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1、毕业设计（论文）英文文献翻译译文题目专业车辆工程班级0712 班姓名梁健斌学号2007715040指导教师凌锡亮职称高级工程师机械工程学院四轮转向汽车的操纵稳定性仿真摘要 基于前轮转向车辆在低速时的转向半径大、高速时转向稳定性差， 有必要研究四轮转向汽车技术。建立四轮转向汽车的二自由度模型和微分方程。 在零侧滑的质心线性控制策略下，可得到车轮的转向角速比，矩阵状态和传递函 数。使用 MATLAB 软件，可以在时间域和频率域中对四轮转向汽车和二轮转向汽 车进行仿真和比较。为了得到更加精确的结果，建立车辆虚拟样机模型，并且使 用 ADAMS 对汽车的操纵稳定性进行分析。结果表明，使用四轮转向汽车技
2、术能够 减小汽车在低速时的转弯半径，同时提高汽车在高速时的操纵稳定性。关键词 四轮转向汽车；操纵稳定性；虚拟样机；仿真1 引言车辆高速行驶时，驾驶安全性显得极为重要。由于高速时车身的大偏航角和 大侧滑角，仅仅靠转动车轮是无法很好的控制车轮转动的。但是，四轮转向汽车 具有以下优点：汽车低速转向时，转向半径很小，汽车可以灵活转动；汽车高速 转向时，转向半径变的很大，可以很快的变化车道，同时车身不会产生大的偏摆。 因此，四轮转向汽车可以有效地提高汽车高速时的操纵稳定性和低速时的灵敏 性。本文选取四轮转向汽车作为研究对象。首先，建立基于前轮转角和后轮转角 的二自由度汽车数学模型，对汽车的操纵稳定性进行
3、分析。然后，根据不同车速， 运用ADAMS软件建立四轮转向汽车和二轮转向汽车的汽车虚拟样机模型，对汽车图 1 四轮转向汽车的二自由度模型学模型，如图1 所示，其中作如下假设：四轮转向汽车为对称刚体，汽车运动速 度恒定，坐标系固定在车上。所建立数学模型如下：= F cos 8 + F cos 82 = m(V+u ) y Y1 1Y 2r=aF cos 8Y 11bF cos 8 = I roY 2 2 z1)v + arorubroru8 = pbro22)根据几何学和运动学关系，得到如下函数：aro8=卩 + a1u故得到侧向力 FY1, FY28)aro + ruF = k a = k (
4、pY 22 2 2broru8)3)当81、82很小时得到COS811,COS82 1, 82 =K81 ,K为比例系数。 从上面的函数可以得到：1(k + k )p + (ak bk )rok 8 k 8 = m(v +uro )12u 12 r 1 122r1(ak bk )p + (a2k +b2k )ro ak 8 +bk 8 = I ro12 u 12 r 1 12 2 z r( 4 )其中m为汽车质量，v为汽车的横向速度，v为汽车的横向加速度，u为汽车速度，ror为汽车偏摆角速度，ro r为Z轴角加速度，a，b分别为前后轴到质心 的距离，J为汽车的转动惯量，卩为汽车重心侧滑角，且卩
5、=U / V，81,82为前后 车轮的转向角，Sk2为前后车轮的回转刚度。2.2 零质心侧滑角的控制策略分析过程零质心侧滑角控制策略的目标是在汽车行驶过程中保持车辆侧滑角为零。控制方法就是使得8 = K 8后轮转向角和前轮转向角相平衡。r= f，其中K为比例系数。零质心侧滑角的控制策 略分析过程如图2所示。qJ L P输入一计算K操纵性能O图2零质心侧滑角的控制策略分析过程从方程（4）中可以得到K,即汽车行驶函数，如（ 5）mambK = （ bu2）/（au2）k LkL21（ 5 ） 得到如图3 所示曲线,在低速时,后轮转向 角方向和前轮转向角方向相反,这样就可以 得到较小的转向半径,而高
6、速时后轮转向角 方向和前轮转向角方向相同,这样就能保持 车身变化小，从而提高汽车的操纵稳定性。nil使用空间状态方程和传递函数，可以得到不图3K和速度关系曲线同输入状态时的状态反应。假设四轮转向汽车状态向量X =甲r ，输入向量U = UP 2 ，输出向量Y，则方程（4） 可变为如下空间状态方程： pwrk、+為mu叭-bk2Izakx - bk2 0-為Flmu2_Lmumu（a? k、+方2乞2）1bk2ulzL r J_ IzIz J1）偏摆率：(s)c s +cr=108 (s)ms2 + ds +e12）质心侧滑角：B(s)Cs +C1 C +C= 1 0 = 1 06 (s)Ms2
7、 + As + B u ms2 + ds +e16)7)8)其中d= = muI ; z;a2k +b 2 k12)m + I (k +k )z 1 29由 方 程 （ 4 ） 和 （ 5 ） 可 以 得 到 传 递 函 数 的 参 数 （ 如 偏 摆 率 ）e =mu(ak bk ) +L2k k /u1 2 1 2c = Lk k (1 K)0 1 2c = mu (ak Kbk )1 1 2 ;C =(ak Kbk )mu2 +(a +Kb)Lk k0 1 2 1 2;C = I (k + Kk )u1 z 1 22.3 汽车操纵性能仿真分析在此基础上，我们可以得到前轮转向阶跃输入时的操
8、纵稳定性的参数反馈。考虑二轮转& = K6 ,K = ( b -mau2)/(a 世u2)2 1 k L k L向(前轮转向，K=0)和四轮转向汽车两种情况(21).为了验证四轮转向汽车的优点，我们选择一辆汽车进行仿真分析。表1为该汽车的结构参数在仿真过程中我们选择两种速度：以20km/h作为低速和以60km/h作为高速分析。图4为 不同车速下的偏摆角变化曲线。图5为在不同车速下的重心偏移角变化曲线。图6为在不同 车速下的角速度频率响应曲线。图 7 为汽车在稳态条件下角速度增益变化曲线。0 IIIiiii00.511.522.53040.25表1汽车结构参数Iz(k m2)m(kg)Lf(m)
9、Lr(m)L(m)K1(N/rad)K2(N/rad)498729961.41.452.85-53362-73421f图4不同车速下的偏摆角变化曲线心：(a) 20km/h(b) 60km/h从图4中可以看出，在低速时四轮转向汽车的偏摆角大于二轮转向汽车，相应的转向半 径较小。在低速时，四轮转向汽车比二轮转向汽车更加灵敏，且泊车时更加舒适。在高速时 四轮转向汽车偏摆角小于二轮转向汽车，车身姿态可以得到很好的控制。2,53:|3pohUQOJO QjSUEtime (sec)(a) 20km/h0.02-0.02-0.0600.511.522.53time (sec)(b) 60km/h图5不同
10、车速下的重心偏移角变化曲线从图 5 中可以看出，不管在低速还是高速的情况质心侧偏角基本为零，并且都能很快达 到稳定状态；而且，在同样高速情况下四轮转向汽车的侧偏角变化比二轮转向汽车小，能够这样就能够很好地控制车身姿态。从相位曲线中可以看出，四轮转向汽车的反应比二轮转向从图 7 中可以看出，在低速时四轮转向汽车出现转向过多，而在高速时出现不足转向。 总之，我们已经知道了四轮转向汽车汽车能够提高相应的操纵稳定性。3 利用虚拟样机技术对四轮转向汽车进行动态分析图8汽车虚拟样机随着虚拟样机技术的广泛应用， 汽车工业发生了巨大的变化。ADAMS （机械系统动力学自动分析）是虚拟 样机技术的优秀产品；利用
11、 ADAMS软件，你可以轻松地对车辆进行动态仿真。为了分析四轮转向汽车的操纵稳定性，首先利用 ADAMS 建立汽车虚拟样机模型，如 图 8, 所示，其中包括底盘，双横臂式悬架，转向节，轮胎（处理轮胎）等等。然后利用 ADAMS 进行驾驶模拟仿真，分析结果如图9 和图10.低速时高速时图9二轮转向汽车和四轮转向汽车侧偏角变化曲线低速时高速时图10二轮转向汽车和四轮转向汽车运动轨迹变化曲线从上图中我们可以得到相同的结论，就是四轮转向汽车有效地能够提高汽车在高速时的 操纵稳定性和在低速时的灵敏性。4 结论传统的二轮转向汽车（2WS）具有在低速时转向半径大，高速时操纵稳定性差的确定。 四轮转向汽车的研
12、究可以作为提高汽车操纵稳定性的一种手段。为了研究四轮转向汽车的运 动稳定性，笔者做了如上所述的数学分析和虚拟样机分析。有结果可得，四轮转向汽车在低 速时转向半径小，在高速时操纵稳定性好。这些充分表明了四轮转向汽车在正常行驶、泊车舒适性、驾驶安全和变道行驶时能够提高汽车的操纵稳定性。5 参考资料CHEN Guang-yan; XUE Ji-chao(2007), Dynamics research of 4WS car based on ADAMS, Journal of Tianjin University of Technology and Education,2007(01) XU Jia
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