14汽车总体设计整车性能仿真与系统匹配

1、 PAGE 461.4 汽汽车总体设设计整车性性能仿真与与系统匹配配1.4.11动力性能能仿真计算算计算目的 汽车的动动力性是汽汽车重要基基本性能指指标之一。动力性的的好坏，直直接影到汽汽车在城市市和城际公公路上的使使用情况。因此在新新车开发阶阶段要进行行动力性计计算，预测测今后生产产车型是否否满足使用用要求。使使汽车具有有良好的动动力学性能能.已知参数如如表所示表1.4.1 动力力学某车型型的计算参参数和数据据的确定或或优化参数名称某车型变速器传动动比一挡3.4555二挡1.9444三挡1.2866四挡0.9699五挡0.8主减速器传传动比4.1111满载质量1460kkg空载质量1040k

2、kg设计载荷质质量1250kkg各个挡传动动效率90%迎风阻力系系数0.35迎风面积1.9m22滚动阻力系系数公式拟和发动机形式式AFE电喷喷发动机滚动半径0.2888m(1995/600R14885H)a 设计载载荷确定： 该车型设设计载荷根根据德国标标准DINN 700020规定定：在空车车重量（整整备质量）的的基础上加加上座位载载荷。5座座位轿车前前面加2人人、后排加加1人，也也称为半载载作为设计计载荷, 重量假定定为68kkg加上随随身物品77kg，重重心对于不不可调整座座位在R点点（设计HH点）前550mm，可可调整作为为R点前1100mmm处。我国国标准常常常规定满载载作为设计计工

3、况. 对于该计计算车型如如采用德国国标准, 则具体计计算为：11070kkg+3*（68kkg+7kg）=12955kgb 迎风面面积： 根根据迎风面面积计算公公式：A=0.788BH确定定，其中：A迎风面面积，B车车宽，H车车高。对于于该车型而而言具体计计算为：AA=0.778*17710mmm*14277mm=1.900m2c 传动效效率： 根根据该轿车车的具体传传动系统形形式，传动动系统的传传动效率大大体可以由由变速器传传动效率，单单级主减速速器传动效效率，万向向节传动效效率组成。具体计算为为：95%（变速器器）乘966%（单级级主减速器器）乘988%（万向向节）=889.4%，同时考考

4、虑到，一一般情况下下采用有级级变速器的的轿车的传传动系统效效率在900%到922%之间，对对上述计算算结果进行行圆整，对对传动系统统效率取为为90%d 滚动阻阻力系数： 滚滚动阻力系系数采用推推荐拟和公公式进行计计算：，其中：取为为0.0114（良好好水泥或者者沥青路面面），为车车速km/h。转矩N.M发动机转速n/min 发动机外外特性曲线线转矩N.M发动机转速n/minAJR发动动机 iii AFFE发动机机图1.4.1 发动动机外特性性曲线基本理论概概述 汽汽车动力性性能计算主主要依据汽汽车驱动力力和行驶阻阻力之间的的平衡关系系:（1.4.1） 表1.44.2 各各种受力名名称_驱动力，

5、_滚动阻力，_空气阻力，_坡道阻力，_加速阻力，上述驱动力力和行驶阻阻力的计算算方法以及及各个曲线线的计算方方法具体说说明如下：驱动力行驶驶阻力平衡衡图：驱动力：，NN （11.4.22）其中：发动机的的扭矩，根根据发动机机使用外特特性曲线来来确定。也也就是说我我们可以根根据发动机机的转速利利用外特性性曲线进行行插值计算算来获得, 单位NN.M.：变速器各各个挡位的的传动比：主减速器器传动比：传动系统统各个挡位位情况下的的传动效率率：车轮的滚滚动半径,单位m滚动阻力：，N （1.4.3）其中：是汽车计计算载荷情情况下的质质量,单位位：kg：重力加速速度,单位位：m/ss2：汽车滚动动阻力系数数

6、：道路坡角角, 单位位：radd空气阻力：,N （1.44.4）其中：空气阻力力系数，：迎风面积积, 单位位：m2：车速,单单位是kmm/h坡道阻力：，N （1.44.5）其中：计算载荷荷情况下汽汽车的质量量,单位：kg：重力加速速度, 单单位：m/s2：道路坡角角, 单位位：radd加速阻力：，N （1.4.6）其中：旋转质量量换算系数数，根据估估算公式确确定，在轿轿车中和取值范围围在0.003到0.05之间间，我们取取平均数值值=0.004:计算载荷荷情况下汽汽车的质量量, 单位位：kg:汽车行驶驶加速度, 单位：m/s22 在在进行不同同挡位的驱驱动力和阻阻力计算时时我们还需需要知道车车

7、辆速度与与发动机转转速之间的的关系：， （1.4.7）其中：车速,单单位是kmm/h：发动机转转速，单位位是rpmm：主减速器器传动比：传动系统统各个挡位位情况下的的传动效率率：车轮的滚滚动半径, 单位：m 根根据上述公公式我们就就可以方便便的确定出出汽车的驱驱动力行驶驶阻力平衡衡曲线，求求出驱动力力和行驶阻阻力的交点点即为最高高车速。动力因数图图动力因数定定义公式： （11.4.88）其中各个参参数的含义义同前面的的说明。利用公式（1.4.8）结合前面公式就可以计算出汽车各个挡位的动力因数。功率平衡图图在公式（11.4.11）的基础础上，如果果我们在公公式两端乘乘以车辆速速度，经过过整理就可

8、可以得到功功率平衡计计算公式（单单位是kWW）： （11.4.99）其中：发动机效效率，单位位kW其他各个参参数的意义义和单位同同上述说明明。利用公式（1.4.9）我们就可以计算出汽车行驶功率平衡曲线。爬坡度曲线线由于计算爬爬坡度时，汽汽车除了克克服空气阻阻力，滚动动阻力之外外所有的剩剩余驱动力力都用来克克服坡道阻阻力，所以以加速阻力力为零。根据公式（1.4.1）我们可以得到如下公式代入公式（1.4.3），（1.4.5）我们就可以得到如下公式：如果我们代代入公式 以及及公式（11.4.88），经过过整理那么么我们就可可以得到： （11.4.110）然后根据公公式进行转转换，这样样就可以计计算出

9、爬坡坡度曲线了了。加速时间汽车的驱驱动力除了了用来克服服空气阻力力，滚动阻阻力以外主主要是用来来克服加速速阻力，此此时坡道阻阻力为零。根据公式（1.4.1），（1.4.6）我们可以得到如下公式：所以时间然后我们们采用龙贝贝格数值积积分计算方方法对上面面的公式进进行积分就就可以得到到所需要的的加速时间间曲线。计算分析根据上述已已知条件以以及相关的的计算理论论，得到如如下计算结结果。该车型的计计算实例驱动力行驶驶阻力平衡衡图图1.4.2 汽车车驱动力与与行驶阻力力平衡图动力因数图图图1.4.3 汽车车动力特性性图功率平衡图图图1.4.4 汽车车功率平衡衡图加速度曲线线图1.4.5 汽车车加速度曲曲

10、线图爬坡度曲线线图1.4.6 汽车车爬坡度曲曲线图时间速度曲曲线图1.4.7 汽车车加速时间间曲线图 根根据上述计计算条件和和计算结果果，我们可可以确定设设计载荷情情况下的计计算结果：表1.4.3 计算算结果项目计算数值公布数值汽车最高车车速169.00km/hh165kmm/h0到1000km/hh加速时间间13.0ss13.9ss最高档300km/hh加速通过过400mm时间23.0ss原地起步加加速通过4400m时时间18.8ss最高档最大大动力因数数0.1最大爬坡度度48.4%从上面的计计算结果我我们可以看看出，试验验数值同计计算数值之之间的误差差基本控制制在5%工工程误差范范围之内,

11、汽车的动动力性能计计算和仿真真结果是正正确的,可可以进行整整车匹配设设计。1.4.22 燃油经经济性能仿仿真 随随着世界石石油危机的的出现，节节约汽车用用油是现代代汽车制造造业和运输输业必须首首先考虑的的问题，在在汽车设计计之初就必必须对所设设计汽车的的经济性有有准确的评评价。等速百公里里油耗计算算原理 汽车等速速百公里油油耗计算主主要是依据据汽车发动动机的万有有特性曲线线以及汽车车功率平衡衡图进行油油耗计算。计算具体体过程说明明如下： 首首先计算汽汽车在不同同车速情况况下以最高高挡位行驶驶时的阻力力功率，主主要是空气气阻力功率率和滚动阻阻力功率。根据动力性性能的计算算公式我们们可以知道道 (

12、1.4.111）其中：发动机功功率，单位位:kW：传动系统统各个挡位位情况下的的传动效率率：是汽车计计算载荷情情况下的质质量, 单单位：kgg。：重力加速速度, 单单位：m/s2：汽车滚动动阻力系数数：道路坡角角, 单位位：radd：空气阻力力系数：迎风面积积,单位：m2：车速,单单位:kmm/h然后根据公公式， （1.4.12） 来来确定最高高挡位情况况下发动机机转速和车车速之间的的关系以获获得对应不不同车速的的发动机转转速。其中：车速,单单位:kmm/h：发动机转转速，单位位:rpmm：主减速器器传动比：传动系统统各个挡位位情况下的的传动效率率：车轮的运运动半径, 单位：m 最后利用用已经

13、获得得的发动机机转速和发发动机功率率根据万有有特性曲线线进行插值值计算获得得燃油消耗耗率，然后后根据公式式： （1.4.13）计算得出等等速百公里里油耗。其中：等速百公公里油耗，单单位：L：发动机的的实际燃油油消耗率.我们利用万万有特性曲曲线通过对对转速和功功率的插值值计算来获获得,单位位：g/kkW/h：发动机工工作功率，我我们采用设设计的阻力力功率来获获得，也就就是包括滚滚动阻力功功率，迎风风阻力功率率（加速阻阻力和坡路路阻力为零零）, 单单位：kWW：汽车行驶驶车速，利利用车速同同发动机转转速之间的的关系，我我们就可以以得到这时时的发动机机转速, 单位：KKm/h ：燃油密密度, 单单位

14、：kgg/m2:重力加速速度, 单单位：m/s-2微型车100个工况油油耗 微微型车100工况油耗耗是根据国国家标准规规定的汽车车复杂运行行工况来计计算的，汽汽车运行工工况的具体体规定参见见图1.44.8。图1.4.8 汽汽车十工况况试验循环环 从从上面的图图形我们可可以看出这这些复杂公公况主要包包括加速工工况、恒速速工况、减减速工况，怠怠速工况等等等。下面面我们逐一一说明具体体的计算方方法：a恒速工况况 计计算方法同同等速百公公里油耗的的计算方法法类似。首首先利用公公式（1.4.111），（11.4.112）确定定汽车运行行状态的功功率与车速速，然后根根据下面公公式计算对对应的单位位时间油耗

15、耗：（单位：LL/s） (1.4.14）其中：等速百公公里油耗，单单位：L：发动机的的实际燃油油消耗率，我我们利用万万有特性曲曲线通过对对转速和功功率的插值值计算来获获得,单位位：g/kkW/h：发动机工工作功率，我我们采用设设计的阻力力功率来获获得，也就就是包括滚滚动阻力功功率，迎风风阻力功率率（加速阻阻力和坡路路阻力为零零）,单位位：kW：汽车行驶驶车速，利利用车速同同发动机转转速之间的的关系，我我们就可以以得到这时时的发动机机转速,单单位：Kmm/h ：燃油密密度, 单单位：kgg/m2:重力加速速度, 单单位：m/s-2然后根据公公式：（单位：LL）计算这段恒恒速阶段时时间内的油油耗。

16、其中：行驶时间间，单位:s同时这段时时间内的行行使距离为为：/3.6（单单位：m）其中为行驶驶速度，单单位:kmm/h。b加速工况况根据动力性性能计算说说明书，我我们可以知知道汽车在在行驶过程程中的功率率表达方式式为： （1.4.15）其其中：发动机工工作功率，单单位：kWW：传动系统统各个挡位位情况下的的传动效率率：是汽车计计算载荷情情况下的质质量，单位位：kg。：重力加速速度，单位位：m/ss2：汽车滚动动阻力系数数：道路坡角角单位：rrad：空气阻力力系数，：迎风面积积，单位：m2：车速,单单位：kmm/h：旋转质量量换算系数数，根据估估算公式确确定，在轿轿车中和 取值值范围在00.03

17、到到0.055之间，我我们取平均均数值=0.004:计算载荷荷情况下汽汽车的质量量, 单位位：kg:汽车行驶驶加速度, 单位：m/s22 然然后确定不不同挡位情情况下发动动机转速和和车速之间间的关系以以获得对应应不同车速速的发动机机转速。最最后利用已已经获得的的发动机转转速和发动动机功率根根据万有特特性曲线进进行插值计计算获得燃燃油消耗率率。那么我们可可以根据公公式：, L/ss （1.44.16）确定单位时时间内的燃燃油消耗量量。我们把加速速阶段内的的燃油消耗耗量用积分分公式表达达成为： ,L (1.4.177)其中：，为加速开开始和截止止时间，单单位s。 如果这段段计算期间间开始速度度为(

18、单位位：km/h)，截截止速度为为(单位：km/hh)，那么么这段时间间内的行驶驶距离为: （单位位：m）c减速工况况 因因为减速工工况下，汽汽车油门松松开并且轻轻微制动，那那么这段时时间内的油油耗为怠速速油耗消耗耗率与减速速时间的乘乘积。其中：怠速油耗耗消耗率，单单位：L/s;:减速时间间，单位ss。 如果这段段计算期间间开始速度度为(单位位：km/h)，截截止速度为为(单位：km/hh)，那么么这段时间间内的行驶驶距离为: （单位位：m）d怠速停车车公况如果怠速停停车时间为为(单位：s),那那么燃油消消耗量（单单位：L）为为：其中：怠速油耗耗消耗率，单单位：L/s;：时间,单单位：s 综综

19、合上述计计算，对等等速，等减减速，怠速速组成循环环工况的等等效百公里里油耗为：（单位：LL）其中：为各个阶阶段燃油消消耗量的总总和（单位位：L）。：为各个阶阶段行驶路路程总和（单单位：m）。 输入参数数表1.4.4 输入入参数参数名称某微型汽车车发动机形式式456Q总重1450kkg空气阻力系系数0.44传动效率90%迎风面积2.25mm2主减速器传传动比5.1255变速器5挡1挡3.65222挡1.94773挡1.42334挡1.05挡0.7955滚动阻力系系数0.0133燃油密度7.05NN/cm33车轮半径0.2655m怠速燃油消消耗率0.2999ml/ss计算实例结结果多工况油耗耗表1

20、.4.5工况油耗10工况8.77LL某微型车44挡等速百百公里油耗耗图1.4.9某微型型车4挡等等速百公里里油耗 某微型车车5挡等速速百公里油油耗图1.4.10某微微型车5挡挡等速百公公里油耗1.4.33 操纵稳稳定性仿真真和系统优优化(1) 计计算目的 汽汽车操纵稳稳定性不仅仅影响到汽汽车驾驶的的操纵方便便程度，而而且也是决决定高速汽汽车安全行行驶的一个个重要性能能，根据操操纵稳定性性涉及的具具体内容需需仿真计算算包括如下下几个方面面的内容：时域计算算、频域计计算、瞬态态响应计算算、稳态响响应计算、角输入响响应计算、力输入响响应计算等等内容。角阶跃输入入响应a原理如图1.44.11，我我们采

21、用三三自由度汽汽车模型，也也就是航向向角、车身身侧倾角、重心处侧侧偏角来描描述汽车的的运动。根根据围绕ZZ轴，X轴轴的力矩平平衡以及沿沿Y轴的受受力平衡列列出微分方方程，然后后进行求解解。图1.4.11 三三自由度模模型b方程推导导坐标系统 依依据上图以以汽车静止止时重心铅铅垂线与侧侧倾轴线的的交点为坐坐标原点，以以汽车纵向向水平轴线线取为X轴轴线，前进进方向为正正方向，过过原点与XX轴垂直方方向向上为为Z轴，与与X，Z轴轴线垂直方方向为Y轴轴线,坐标标系统符合合右手法则则。 在在将前轮转转向角（转转向盘转角角）看做已已知输入时时，汽车的的运动状态态可以用三三个广义坐坐标来表示示：航向角角、重

22、心侧侧偏角和车车身侧倾角角。按右手手定则，、的正向与与Z轴一致致。正向与与X轴正向向一致。 轮轮胎在侧向向力作用下下产生侧偏偏角1（前前轮）与22（后轮），它它们由侧向向力、与相应轮轮胎的特性性所决定。在既定侧侧偏角方向向的情况下下，、以与Y轴轴相反的方方向为正。符号说明 如如果单位不不进行特殊殊说明均采采用国际单单位制。：整车质量量（kg）：悬架上质质量(kgg):轴距(mm)：重心到前前后轴的距距离(m) ：整车绕绕垂直轴线线的转动惯惯量(kgg.m2) ：悬架上上质量绕通通过悬挂质质量重心的的X轴的转转动惯量(kg.mm2) ：悬架上上质量绕通通过悬挂质质量重心的的X，Z的的轴惯性积积(

23、kg.m2) ：前轮单单侧侧偏刚刚度(N/rad) ：后轮单单侧侧偏刚刚度(N/rad):前轮回正正力矩系数数(N.mm/radd):后轮回正正力矩系数数(N.mm/radd)：前轮侧倾倾转向系数数：后轮侧倾倾转向系数数：前侧倾角角刚度(NN.m/rrad)：后侧倾角角刚度(NN.m/rrad)：前侧倾角角阻尼(NN.m/rrad/ss)：后侧倾角角阻尼(NN.m/rrad/ss):侧倾力臂臂(m)，悬悬挂上质量量重心到侧侧倾中心的的垂直距离离 ：汽车航航向角(rrad) ：悬架上上质量与悬悬架下质量量之间相对对侧倾角(rad) ：重心处处速度与绝绝对坐标之之间的夹角角(radd):横摆角速速

24、度(raad/s):侧倾角速速度(raad/s):重心处侧侧偏角(rrad):前轮有效效侧偏角(rad):后轮有效效侧偏角(rad):名义前轮轮转角(rrad):车速(mm/s):前轮侧向向力(N):后轮侧向向力(N)(c) 方方程推导过过程 在在上述坐标标系统中，坐坐标原点OO的绝对加加速度在YY轴方向的的投影为：在不太大的的范围内，故 (1.4.18)悬架上质量量重心的横横向绝对加加速度在YY轴上的投投影为 (1.4.19) 按按达朗贝尔尔原理，可可列出如下下三个平衡衡方程：绕Z轴力矩矩平衡式: (1.44.20)沿Y轴力平平衡式： (1.4.211)即 (11.4.222)绕X轴力矩矩平

25、衡式： (1.44.23) 其其中是悬架架上质量绕绕车身重心心的纵轴的的转动惯量量，顾及，得得 (1.4.244)由于 (1.44.25)及几何关系系： (1.4.266)得 (1.4.27) 其中 (1.4.288)为了便于上上机运算，可可令四维向向量 (1.44.29)为系统的状状态变量 那那么我们就就可以把上上述微分方方程改写成成为状态变变量X的一一阶微分方方程 (11.4.330)其中 (1.4.31) (1.4.322) (11.4.333) 利利用上述方方程就可以以进行汽车车角输入操操纵稳定性性能仿真计计算。(d)计算算结果参考考标准美国试验验安全车操操纵稳定性性性能要求求极其试验

26、验方法汽车操纵纵稳定性指指标限值和和评价方法法GB/T130047-991c仿真计算算输入参数列列表如表1.44.6表1.4.6 输入入参数参数名称参考设计车车型1整车质量（设设计载荷）1250kkg簧载质量（设设计载荷）1121kkg轴距2548mmm整车重心至前轴距离离1.0866m整车重心至后轴距离离1.4622m整车绕Z轴轴转动惯量2139kkg*m2悬架上质量量绕X轴转转动惯量455kgg*m2悬架上质量量绕XY轴轴惯性积0前轮侧偏刚刚度(单轮轮)231477N/raad后轮侧偏刚刚度(单轮轮)383188N/raad前轮回正力力矩系数0后轮回正力力矩系数0前侧倾转向系数-0.111

27、4后侧倾转向系数0前侧倾角刚刚度477855N/raad后侧倾角刚刚度575255N/raad前侧倾角阻阻尼2311NN/radd/s后侧倾角阻阻尼2212NN/radd/s侧倾力臂0.46mm仿真计算条条件 车速v=440，800，1100km/hh角阶跃输入入,并且使使汽车的侧侧向加速度度位于之间间。(c) 仿仿真计算结结果车速V=440km/h时的操操纵稳定性性计算结果果如图 1.4.112所示:图1.4.12 横横摆角速度度曲线(车车速V=440km/h)图1.4.13 横横摆角速度度曲线(车车速V=880km/h)图1.4.14 横横摆角速度度曲线(车车速V=1120kmm/h)(d

28、)结果果统计与分分析 上上面三个图图就是在不不同车速度度情况下，某某型轿车(以下简称称车型1)作为新设设计(以下下简称为车车型2)的的近似参考考车型, 汽车角阶阶跃输入响响应曲线，对对应的稳定定时间也变变长，在高高速情况下下这种趋势势更加明显显数据具体体统计如下下表1.44.7：表1.4.7 瞬态态响应计算算结果 指标速度超调量反映时间稳定时间车型1车型2车型1车型2车型1车型2V=40kkm/h0.24%0.44%0.49ss0.47SV=80kkm/h11.6%12.0%0.21ss0.23ss0.64ss0.74ssV=1100km/hh39%46%0.15ss0.17ss0.67ss0

29、.8s从上面表格格中的数据据基本上可可以看出各各项指标变变化不大，并并且都位于于美国安全全实验车横横摆瞬态响响应满意区区域之内。力阶跃输入入响应方程推导(a)符号号说明除了上述角角输入运动动方程输入入的参数之之外，还包包括如下参参数：前轮回正正力臂。包包括主销后后倾距与轮轮胎拖距（mm）：转向盘转转动惯量（kkg.m22）：两前轮绕绕主销的转转动惯量（kkg.m22）：转向盘自自由时抵抗抗前轮转角角的刚性（NN.m/rrad）：转向盘自自由时前轮轮绕主销转转动的当量量阻力系数数（N.mm/radd/s）:转向柱与与Z轴的夹夹角（raad）:转向系总总传动比:转向盘上上的驾驶员员输入力矩矩（N.

30、mm）(b)坐标标系统 如如下图所指指示，考虑虑汽车以一一定的车速速V作等速速行驶，略略去汽车的的垂直振动动和轮胎挠挠度的变化化，略去空空气动力对对横向力与与力矩的影影响，研究究驾驶员给给转向盘以以力指令输输入时汽车车的操纵运运动。与分分析角输入入运动类似似，取一套套固定于汽汽车的相对对坐标系统统,以整车车的重心铅铅垂线与侧侧倾轴（前前后侧倾中中心的连线线）的交点点为原点，以以汽车的纵纵向水平轴轴为X轴。以过原点点与X轴垂垂直的方向向为Y轴（以以汽车的左左侧方向为为正向），过过原点的铅铅垂轴为ZZ轴。这样样的坐标取取法符合右右手定则。在水平平平面上的所所有角度（前前轮转角、侧偏角、方位角等等）

31、及对应应的角速度度与角加速速度均取逆逆时针方向向为正（亦亦符合右手手定则而与与Z轴正向向一致。车车速向量的的增量与YY轴的正向向一致并成成角）。在在将驾驶员员给转向盘盘的力矩TT看作已知知输入时，则则汽车的运运动状态可可用四个广广义坐标来来近似表示示：方位角角（航向角角），重心侧侧偏角，车身侧侧倾角与转向盘盘转角（或参考考转向角）。按右手定定则，、均以与ZZ轴方向一一致为正向向。角以与XX轴方向一一致为正向向。侧向力的方方向由所假假定的前后后偏离角的的方向确定定。因此以以与Y轴方方向相反为为正向。(c)方程程推导过程程 在在上述坐标标系统中，坐坐标原点OO的绝对加加速度在YY轴方向的的投影为：

32、 (1.4.344)其中，是绝绝对速度在在X轴方向向的投影，考考虑不大的情情况， ，故故 (1.44.35)悬架上质量量重心的横横向绝对加加速度在YY轴上的投投影为； (1.4.36)按达郎贝尔尔原理,绕绕Z轴力矩矩平衡式： (1.4.37)沿Y轴力平平衡式： (11.4.338)绕X轴力矩矩平衡式： (1.4.399)其中，是悬悬架上质量量绕过车身身重心的纵纵轴的转动动惯量，顾顾及，得 (1.44.40)绕主销的力力矩平衡式式： (1.4.41)另外，由几几何关系： (1.4.422)以及轮胎特特性： (11.4.443)可以得到如如下方程：令六维矢量量 (1.44.45) 为为系统状态态变

33、量，则则上述运动动方程式可可写成状态态变量xx的一阶阶微分方程程： (1.4.466)式中： (1.44.47)(1.4.48) (1.4.49) (11.4.550)利用上述方方程就可以以进行力输输入仿真计计算。b仿真计算算(a)参数数输入表在原有三自自由度汽车车模型输入入数据的基基础上，还还需要输入入数据如下下表1.44.8表1.4.8输入数数据参数名称车型1车型2前轮回正力力臂0.0877m0.0877m转向盘转动动惯量0.0544kg*mm20.0544kg*mm2前轮绕主销销转动惯量3.92kkg*m23.92kkg*m2转向刚度294N/rad294N/rad转向阻尼00转向柱与Z

34、Z轴夹角69度56度转向系统传传动比22.422.4(b) 仿仿真计算结结果车速v=440，800km/h力阶跃输入入并且侧向向加速度之之间图1.4.15为速速度V=440km/h的横摆摆角速度图1.4.15速度度V=400km/hh的横摆角角速度图1.4.16为速速度V=880km/h的横摆摆角速度:图1.4.16为速速度V=880km/h的横摆摆角速度 从从上面的计计算结果我我们可以看看出新车相相对与原某某一车型的的超调量和和稳定时间间都有所加加大，有关关力阶越输输入响应的的评价和分分析内容，我我们将通过过如下各个个项目的计计算来体现现。回正能力计计算 计算的的方法是首首先让汽车车保持等速

35、速圆周运动动，然后把把加载到方方向盘上的的作用力突突然撤掉，所所以这种计计算的汽车车运动实际际上力阶跃跃输入，因因此计算采采用4自由由度汽车方方向盘力输输入模型，汽汽车初始状状态保持侧侧向加速度度为等速圆圆周运动。方向盘力输输入模型如如下：t(s)时间T (N.m)方向盘输入力矩图1.4.17力阶阶跃输入计算结果如如下： 汽汽车运动状状态为侧向向加速度，车车速40kkm/h, 如图11.4.118。图1.4.18 为为车速400km/hh的横摆角角速度汽车运动状状态为侧向向加速度，车车速80kkm/h,如图1.4.199所示。图1.4.19 为为车速800km/hh的横摆角角速度 从从上面的计

36、计算结果我我们可以得得到如下结结论：新的的某汽车相相对上面某某车型的算算例而言回回正能力有有所下降，当当时幅度不不大，主要要表现在回回正横摆角角速度幅度度的收敛速速度以及过过度时间长长度上，尤尤其是高速速时这种表表现更加明明显。尽管管如此，仍仍然满足美国国家家安全性的的操纵稳定定性能要求求及其试验验方法的的规定,松松开方向盘盘之后2ss，在车速速40kmm/h的情情况下横摆摆角速度应应该等于零零，在车速速等于800km/hh的情况下下不超过44o/s撒手稳定性性仿真试验验 撒撒手稳定性性仿真实际际上是力脉脉冲试验，仿仿真计算时时汽车的运运行状态是是汽车以恒恒定的车速速行驶，突突然给方向向盘施加

37、一一个力矩输输入，然后后猛然撒手手，其输入入为一个力力脉冲，具具体表示如如下图1.4.200。方向盘力输入力矩T（N.m）时间T（s）T004s图1.4.20 方方向盘力输输入曲线汽车运动状状态为侧向向加速度，车车速40kkm/h, 如图11.4.221。图1.4.21 为为车速400km/hh的横摆角角速度 汽汽车运动状状态为侧向向加速度。频率响应 汽汽车操纵稳稳定性能频频率响应是是指方向盘盘在正弦输输入的情况况下，频率率从时，汽汽车横摆角角速度与方方向盘转角角输入之间间的关系。对于计算算模型而言言可以等效效为横摆角角速度与前前轮转角之之间的关系系。对于操纵稳稳定性的频频域特性要要求如下：

38、应应有足够宽宽的通频带带，以保证证有必要的的反应速度度和高频反反应，但是是通频带太太宽也会增增大对扰动动的反应。通常规定定幅频特性性降至稳态态增益（=0处的增增益）的770%处的的频率为频频带宽度。 在在有效通频频带内，幅幅频特性宜宜平坦，不不宜有明显显的选择性性（谐振峰峰），以免免反应有过过大的幅值值失真。最最大增益与与稳态增益益的比值越越大，说明明系统的阻阻尼越小，超超调量越大大，过渡时时间越长。 相相频特性要要求在有效效通频带内内相位超前前和滞后都都尽量小，通通常在车速速低时出现现相位滞后后，在车速速高时出现现相位超前前，这两种种相位失真真都会造成成反应的误误差。 我我们采用前前面使用的的汽车3自自由度模型型进行计算算，计算结结果如下：图1.4.22 两两种车型的的幅频特性性曲线图1.4.23 两两种车型的的相频特性性曲线相关的计算算数据总结结如下表11.4.99：表1.4.9 计算算结果f=0增益益共振频率共振时增幅幅比b/aaf=0.11Hz相位角度f=0.66Hz相位角(度度)通频带宽车型13.44114s-110.541.02-6.4-21.331.84HHz车型23.40558s-110.541.03-6.6-24.991.71HHz 从从上面的表表格中，我我们基本上上可以得到到