
线性二自由度汽车动力学Simulink模型:四轮转向模型及其前馈控制
直接打开Simulink新建模型,先拖几个Gain模块和Sum模块搭建二自由度车辆动力学框架。核心是
横向运动和横摆运动的微分方程,用两个积分器就能搞定车辆状态量。注意前轮转角输入要乘上转向传动
比,这时候手别抖,系数填错整个模型就废了。
四轮转向模型在二自由度基础上多加了俩执行器。后轮转角δ_r这个变量别直接当摆设,得用Trans
fer Function模块给它加个延迟特性。见过有人直接给阶跃信号,结果仿真时车辆直接表演原地陀螺转,
笑死。关键参数是前后轮转角的相位关系,这个不调好不如回去开卡丁车。
前馈控制部分建议在Signal Routing里搞个Bus Creator集中管理输入信号。举个栗子,前馈增益K
_f用这个公式算:
```
K_f = (m*v^2)/(2*C_f*L) * (1 - (C_r*L_r)/(C_f*L_f))
```
写成Matlab Function模块时注意单位换算,上次忘把mph转m/s,仿真结果比秋名山排水渠过弯还
刺激。调试时先把前馈开环跑通,再和反馈控制叠buff,别一上来就整闭环。
三自由度模型在Library Browser里找Vehicle Body模块最省事,重点处理侧倾运动耦合。侧倾刚
度参数建议从ADAMS导数据进来,自己瞎编参数的话,过个减速带仿真能给你整出太空步效果。记得在Solv
er设置里把刚性算法换成ode23t,不然数值振荡能让人看吐。
说到论文参考,SAE 2017-01-1598这篇讲前馈控制参数整定的可以当秘籍用。里面有个骚操作是把
方向盘脉冲输入转成频域特性分析,比时域响应直观多了。不过别完全照搬,他们用的测试车是改装86,咱
们模型参数得按实际车辆调。
模型验证阶段别老盯着阶跃响应看,试试双移线工况。在Simulink里用From Workspace模块导入实
车轨迹数据对比,误差超过10%赶紧检查轮胎模型是不是用的魔术公式。见过用线性轮胎模型跑麋鹿测试
仿真的,结果比碰碰车还欢乐。
最后说个坑:二自由度模型里把空气动力学模块加上去的时候,下压力系数别设太大。上次设了个F
1级别的值,车辆过弯时直接贴地飞行,牛顿的棺材板都压不住。建议从0.3开始往上调,安全系数高些。
Simulink里折腾汽车动力学模型的老哥估计都绕不开二自由度这个经典玩意儿。这货虽然结构简
单,但用来分析横摆和侧向运动够用了。模型核心就俩方程:一个横摆角速度,一个侧向加速度,用状态空
间方程一搭,直接甩进Simulink里跑起来。
![二自由度模型结构图]
```matlab
% 状态空间方程参数
m = 1500; % 整车质量
a = 1.2; % 前轴距
b = 1.5; % 后轴距