾节能”、“如何在汽车高速行驶时兼顾安全”这类问题得到了一定程度的研究。分布式驱动电动汽车因为具有传动链短、传动效率高、结构紧凑等优点，所以在能耗、主动安全性和其它性能上都优于传统车辆。4WID电动车辆是典型的分布式驱动电动车辆，四轮独立驱动独立转向(4WID4WIS)电动汽车这一新型车辆架构[4]就是在4WID电动车辆上进一步引入四轮独立转向(4WIS)技术的科研成果，作为四个车轮的驱动力矩和转角均可独立控制的新型车辆型式，该车辆不仅具有分布式驱动电动车辆的优点，还具有相较于传统车辆更加优越的机动性、操纵稳定性和主动安全性，因而能够实现多种转向模式。目前，4WID4WIS电动汽车在工业、农业、军事、宇宙探索等多个领域都得到了广泛的应用，是当前车辆领域的研究热点。
4WID电动汽车国内外发展概况
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/qcgc/625.html
