14汽车总体设计整车性能仿真与系统匹配2617.docx

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1、1.4 汽车总体设计整车性能仿真与系统匹配1.4.1动力性能仿真计算(1) 计算目的 汽车车的动力性是是汽车重要基基本性能指标标之一。动力力性的好坏，直直接影到汽车车在城市和城城际公路上的的使用情况。因因此在新车开开发阶段要进进行动力性计计算，预测今今后生产车型型是否满足使使用要求。使使汽车具有良良好的动力学学性能.(2) 已知参数如表所所示表1.4.1 动力学某车车型的计算参参数和数据的的确定或优化化参数名称某车型变速器传动比一挡3.455二挡1.944三挡1.286四挡0.969五挡0.8主减速器传动比比4.111满载质量1460kg空载质量1040kg设计载荷质量1250kg各个挡传动效

2、率率90%迎风阻力系数0.35迎风面积1.9m2滚动阻力系数公式拟和发动机形式AFE电喷发动动机滚动半径0.288m(195/660R14885H)a 设计载荷确确定： 该车车型设计载荷荷根据德国标标准DIN 700200规定：在空空车重量（整整备质量）的的基础上加上上座位载荷。55座位轿车前前面加2人、后后排加1人，也也称为半载作作为设计载荷荷, 重量假假定为68kkg加上随身身物品7kgg，重心对于于不可调整座座位在R点（设设计H点）前前50mm，可可调整作为RR点前1000mm处。我我国标准常常常规定满载作作为设计工况况. 对于该该计算车型如如采用德国标标准, 则具具体计算为：1070k

3、kg+3*（688kg+7kg）=12955kgb 迎风面积： 根据迎迎风面积计算算公式：A=0.78BBH确定，其其中：A迎风风面积，B车车宽，H车高高。对于该车车型而言具体体计算为：AA=0.788*17100mm*1427mmm=1.90mm2c 传动效率： 根据该该轿车的具体体传动系统形形式，传动系系统的传动效效率大体可以以由变速器传传动效率，单单级主减速器器传动效率，万万向节传动效效率组成。具体计算为：995%（变速速器）乘966%（单级主主减速器）乘乘98%（万万向节）=889.4%，同同时考虑到，一一般情况下采采用有级变速速器的轿车的的传动系统效效率在90%到92%之之间，对上述

4、述计算结果进进行圆整，对对传动系统效效率取为900%d 滚动阻力系系数： 滚动阻阻力系数采用用推荐拟和公公式进行计算算：，其中：取为0.014（良良好水泥或者者沥青路面），为车速km/h。转矩N.M发动机转速n/min(3) 发动机外特性性曲线转矩N.M发动机转速n/mini. AJR发动机 ii AFFE发动机图1.4.1 发动机外特特性曲线(4) 基本理论概述 汽车动动力性能计算算主要依据汽汽车驱动力和和行驶阻力之之间的平衡关关系:（1.4.11） 表1.4.22 各种受力力名称_驱动力，_滚动阻力，_空气阻力，_坡道阻力，_加速阻力，上述驱动力和行行驶阻力的计计算方法以及及各个曲线的的计

5、算方法具具体说明如下下：驱动力行驶阻力力平衡图：驱动力：，N （1.4.2）其中：发动机的扭矩矩，根据发动动机使用外特特性曲线来确确定。也就是是说我们可以以根据发动机机的转速利用用外特性曲线线进行插值计计算来获得, 单位N.M.：变速器各个挡挡位的传动比比：主减速器传动动比：传动系统各个个挡位情况下下的传动效率率：车轮的滚动半半径,单位mm滚动阻力：，NN （1.4.33）其中：是汽车计算载载荷情况下的的质量,单位位：kg：重力加速度,单位：m/s2：汽车滚动阻力力系数：道路坡角, 单位：raad空气阻力：,NN （1.4.4）其中：空气阻力系数数，：迎风面积, 单位：m22：车速,单位是是k

6、m/h坡道阻力：，NN （1.4.5）其中：计算载荷情况况下汽车的质质量,单位：kg：重力加速度, 单位：mm/s2：道路坡角, 单位：raad加速阻力：，NN （1.4.66）其中：旋转质量换算算系数，根据据估算公式确确定，在轿车车中和取值范围在在0.03到到0.05之之间，我们取取平均数值=0.044:计算载荷情况况下汽车的质质量, 单位位：kg:汽车行驶加速速度, 单位位：m/s22 在进行行不同挡位的的驱动力和阻阻力计算时我我们还需要知知道车辆速度度与发动机转转速之间的关关系：， （1.4.7）其中：车速,单位是是km/h：发动机转速，单单位是rpmm：主减速器传动动比：传动系统各个个

7、挡位情况下下的传动效率率：车轮的滚动半半径, 单位位：m 根据上上述公式我们们就可以方便便的确定出汽汽车的驱动力力行驶阻力平平衡曲线，求求出驱动力和和行驶阻力的的交点即为最最高车速。动力因数图动力因数定义公公式： （1.44.8）其中各个参数的的含义同前面面的说明。利用公式（1.4.8）结结合前面公式式就可以计算算出汽车各个个挡位的动力力因数。功率平衡图在公式（1.44.1）的基基础上，如果果我们在公式式两端乘以车车辆速度，经经过整理就可可以得到功率率平衡计算公公式（单位是是kW）： （1.44.9）其中：发动机效率，单单位kW其他各个参数的的意义和单位位同上述说明明。利用公式（1.4.9）我

8、我们就可以计计算出汽车行行驶功率平衡衡曲线。爬坡度曲线由于计算爬坡度度时，汽车除除了克服空气气阻力，滚动动阻力之外所所有的剩余驱驱动力都用来来克服坡道阻阻力，所以加加速阻力为零零。根据公式（1.4.1）我我们可以得到到如下公式代入公式（1.4.3），（11.4.5）我我们就可以得得到如下公式式：如果我们代入公公式 以以及公式（11.4.8），经经过整理那么么我们就可以以得到： （1.4.10）然后根据公式进进行转换，这这样就可以计计算出爬坡度度曲线了。加速时间汽车的驱动力力除了用来克克服空气阻力力，滚动阻力力以外主要是是用来克服加加速阻力，此此时坡道阻力力为零。根据公式（1.4.1），（11.

9、4.6）我我们可以得到到如下公式：所以时间然后我们采用用龙贝格数值值积分计算方方法对上面的的公式进行积积分就可以得得到所需要的的加速时间曲曲线。(5) 计算分析根据上述已知条条件以及相关关的计算理论论，得到如下下计算结果。a. 该车型的计算实实例i. 驱动力行驶阻力力平衡图图1.4.2 汽车驱动力力与行驶阻力力平衡图动力因数图图1.4.3 汽车动力特特性图功率平衡图图1.4.4 汽车功率平平衡图加速度曲线图1.4.5 汽车加速度度曲线图爬坡度曲线图1.4.6 汽车爬坡度度曲线图时间速度曲线图1.4.7 汽车加速时时间曲线图 根据上上述计算条件件和计算结果果，我们可以以确定设计载载荷情况下的的计

10、算结果：表1.4.3 计算结果项目计算数值公布数值汽车最高车速169.0kmm/h165km/hh0到100kmm/h加速时时间13.0s13.9s最高档30kmm/h加速通通过400mm时间23.0s原地起步加速通通过400mm时间18.8s最高档最大动力力因数0.1最大爬坡度48.4%从上面的计算结结果我们可以以看出，试验验数值同计算算数值之间的的误差基本控控制在5%工工程误差范围围之内,汽车车的动力性能能计算和仿真真结果是正确确的,可以进进行整车匹配配设计。1.4.2 燃燃油经济性能能仿真 随着世世界石油危机机的出现，节节约汽车用油油是现代汽车车制造业和运运输业必须首首先考虑的问问题，在

11、汽车车设计之初就就必须对所设设计汽车的经经济性有准确确的评价。(1) 等速百公里油耗耗计算原理 汽车等速百公公里油耗计算算主要是依据据汽车发动机机的万有特性性曲线以及汽汽车功率平衡衡图进行油耗耗计算。计算算具体过程说说明如下： 首先计计算汽车在不不同车速情况况下以最高挡挡位行驶时的的阻力功率，主主要是空气阻阻力功率和滚滚动阻力功率率。根据动力性能的的计算公式我我们可以知道道 (1.4.11）其中：发动机功率，单单位:kW：传动系统各个个挡位情况下下的传动效率率：是汽车计算载载荷情况下的的质量, 单单位：kg。：重力加速度, 单位：mm/s2：汽车滚动阻力力系数：道路坡角, 单位：raad：空气

12、阻力系数数：迎风面积,单单位：m2：车速,单位:km/h然后根据公式， （11.4.122） 来确定定最高挡位情情况下发动机机转速和车速速之间的关系系以获得对应应不同车速的的发动机转速速。其中：车速,单位:km/h：发动机转速，单单位:rpmm：主减速器传动动比：传动系统各个个挡位情况下下的传动效率率：车轮的运动半半径, 单位位：m 最后后利用已经获获得的发动机机转速和发动动机功率根据据万有特性曲曲线进行插值值计算获得燃燃油消耗率，然然后根据公式式： （1.4.113）计算得出等速百百公里油耗。其中：等速百公里油油耗，单位：L：发动机的实际际燃油消耗率率.我们利用万有特特性曲线通过过对转速和功

13、功率的插值计计算来获得,单位：g/kW/h：发动机工作功功率，我们采采用设计的阻阻力功率来获获得，也就是是包括滚动阻阻力功率，迎迎风阻力功率率（加速阻力力和坡路阻力力为零）, 单位：kWW：汽车行驶车速速，利用车速速同发动机转转速之间的关关系，我们就就可以得到这这时的发动机机转速, 单单位：Km/h ：燃油密度, 单位：kkg/m2:重力加速度, 单位：mm/s-2(2) 微型车10个工工况油耗 微型车车10工况油油耗是根据国国家标准规定定的汽车复杂杂运行工况来来计算的，汽汽车运行工况况的具体规定定参见图1.4.8。图1.4.8 汽车十工工况试验循环环 从上面面的图形我们们可以看出这这些复杂公

14、况况主要包括加加速工况、恒恒速工况、减减速工况，怠怠速工况等等等。下面我们们逐一说明具具体的计算方方法：a恒速工况 计算方方法同等速百百公里油耗的的计算方法类类似。首先利利用公式（11.4.111），（1.4.12）确确定汽车运行行状态的功率率与车速，然然后根据下面面公式计算对对应的单位时时间油耗：（单位：L/ss） (1.4.114）其中：等速百公里油油耗，单位：L：发动机的实际际燃油消耗率率，我们利用用万有特性曲曲线通过对转转速和功率的的插值计算来来获得,单位位：g/kWW/h：发动机工作功功率，我们采采用设计的阻阻力功率来获获得，也就是是包括滚动阻阻力功率，迎迎风阻力功率率（加速阻力力和

15、坡路阻力力为零）,单单位：kW：汽车行驶车速速，利用车速速同发动机转转速之间的关关系，我们就就可以得到这这时的发动机机转速,单位位：Km/hh ：燃油密度, 单位：kkg/m2:重力加速度, 单位：mm/s-2然后根据公式：（单位：L）计算这段恒速阶阶段时间内的的油耗。其中：行驶时间，单单位:s同时这段时间内内的行使距离离为：/3.6（单位位：m）其中为行驶速度度，单位:kkm/h。b加速工况根据动力性能计计算说明书，我我们可以知道道汽车在行驶驶过程中的功功率表达方式式为： （1.4.115）其中：发动机工作功功率，单位：kW：传动系统各个个挡位情况下下的传动效率率：是汽车计算载载荷情况下的的

16、质量，单位位：kg。：重力加速度，单单位：m/ss2：汽车滚动阻力力系数：道路坡角单位位：rad：空气阻力系数数，：迎风面积，单单位：m2：车速,单位：km/h：旋转质量换算算系数，根据据估算公式确确定，在轿车车中和 取值范围围在0.033到0.055之间，我们们取平均数值值=0.044:计算载荷情况况下汽车的质质量, 单位位：kg:汽车行驶加速速度, 单位位：m/s22 然后确确定不同挡位位情况下发动动机转速和车车速之间的关关系以获得对对应不同车速速的发动机转转速。最后利利用已经获得得的发动机转转速和发动机机功率根据万万有特性曲线线进行插值计计算获得燃油油消耗率。那么我们可以根根据公式：,

17、L/s （1.4.16）确定单位时间内内的燃油消耗耗量。我们把加速阶段段内的燃油消消耗量用积分分公式表达成成为： ,L (1.44.17)其中：，为加速开始和和截止时间，单单位s。 如果果这段计算期期间开始速度度为(单位：km/h)，截止速度度为(单位：km/h)，那么这段段时间内的行行驶距离为: （单位：m）c减速工况 因为减减速工况下，汽汽车油门松开开并且轻微制制动，那么这这段时间内的的油耗为怠速速油耗消耗率率与减速时间间的乘积。其中：怠速油耗消耗耗率，单位：L/s;:减速时间，单单位s。 如果果这段计算期期间开始速度度为(单位：km/h)，截止速度度为(单位：km/h)，那么这段段时间内

18、的行行驶距离为: （单位：m）d怠速停车公况况如果怠速停车时时间为(单位位：s),那那么燃油消耗耗量（单位：L）为：其中：怠速油耗消耗耗率，单位：L/s;：时间,单位：s 综合上上述计算，对对等速，等减减速，怠速组组成循环工况况的等效百公公里油耗为：（单位：L）其中：为各个阶段燃燃油消耗量的的总和（单位位：L）。：为各个阶段行行驶路程总和和（单位：mm）。(3) 输入参数表1.4.4 输入参数参数名称某微型汽车发动机形式456Q总重1450kg空气阻力系数0.44传动效率90%迎风面积2.25m2主减速器传动比比5.125变速器5挡1挡3.6522挡1.9473挡1.4234挡1.05挡0.7

19、95滚动阻力系数0.013燃油密度7.05N/ccm3车轮半径0.265m怠速燃油消耗率率0.299mll/s(4) 计算实例结果a. 多工况油耗表1.4.5工况油耗10工况8.77Lb. 某微型车4挡等等速百公里油油耗图1.4.9某某微型车4挡挡等速百公里里油耗c. 某微型车5挡挡等速百公里里油耗图1.4.100某微型车55挡等速百公公里油耗1.4.3 操操纵稳定性仿仿真和系统优优化(1) 计算目目的 汽车操操纵稳定性不不仅影响到汽汽车驾驶的操操纵方便程度度，而且也是是决定高速汽汽车安全行驶驶的一个重要要性能，根据据操纵稳定性性涉及的具体体内容需仿真真计算包括如如下几个方面面的内容：时时域计

20、算、频频域计算、瞬瞬态响应计算算、稳态响应应计算、角输输入响应计算算、力输入响响应计算等内内容。(2) 角阶跃输入响应应a原理如图1.4.111，我们采采用三自由度度汽车模型，也也就是航向角角、车身侧倾倾角、重心处处侧偏角来描描述汽车的运运动。根据围围绕Z轴，XX轴的力矩平平衡以及沿YY轴的受力平平衡列出微分分方程，然后后进行求解。图1.4.111 三自由度度模型b方程推导(a) 坐标系统 依据上上图以汽车静静止时重心铅铅垂线与侧倾倾轴线的交点点为坐标原点点，以汽车纵纵向水平轴线线取为X轴线线，前进方向向为正方向，过过原点与X轴轴垂直方向向向上为Z轴，与与X，Z轴线线垂直方向为为Y轴线,坐坐标

21、系统符合合右手法则。 在将前前轮转向角（转转向盘转角）看看做已知输入入时，汽车的的运动状态可可以用三个广广义坐标来表表示：航向角角、重心侧偏偏角和车身侧侧倾角。按右右手定则，、的正向与ZZ轴一致。正正向与X轴正正向一致。 轮胎在在侧向力作用用下产生侧偏偏角1（前轮轮）与2（后后轮），它们们由侧向力、与相应轮胎胎的特性所决决定。在既定定侧偏角方向向的情况下，、以与Y轴相反的方向为正。(b) 符号说明 如果单单位不进行特特殊说明均采采用国际单位位制。：整车质量（kkg）：悬架上质量(kg):轴距(m)：重心到前后轴轴的距离(mm) ：整车绕垂直直轴线的转动动惯量(kgg.m2) ：悬架上质量量绕通

22、过悬挂挂质量重心的的X轴的转动动惯量(kgg.m2) ：悬架上质量量绕通过悬挂挂质量重心的的X，Z的轴轴惯性积(kkg.m2) ：前轮单侧侧侧偏刚度(NN/rad) ：后轮单侧侧侧偏刚度(NN/rad):前轮回正力矩矩系数(N.m/radd):后轮回正力矩矩系数(N.m/radd)：前轮侧倾转向向系数：后轮侧倾转向向系数：前侧倾角刚度度(N.m/rad)：后侧倾角刚度度(N.m/rad)：前侧倾角阻尼尼(N.m/rad/ss)：后侧倾角阻尼尼(N.m/rad/ss):侧倾力臂(mm)，悬挂上上质量重心到到侧倾中心的的垂直距离 ：汽车航向角角(rad) ：悬架上质量量与悬架下质质量之间相对对侧倾

23、角(rrad) ：重心处速度度与绝对坐标标之间的夹角角(rad):横摆角速度(rad/ss):侧倾角速度(rad/ss):重心处侧偏角角(rad):前轮有效侧偏偏角(radd):后轮有效侧偏偏角(radd):名义前轮转角角(rad):车速(m/ss):前轮侧向力(N):后轮侧向力(N)(c) 方程推推导过程 在上述述坐标系统中中，坐标原点点O的绝对加加速度在Y轴轴方向的投影影为：在不太大的范围围内，故 (1.4.118)悬架上质量重心心的横向绝对对加速度在YY轴上的投影影为 (11.4.199) 按达朗朗贝尔原理，可可列出如下三三个平衡方程程：绕Z轴力矩平衡衡式: (1.4.220)沿Y轴力平

24、衡式式： (1.4.221)即 (11.4.222)绕X轴力矩平衡衡式： (1.44.23) 其中是是悬架上质量量绕车身重心心的纵轴的转转动惯量，顾顾及，得 (1.4.24)由于 (11.4.255)及几何关系： (1.4.26)得 (1.4.27) 其中 (1.44.28)为了便于上机运运算，可令四四维向量 (1.4.29)为系统的状态变变量 那么我我们就可以把把上述微分方方程改写成为为状态变量XX的一阶微分分方程 (1.44.30)其中 (11.4.311) (1.44.32) (1.4.33) 利用上上述方程就可可以进行汽车车角输入操纵纵稳定性能仿仿真计算。(d)计算结果果参考标准美国试

25、验安全全车操纵稳定定性性能要求求极其试验方方法汽车操纵稳定定性指标限值值和评价方法法GB/TT130477-91c仿真计算(a) 输入参数列表如如表1.4.6表1.4.6 输入参数参数名称参考设计车型11整车质量（设计计载荷）1250kg簧载质量（设计计载荷）1121kg轴距2548mm整车重心至前轴距离1.086m整车重心至后轴距离1.462m整车绕Z轴转动惯量2139kg*m2悬架上质量绕XX轴转动惯量量455kg*mm2悬架上质量绕XXY轴惯性积积0前轮侧偏刚度(单轮)23147N/rad后轮侧偏刚度(单轮)38318N/rad前轮回正力矩系系数0后轮回正力矩系系数0前侧倾转向系数-0.

26、114后侧倾转向系数0前侧倾角刚度47785N/rad后侧倾角刚度57525N/rad前侧倾角阻尼2311N/rrad/s后侧倾角阻尼2212N/rrad/s侧倾力臂0.46m(b) 仿真计算条件 车速v=40，880，1100km/h角阶跃输入,并并且使汽车的的侧向加速度度位于之间。(c) 仿真计计算结果车速V=40kkm/h时的的操纵稳定性性计算结果如如图 1.4.12所所示:图1.4.122 横摆角速速度曲线(车车速V=400km/h)图1.4.133 横摆角速速度曲线(车车速V=800km/h)图1.4.144 横摆角速速度曲线(车车速V=1220km/hh)(d)结果统计计与分析 上

27、面三三个图就是在在不同车速度度情况下，某某型轿车(以以下简称车型型1)作为新新设计(以下下简称为车型型2)的近似似参考车型, 汽车角阶阶跃输入响应应曲线，对应应的稳定时间间也变长，在在高速情况下下这种趋势更更加明显数据据具体统计如如下表1.44.7：表1.4.7 瞬态响应计计算结果 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=40km/h0.24%0.44%0.49s0.47SV=80km/h11.6%12.0%0.21s0.23s0.64s0.74sV=110kmm/h39%46%0.15s0.17s0.67s0.8s从上面表格中的的数据基本上上可以看出各各项指标变

28、化化不大，并且且都位于美国国安全实验车车横摆瞬态响响应满意区域域之内。(3) 力阶跃输入响应应a. 方程推导(a)符号说明明除了上述角输入入运动方程输输入的参数之之外，还包括括如下参数：前轮回正力臂臂。包括主销销后倾距与轮轮胎拖距（mm）：转向盘转动惯惯量（kg.m2）：两前轮绕主销销的转动惯量量（kg.mm2）：转向盘自由时时抵抗前轮转转角的刚性（NN.m/raad）：转向盘自由时时前轮绕主销销转动的当量量阻力系数（NN.m/raad/s）:转向柱与Z轴轴的夹角（rrad）:转向系总传动动比:转向盘上的驾驾驶员输入力力矩（N.mm）(b)坐标系统统 如下图图所指示，考考虑汽车以一一定的车速V

29、V作等速行驶驶，略去汽车车的垂直振动动和轮胎挠度度的变化，略略去空气动力力对横向力与与力矩的影响响，研究驾驶驶员给转向盘盘以力指令输输入时汽车的的操纵运动。与与分析角输入入运动类似，取取一套固定于于汽车的相对对坐标系统,以整车的重重心铅垂线与与侧倾轴（前前后侧倾中心心的连线）的的交点为原点点，以汽车的的纵向水平轴轴为X轴。以以过原点与XX轴垂直的方方向为Y轴（以以汽车的左侧侧方向为正向向），过原点点的铅垂轴为为Z轴。这样样的坐标取法法符合右手定定则。在水平平平面上的所所有角度（前前轮转角、侧侧偏角、方位位角等）及对对应的角速度度与角加速度度均取逆时针针方向为正（亦亦符合右手定定则而与Z轴轴正向

30、一致。车车速向量的增增量与Y轴的的正向一致并并成角）。在在将驾驶员给给转向盘的力力矩T看作已已知输入时，则则汽车的运动动状态可用四四个广义坐标标来近似表示示：方位角（航航向角），重心侧偏偏角，车身侧倾倾角与转向盘转转角（或参考转转向角）。按按右手定则，、均以与Z轴方向一致为正向。角以与X轴方向一致为正向。侧向力的方向由由所假定的前前后偏离角的的方向确定。因因此以与Y轴轴方向相反为为正向。(c)方程推导导过程 在上述述坐标系统中中，坐标原点点O的绝对加加速度在Y轴轴方向的投影影为： (1.44.34)其中，是绝对速速度在X轴方方向的投影，考考虑不大的情况况， ，故 (1.4.335)悬架上质量重

31、心心的横向绝对对加速度在YY轴上的投影影为； (1.4.336)按达郎贝尔原理理,绕Z轴力力矩平衡式： (1.4.337)沿Y轴力平衡式式： (1.44.38)绕X轴力矩平衡衡式： (11.4.399)其中，是悬架上上质量绕过车车身重心的纵纵轴的转动惯惯量，顾及，得得 (1.4.440)绕主销的力矩平平衡式： (1.4.41)另外，由几何关关系： (1.4.42)以及轮胎特性： (1.4.43)可以得到如下方方程：令六维矢量 (11.4.455) 为系统统状态变量，则则上述运动方方程式可写成成状态变量x的一阶阶微分方程： (1.4.46)式中： (1.44.47)(1.4.488) (1.4.

32、49) (1.4.50)利用上述方程就就可以进行力力输入仿真计计算。b仿真计算(a)参数输入入表在原有三自由度度汽车模型输输入数据的基基础上，还需需要输入数据据如下表1.4.8表1.4.8输输入数据参数名称车型1车型2前轮回正力臂0.087m0.087m转向盘转动惯量量0.054kgg*m20.054kgg*m2前轮绕主销转动惯量3.92kg*m23.92kg*m2转向刚度294N/raad294N/raad转向阻尼00转向柱与Z轴夹夹角69度56度转向系统传动比比22.422.4(b) 仿真计计算结果车速v=40，880km/h力阶跃输入并且且侧向加速度度之间图1.4.155为速度V=40k

33、m/h的横摆角角速度图1.4.155速度V=400km/h的的横摆角速度度图1.4.166为速度V=80km/h的横摆角角速度:图1.4.166为速度V=80km/h的横摆角角速度 从上面面的计算结果果我们可以看看出新车相对对与原某一车车型的超调量量和稳定时间间都有所加大大，有关力阶阶越输入响应应的评价和分分析内容，我我们将通过如如下各个项目目的计算来体体现。(4) 回正能力计算 计算的方法法是首先让汽汽车保持等速速圆周运动，然然后把加载到到方向盘上的的作用力突然然撤掉，所以以这种计算的的汽车运动实实际上力阶跃跃输入，因此此计算采用44自由度汽车车方向盘力输输入模型，汽汽车初始状态态保持侧向加

34、加速度为等速速圆周运动。方向盘力输入模模型如下：t(s)时间T (N.m)方向盘输入力矩图1.4.177力阶跃输入入计算结果如下： 汽车运运动状态为侧侧向加速度，车车速40kmm/h, 如如图1.4.18。图1.4.188 为车速400km/h的的横摆角速度度汽车运动状态为为侧向加速度度，车速80kkm/h,如如图1.4.19所示。图1.4.199 为车速800km/h的的横摆角速度度 从上面面的计算结果果我们可以得得到如下结论论：新的某汽汽车相对上面面某车型的算算例而言回正正能力有所下下降，当时幅幅度不大，主主要表现在回回正横摆角速速度幅度的收收敛速度以及及过度时间长长度上，尤其其是高速时这

35、这种表现更加加明显。尽管管如此，仍然然满足美国国国家安全性性的操纵稳定定性能要求及及其试验方法法的规定,松开方向盘盘之后2s，在在车速40kkm/h的情情况下横摆角角速度应该等等于零，在车车速等于800km/h的的情况下不超超过4o/s(5) 撒手稳定性仿真真试验 撒手稳稳定性仿真实实际上是力脉脉冲试验，仿仿真计算时汽汽车的运行状状态是汽车以以恒定的车速速行驶，突然然给方向盘施施加一个力矩矩输入，然后后猛然撒手，其其输入为一个个力脉冲，具具体表示如下下图1.4.20。方向盘力输入力矩T（N.m）时间T（s）T004s图1.4.200 方向盘力力输入曲线汽车运动状态为为侧向加速度度，车速40kk

36、m/h, 如图1.44.21。图1.4.211 为车速400km/h的的横摆角速度度 汽车运运动状态为侧侧向加速度。(6) 频率响应 汽车操操纵稳定性能能频率响应是是指方向盘在在正弦输入的的情况下，频频率从时，汽汽车横摆角速速度与方向盘盘转角输入之之间的关系。对对于计算模型型而言可以等等效为横摆角角速度与前轮轮转角之间的的关系。对于操纵稳定性性的频域特性性要求如下： 应有足足够宽的通频频带，以保证证有必要的反反应速度和高高频反应，但但是通频带太太宽也会增大大对扰动的反反应。通常规规定幅频特性性降至稳态增增益（=0处处的增益）的的70%处的的频率为频带带宽度。 在有效效通频带内，幅幅频特性宜平平

37、坦，不宜有有明显的选择择性（谐振峰峰），以免反反应有过大的的幅值失真。最最大增益与稳稳态增益的比比值越大，说说明系统的阻阻尼越小，超超调量越大，过过渡时间越长长。 相频特特性要求在有有效通频带内内相位超前和和滞后都尽量量小，通常在在车速低时出出现相位滞后后，在车速高高时出现相位位超前，这两两种相位失真真都会造成反反应的误差。 我们采采用前面使用用的汽车3自自由度模型进进行计算，计计算结果如下下：图1.4.222 两种车型型的幅频特性性曲线图1.4.233 两种车型型的相频特性性曲线相关的计算数据据总结如下表表1.4.99：表1.4.9 计算结果f=0增益共振频率共振时增幅比bb/af=0.1H

38、zz相位角度f=0.6Hzz相位角(度)通频带宽车型13.4414ss-10.541.02-6.4-21.31.84Hz车型23.4058ss-10.541.03-6.6-24.91.71Hz 从上面面的表格中，我我们基本上可可以得到如下下结论：前面面的车型(车车型1)与后后面设计的某某汽车车型(车型2)在在各项指标中中基本保持相相同，尽管ff=0.6HHz时的相位位角落后比较较严重，但是是也基本上接接近于常规范范围（26度度到29度）。另另外还需要说说明的是尽管管车型1与车车型2的共振振频率比较低低，但是由于于b/a很小小，所以也同同样满足要求求。稳态响应稳态响应衡量参参数计算公式式转向灵敏

39、度 (1.4.551)其中：；转向横摆角速速度增益，11/rad：横摆动角速度度rad/ss:前轮转角raad：车速m/s，为为了评价方便便取值为222.35m/s：转向稳定性能能因数 稳定性因数 (1.4.52)其中：；转向横摆角速速度增益，11/rad：横摆动角速度度rad/ss:前轮转角raad：车速m/s：转向稳定性能能因数：整车质量kgg：轴距m:整车重心到前前轴的距离mm:整车重心到后后轴的距离mm前后轮胎侧偏角角度之差 (1.4.553)其中：前轮侧偏角：后轮侧偏角：转向稳定性因因数：轴距：侧向加速度，为为了评价方便便取值0.44g根据计算需要，输输入参数如表表1.4.110为：表1.4.100 输入参数数车型车型11250kg2.548m1.086m1.462m-23147NN/rad-38318NN/rad车型21500kg2.656m1.231m1.425m-23147NN/rad-38318NN/rad计算结果为表11.4.111：表1.4.111为计算结果果车型车型10.0034ss2/m23.51s-110.03radd车型20.0031ss2/m23.37s-110.031raad 从稳稳态计算结果果我们可以看看