汽车爆胎新模型的建立及仿真研究.pdf

《汽车爆胎新模型的建立及仿真研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第22卷第4期广西工学院学报V01．22No．42011年12月JOURNALOFGUANGxIUNIVERSnYOFTECHNOLOGYDec．2011文章编号1004．6410(2011)04．0030·05汽车爆胎新模型的建立及仿真研究王东东，向宇，张彦会(广西工学院汽车工程系，广西柳州545006)摘要：汽车爆胎后爆胎车轮半径变小，引起车身姿态的变化，从而导致载荷发生转移．载荷的转移又会引起车轮上侧偏力及回正力矩的变化．通过分析这些变化，建立了关于汽车及其转向系统的爆胎新模型．利用Simulink搭建仿真模型，得出汽车在爆胎后的侧向速度、横摆

2、角速度的变化特征，为以后控制研究工作奠定了理论基础．关键词：爆胎；方向失稳；回正力矩；汽车模型中图分类号：U463文献标志码：A0引言爆胎后的汽车操纵动力学模型是安全控制的研究基础，在当前的汽车操纵动力学模型要么是简化的两自由度的汽车动力学模型或称为“自行车”模型[1-2]。要么是简化的考虑侧倾的三自由度汽车动力学模型]．其中简化的主要特点是假定前后轮的侧偏力分别相同．但实际爆胎汽车车轮特性急剧变化。进而引起其他车轮的特性也相应变化，所以不能简单借用二自由度或者三自由度的简化操纵动力学模型．现行建立的二自由度或者三自由度的操纵动力学模型中并没有考虑爆

3、胎后的汽车载荷转移、车轮半径、回正力矩等性能参数变化对汽车操纵稳定性的影响；因此，建立关于载荷转移、车轮半径和回正力矩等性能参数变化的爆胎汽车转向动力学模型，是研究爆胎汽车失稳特性的基础．爆胎汽车动力学模型建立1．1坐标的选取汽车以车速作等速行驶，并忽略汽车的垂直振动．取固定于汽车上的相对坐标系统，以汽车静止时的重心铅垂线与侧倾轴的交点为原点，以汽车纵向水平取为轴，以前进方向为正．在轴所在的水平面上，过原点与轴垂直方向为l，轴，以汽车左侧方向为正．过原点与，l，轴垂直方向为Z轴，以向上方向为正．这样的坐标系符合右手定则．绝对坐标系固定于大地[4]．1

4、．2建立爆胎汽车的转向动力学方程由于爆胎后动力学特性比较复杂，为了表征汽车的行驶特性又简化汽车的模型，在建立模型时做如下假设：、1)路面平整、良好、附着率良好、均一；2)爆胎车轮按刚体理想化处理；3)在整个过程中车速作恒定处理；4)爆胎不引起汽车总重量变化；5)忽略空气动力学对建模时的影响．以左前轮爆胎为例进行建模分析，爆胎车轮半径变小．收稿日期：2011-06-16基金项目：广西自然科学基金项目(2Ol1GXNSFAO18o33)；广西教育厅科研项目(201012MS128)资助．通信作者：向字，博士，教授，研究方向：液固耦合动力学，振动与噪声控制

5、，E-mail：xiang__yu@126．corn．第4期王东东等：汽车爆胎新模型的建立及仿真研究31根据牛顿矢量法司以建立系统的运动方程如F：舢(1；)=∑(1)=∑(2)对转向系统分析可得如下方程：I88··=T一、●、木D(3)其中，为质心侧偏角，7为横摆角速度，厶为转向系转动惯量，为转向角，为作用在方向盘上力矩，i为转向系传动比，D为回正力臂．∑为侧偏力总和，∑为横摆力矩总和，∑为前轮侧偏力总和．则变为：my(1；+y)=聃聃R(4)=口()一b(+-)(5)厶苔=()}D(6)其中，，R，，分别为作用在左前轮侧偏力、作用在右前轮侧偏力、作

6、用在左后轮侧偏力、作用在右后轮侧偏力．Ⅱ，b分别为整车重心至前、后轴的距离．1．3根据轮胎模型求解各个车轮所受的侧偏力与回正力矩1．3．1由爆胎引起的侧偏角Y坐标)图1爆胎汽车所受侧偏力简图由几何关系得前轮侧偏角为：卢lay(7)后轮侧偏角为：一y(8)1．3．2考虑载荷转移的爆胎后各轮所受垂向力当轮胎爆胎前：=d=士==孚由于爆胎后汽车总重量不变，所以垂向力的总和不变：32广西工学院学报第22卷ZL=：==mg并且：=，=由图形分析可得左前轮、右后轮的悬架变化高度分别为：＼咖H世=r+H+△H；Hm=R+H+△H左后轮和右前轮的悬架高度变为：=R+

7、日一△日．—其中，日为悬架高度；AH为爆胎后悬架的变形量．h又电亍：H+HH越七H1rlID可得：△L=土1y4凡故爆胎后引起的转移载荷为：AF=土K斗图2爆胎后载荷转移示意图其中．为悬架的弹性刚度．故爆胎后各轮的垂向力为：Fa==+(9)如==孚一竿(1o)1．3．3求解侧偏力根据郭孔辉院士的半经验轮胎模型，侧向力的轮胎侧偏模型为[2']：=[1一esp(—E-咖—E)]木(11)其中，为车轮所受垂直方向力，咖为相对侧向滑移率，币=K等，其中，K为侧偏刚度，卢为侧偏角；为侧向摩擦系数，bt=ai+a2F,+a3F~2，al，a2，az，为经验系数；

8、为侧向力．把式(9)，式(10)代人轮胎模型公式(11)即可得到各轮所产生的侧偏力：=(-m4g一竿K)木／