zaigai汽车系统动力学报告

汽车系统动力学课程学习（MATLAB）小组报告指导教师：杨树军组别：第五组组长：陈全祥S15080204016组员：赵建兵S15085234007魏志斌S15085234011魏庆S15085234012刘维S15085234008刘志雷S150852340102015年12月11日一、纵向动力学性能分析1、三点插值法确定发动机外特性方程，该方程的曲线是一个二次曲线，方程如下：Me=(n-ne1)(n-ne2)Te3/(ne3-ne1)(ne3-ne2)+(n-ne1)(n-ne3)Te2/(ne2-ne1)(ne2-ne3)+(n-ne2)(n-ne3)Te1/(ne1-ne2)(ne1-ne3)曲线如下：2、计算最高车速最高车速可用驱动力行驶阻力平衡图求解。各档位下的驱动力曲线和行驶阻力曲线的交点所对应的车速即为该车辆的最高车速。行驶阻力—滚动阻力—空气阻力—驱动力注：在求最高车速时不能直接用最高档的驱动力等于行驶阻力得出最高车速，因为有些车辆的最高车速的档位不一定是最高档。汽车最高车速=92.2736（）3、最大爬坡度一档时候汽车有最大爬坡度。一档最大驱动力阻力利用，解出的值。本程序中利用图像法得到交点，交点对应的横坐标就是最大爬坡角度。汽车最大爬坡角=4、计算各档的最大加速度当汽车在平直道路上加速时可以忽略道路阻力和空气阻力,则有：如图所示：1.67131.25900.93480.67310.46270.30500.19080.1069二、基于MATLAB的单轮模型ABS控制仿真计算当前角速度、速度计算当前的滑移率是计算附着系数曲线地面制动附着力计算车轮角加速度，加速度制动保压制动减压制动增压计算制动器阻力矩结束是否输入初始参数仿真流程图1动力学建模1.1单轮模型某车辆简化后的单轮制动力模型如图所示。其中单轮质量为，车轮滚动半径为，车轮转动惯量为，车轮旋转角速度为，车轮中心前进速度为，地面制动力为，作用于车轮的制动力矩为。忽略空气阻力和车轮滚动阻力，则系统的运动方程如下：(1)（2）公式中，地面制动力等于作用于车轮的法向反力与路面附着系数的乘积，其中为制动滑移率的函数。1.2分段线性的轮胎模型根据轮胎的纵向特性，路面附着系数与车轮滑移率之间存在一定的非线性关系。如果用两段直线来表示路面附着—滑移率曲线，可得到分段线性化的附着系数与车辆滑移率的关系。其表达式如下：公式中，为峰值附着系数;为车轮完全抱死时的路面附着系数;为峰值附着系数所对应的滑移率。2控制算法保证车轮滑移率在最理想范围内。制动开始后，随着制动压力的升高车轮转速相应减小，车轮出现滑移；当滑移率达到理想范围的上限值时，减小制动力；随着制动力的减小，滑移率有逐渐减小，直至减小到滑移率的下限时，再增大制动压力。循环往复直至车辆停止。因此，在ABS控制器起作用的过程中，滑移率总保持在理想的范围内，从而保证车辆的最佳制动性能及行驶方向控制的稳定性。3仿真流程及参数输入由上可知，ABS控制器所用到的一些重要参数有：b（1）由路面附着系数与滑移率s的关系曲线所表示的轮胎模型；（2）滑移率控制上、下限；（3）车辆模型从参数及初始车速；（4）制动器油压增长率和减小率等；根据分析可知，控制逻辑实现的关键是计算当前的车轮滑移率并与预先确定的门限值（）进行比较，来判断对制动液压控制系统的增压和减压操作，控制流程如上图3所示。4模型仿真过程仿真流程图所示的单轮制动力模型参数由表1给出。设轮胎模型定义的路面附着系数分别为，,以门限值控制算法设计的ABS控制器，使车轮滑移率s保持在最优值附近，这里令，。表1单轮ABS制动力模型参数参数符号单位数值参数符号单位数值车轮质量车轮半径转动惯量初始车速初始角速度m3000.251230120初始制动力矩制动油压增长率制动油压减小率采样时间600300050000.05表1给出的模型参数及路面附着系数，按照控制流程图采用语言编制仿真程序。需要指出的是表1给出的参数仅作为参考，系统设计过程中可根据需要调整，以获得满意的结果。5MATLAB程序s=[];%滑移率s的数组%初值设定w(1)=120;v(1)=30;s(1)=0;tn=0;i=2;while(1)if(vk=0|wk=0)%如果vk或wk等于0时退出循环breakendtn=tn+1;sb=(vk-0.25*wk)/vk;%滑移率的公式，车轮动力半径Rd=0.25s(i)=sb;%滑移率s的数组ifsb=0.2%Sopt=0.2u=4*sb;elseu=0.85-0.25*sb;endFxb=u*300*9.8;ifsb0.22%Smax=0.22Tb=Tb-kd*0.05;%采样时间为0.05elseifsb0.18%Smin=0.18Tb=Tb+ki*0.05;elseTb=Tb;endwk=wk+(Fxb*0.25-Tb)/12*0.05;%单轮制动力学模型公式，采样时间为0.05w(i)=wk;%角速度的数组vk=vk-Fxb/300*0.05;v(i)=vk;%车速的数组i=i+1;endt=[0:0.05:0.05*tn];%时间t的数组subplot(211)plot(t,v,t,w*0.25);legend('车轮前进速度','车轮线速度');title('车轮前进速度与车轮线速度关系曲线');xlabel('时间/s');ylabel('速度/(m/s))');axis([00.05*tn030]);subplot(212)plot(t,s,t,0.18,t,0.22)title('ABS控制的滑移率时域仿真结果');xlabel('时间/s');ylabel('滑移率');set(gca,'Ytick',0:0.2:1);6仿真结果分析7结论滑移率保持在最佳范围附近不但有助于减小制动距离，还对保持侧向力系数在较高水平、防止出现制动侧滑产生重大影响，这对维持汽车的制动稳定性有重要意义。三、扭振系统模型与分析第一步：分析并理解传动系统的扭振模型，学习教材如何建立扭振系统动力学方程；第二步：进行固有频率与振型分析，求得通解为：；第三步：求解特征方程，即＝0，求得的特征值就是扭转振动系统的固有频率，其对应的特征矢量就是该固有频率对应的振型。第四步：利用MATLAB编程，正确运行并得出如下结果：单节点双节点三节点四节点五节点=4.263211.989073.9175147.6757252.9204=1.00001.00001.00001.00001.00001.00000.99990.99460.97850.93690.99990.99960.98410.93670.81700.99990.99910.96610.86660.62250.99980.99860.94540.78710.41420.99970.99790.91970.69140.18090.99960.99690.88460.5645-0.10070.99240.9399-1.0623-4.6842-0.04260.98770.9029-2.2587-7.36250.01140.97940.8386-2.66395.17970.01210.95970.6865-3.223231.3056-0.00650.95330.6373-3.275134.7333-0.00950.3983-3.60380.0321-0.08370.0000-0.04820.0499-0.00000.0000-0.0000MATLAB程序%------------------------------------绘制第四档各固有频率对应的低阶振型图J1=1.986*10^-3;J2=1.910*10^-3;J3=1.931*10^-3;J4=1.931*10^-3;J5=1.910*10^-3;J6=1.924*10^-3;J7=7.8426*10^-2;J8=2.258*10^-3;J9=2.614*10^-2;J10=2.91*10^-3;J11=2.51*10^-3;J12=1.77*10^-3;J13=7.836*10^-2;J14=3.238;%---------------------------------------------------------------转动惯量K1=7.95*10^4;K2=7.95*10^4;K3=6.95*10^4;K4=7.95*10^4;K5=7.95*10^4;K6=6.90*10^4;K7=8.93*10^3;K8=1.41*10^4;K9=1.02*10^4;K10=4.4*10^3;K11=1.38*10^4;K12=1.616*10^2;K13=2.51*10^2;%---------------------------------------------------------------扭转刚度Y=[J1J2J3J4J5J6J7J8J9J10J11J12J13J14];J=diag(Y);%-----------------------------------------------------求对角阵K=[K1-K1000000000000;-K1K1+K2-K200000000000;0-K2K2+K3-K30000000000;00-K3K3+K4-K4000000000;000-K4K4+K5-K500000000;0000-K5K5+K6-K60000000;00000-K6K6+K7-K7000000;000000-K7K7+K8-K800000;0000000-K8K8+K9-K90000;00000000-K9K9+K10-K10000;000000000-K10K10+K11-K1100;0000000000-K11K11+K12-K120;00000000000-K12K12+K13-K13;000000000000-K13K13;];A=inv(J)*K;[VD]=eig(A);%-----------------------------------------求解矩阵A的特征值F=sqrt(D)/(2*pi);%------------------------------------------计算固有频率F=F(:,14:-1:1);V=V(:,14:-1:1);V1=V(:,2)./V(1,2);V2=V(:,3)./V(1,3);V3=V(:,4)./V(1,4);V4=V(:,5)./V(1,5);V5=V(:,6)./V(1,6);Ff=[F(13,2)F(12,3)F(11,4)F(10,5)F(9,6)]%---------------输出频率参数Vv=[V1V2V3V4V5]%-----------------------------------输出相应振型参数subplot(2,3,1),plot(V1),title('单节点振型'),gridon;subplot(2,3,2),plot(V2),title('双节点振型'),gridon;subplot(2,3,3),plot(V3),title('三节点振型'),gridon;subplot(2,3,4),plot(V4),title('四节点振型'),gridon;subplot(2,3,5),plot(V5),title('五节点振型'),gridon;第四挡对应各固有频率的低阶振型图四、基本操纵模型车辆稳定性分析（根轨迹）当进行车辆稳定性分析时，此时转向输入角为零。则方程可变为：只有当行列式，此方程才有非零解，求解行列式则可得该方程的特征方程解。由根轨迹图可知，特征方程解的实部为正时，系统不稳定；反之，系统稳定。MATLAB程序：m=1000;I=1500;A1=[1.151.251.35];B1=[1.351.251.15];Caf=53000;Car=53000;forf=1:3a=A1(1,f);b=B1(1,f);t=1;foru=20:5:10