自動駕駛導(dǎo)論實驗指導(dǎo)書目錄實驗一汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性仿真 3實驗二汽車瞬態(tài)響應(yīng)特性仿真 14實驗三四輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性仿真 26

實驗一汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性仿真一、實驗?zāi)康钠嚪€(wěn)態(tài)響應(yīng)特性是指汽車穩(wěn)態(tài)狀況下的運動響應(yīng)，其評價指標(biāo)主要有汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益、汽車穩(wěn)定性因數(shù)、前后輪側(cè)偏角之差、轉(zhuǎn)向半徑比值、靜態(tài)儲備系數(shù)。二、實驗學(xué)時2學(xué)時三、實驗設(shè)備MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。四、實驗原理為了提高汽車設(shè)計水平，車輛仿真在自動駕駛技術(shù)開發(fā)過程中越來越重要，MATLAB作為世界上最流行的仿真計算軟件之一，在車輛工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。為了提高學(xué)生的實踐能力，把理論應(yīng)用于實踐，車輛仿真也已經(jīng)成為車輛工程專業(yè)學(xué)生必備的技能，在課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中經(jīng)常要使用MATLAB軟件進(jìn)行各種仿真。文中的所有案例均采用MATLAB進(jìn)行設(shè)計，并針對具體工程背景，編寫相應(yīng)的特征函數(shù)進(jìn)行分析。通過仿真實現(xiàn)，可以讓讀者結(jié)合理論推導(dǎo)過程，學(xué)習(xí)和掌握MATLAB在車輛控制仿真中的應(yīng)用。從基本操作到高級算法應(yīng)用，幾乎涉及自動駕駛技術(shù)的所有重要知識。五、實驗方法1.建立汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性評價指標(biāo)模型2.繪制汽車橫擺角速度增益與速度曲線3.繪制汽車前后輪側(cè)偏角之差與側(cè)向加速度曲線4.繪制汽車轉(zhuǎn)向半徑比值與速度平方曲線5.計算汽車穩(wěn)定性因數(shù)和靜態(tài)儲備系數(shù)汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性仿真所需參數(shù)見表9-1。表9-1汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性仿真所需參數(shù)任務(wù)實施過程汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性評價指標(biāo)主要有汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益、汽車穩(wěn)定性因數(shù)、前后輪側(cè)偏角之差、轉(zhuǎn)向半徑比值和靜態(tài)儲備系數(shù)。汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益是指穩(wěn)態(tài)橫擺角速度與前輪轉(zhuǎn)角之比，也稱轉(zhuǎn)向靈敏度。穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益不能太大，以免由于駕駛員無意識輕微轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤而引起汽車很大的響應(yīng)穩(wěn)態(tài)橫撰角速度增益又不能太小，否則操縱困難。圖9-1所示為汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益與行駛速度的關(guān)系曲線。其中，uch稱為特征車速；ucr稱為臨界車速；K為汽車穩(wěn)定性因數(shù)。汽車穩(wěn)定性因數(shù)是表征汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的重要參數(shù)之一，根據(jù)汽車穩(wěn)定性因數(shù)的數(shù)值，汽車的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)可分為中性轉(zhuǎn)向、不足轉(zhuǎn)向和過度轉(zhuǎn)向，如圖9-2所示。圖9-1汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益與圖9-2汽車的三種穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性

行使速度的關(guān)系曲線前后輪側(cè)偏角之差（絕對值）是指汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性試驗中，前、后軸綜合側(cè)偏角的差值。前后輪側(cè)偏角之差與側(cè)向加速度的關(guān)系曲線如圖9-3所示。其中，虛線表明并不是所有工況下前后輪側(cè)偏角之差與側(cè)向加速度之間都存在線性關(guān)系。當(dāng)側(cè)向加速度較大時，輪胎側(cè)偏特性進(jìn)入明顯的非線性區(qū)城，汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)會發(fā)生較大變化。轉(zhuǎn)向半徑比值是指汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性試驗中，質(zhì)心瞬時轉(zhuǎn)向半徑與初始轉(zhuǎn)向半徑的比值。轉(zhuǎn)向半徑比值與速度平方的關(guān)系曲線如圖9-4所示。靜態(tài)儲備系數(shù)是指中性轉(zhuǎn)向點到前軸的距離與汽車質(zhì)心到前軸的距離之差與軸距之比。圖9-3前后輪側(cè)偏角之差與側(cè)向加速度圖9-4轉(zhuǎn)向半徑比值與速度平方的關(guān)系曲線之間的關(guān)系曲線1.建立汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性評價指標(biāo)模型汽車二自由度模型如圖9-5所示。其中，v、u分別為汽車質(zhì)心側(cè)向速度和縱向速度；β為汽車質(zhì)心側(cè)偏角；ωr為汽車橫擺角速度；a、b分別為汽車質(zhì)心至前、后軸距離；αF、αR分別為汽車前、后輪側(cè)偏角；FyBF、FyBR分別為汽車前、后輪側(cè)向力；δ為前輪轉(zhuǎn)向角。汽車質(zhì)心外側(cè)向加速度為圖9-5汽車二自由度模型圖9-6汽車橫擺角速度增益與速度曲線圖9-7汽車前后輪側(cè)偏角之差與側(cè)向加速度曲線注：g表示重力加速度圖9-8汽車轉(zhuǎn)向半徑比值與速度平方曲線

自動駕駛導(dǎo)論實驗報告（一）實驗名稱汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性仿真實驗日期年月日班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師成績實驗?zāi)康膶嶒炗脙x器設(shè)備型號規(guī)格3．回答下列問題3.1.1繪制汽車橫擺角速度增益與速度曲線。3.1.2程序代碼：3.2.1繪制汽車前后輪側(cè)偏角之差與側(cè)向加速度曲線。3.2.2程序代碼：3.3.1繪制汽車轉(zhuǎn)向半徑比值與速度平方曲線。3.3.2程序代碼：3.4.1計算汽車穩(wěn)定性因子（K）和靜態(tài)儲備系數(shù)（S.M.），并說明分析結(jié)果。3.4.2程序代碼：實驗二汽車瞬態(tài)響應(yīng)特性仿真一、實驗?zāi)康钠囁矐B(tài)響應(yīng)特性是指汽車瞬態(tài)狀況下的運動響應(yīng)，一般分為時域響應(yīng)特性和頻率響應(yīng)特性。時域響應(yīng)特性一股是基于角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)；頻率響應(yīng)特性可以用橫擺角速度的增益和相位角表示。二、實驗學(xué)時2學(xué)時三、實驗設(shè)備MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。四、實驗原理為了提高汽車設(shè)計水平，車輛仿真在自動駕駛技術(shù)開發(fā)過程中越來越重要，MATLAB作為世界上最流行的仿真計算軟件之一，在車輛工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。為了提高學(xué)生的實踐能力，把理論應(yīng)用于實踐，車輛仿真也已經(jīng)成為車輛工程專業(yè)學(xué)生必備的技能，在課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中經(jīng)常要使用MATLAB軟件進(jìn)行各種仿真。文中的所有案例均采用MATLAB進(jìn)行設(shè)計，并針對具體工程背景，編寫相應(yīng)的特征函數(shù)進(jìn)行分析。通過仿真實現(xiàn)，可以讓讀者結(jié)合理論推導(dǎo)過程，學(xué)習(xí)和掌握MATLAB在車輛控制仿真中的應(yīng)用。從基本操作到高級算法應(yīng)用，幾乎涉及自動駕駛技術(shù)的所有重要知識。五、實驗方法1.建立汽車橫撰角速度傳遞函數(shù)2.繪制不同車速下的汽車橫擺角速度時域特性曲線3.繪制不同輪胎側(cè)偏剛度下的汽車橫擺角速度時域特性曲線4.繪制不同轉(zhuǎn)動慣量下的汽車橫擺角速度時域特性曲線5.繪制不同車速下的汽車橫撰角速度頻域特性曲線6.繪制不同輪眙側(cè)偏剛度下的汽車橫擺角速度頻域特性曲線7.繪制不同轉(zhuǎn)動慣量下的汽車橫擺角速度頻域特性曲線汽車瞬態(tài)響應(yīng)特性仿真所需參數(shù)見表10-1。表10-1汽車瞬態(tài)響應(yīng)特性仿真所需參數(shù)

自動駕駛導(dǎo)論實驗報告（二）實驗名稱汽車瞬態(tài)響應(yīng)特性仿真實驗日期年月日班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師成績實驗?zāi)康膶嶒炗脙x器設(shè)備型號規(guī)格3．回答下列問題3.1.1繪制不同車速下的汽車橫擺角速度時域特性曲線。3.1.2程序代碼：3.2.1繪制不同輪胎側(cè)偏剛度下的汽車橫擺角速度時域特性曲線。3.2.2程序代碼：3.3.1繪制不同轉(zhuǎn)動慣量下的汽車橫擺角速度時域特性曲線。3.3.2程序代碼：3.4.1繪制不同車速下的汽車橫撰角速度頻域特性曲線。3.4.2程序代碼：3.5.1繪制不同輪眙側(cè)偏剛度下的汽車橫擺角速度頻域特性曲線3.5.2程序代碼：3.6.1繪制不同轉(zhuǎn)動慣量下的汽車橫擺角速度頻域特性曲線3.6.2程序代碼：

實驗三四輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性仿真一、實驗?zāi)康钠嚥倏v穩(wěn)定性是在駕駛員無過度疲勞與緊張的駕駛情況下，汽車能夠按照駕駛員轉(zhuǎn)向意圖，并通過控制轉(zhuǎn)向盈按給定的方向行駛，當(dāng)受到干擾時，汽車可以抵抗千擾且保持穩(wěn)定行駛的性能。操縱穩(wěn)定性不僅影響汽車駕駛的方便程度，而且是高速車輛安全行駛的一個主要性能。二、實驗學(xué)時2學(xué)時三、實驗設(shè)備MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。四、實驗原理為了提高汽車設(shè)計水平，車輛仿真在自動駕駛技術(shù)開發(fā)過程中越來越重要，MATLAB作為世界上最流行的仿真計算軟件之一，在車輛工程領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。為了提高學(xué)生的實踐能力，把理論應(yīng)用于實踐，車輛仿真也已經(jīng)成為車輛工程專業(yè)學(xué)生必備的技能，在課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中經(jīng)常要使用MATLAB軟件進(jìn)行各種仿真。文中的所有案例均采用MATLAB進(jìn)行設(shè)計，并針對具體工程背景，編寫相應(yīng)的特征函數(shù)進(jìn)行分析。通過仿真實現(xiàn)，可以讓讀者結(jié)合理論推導(dǎo)過程，學(xué)習(xí)和掌握MATLAB在車輛控制仿真中的應(yīng)用。從基本操作到高級算法應(yīng)用，幾乎涉及自動駕駛技術(shù)的所有重要知識。五、實驗方法主要任務(wù)：1.建立四輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型2.繪制不同車速下的汽車橫擺角速度時域特性曲線3.繪制不同車速下的汽車質(zhì)心側(cè)偏角時域特性曲線4.比較前輪轉(zhuǎn)向和四輪轉(zhuǎn)向的區(qū)別四輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性仿真所需參數(shù)見表11-1。表11-1四輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性仿真所需參數(shù)

自動駕駛導(dǎo)論實驗報告（三）實驗名稱四輪轉(zhuǎn)向汽車操縱穩(wěn)定性仿真實驗日期年月日班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師成績