[发明专利]一种基于多体动力学的十四自由度车辆动力学模型建模方法

权利要求书

1.一种基于多体动力学的十四自由度车辆动力学模型建模方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、将车辆视为一个多刚体系统，包括簧上质量刚体和四个簧下质量刚体；

S2、根据S1中得到的子系统，建立四组不同的坐标系，分别为大地坐标系、车辆坐标系、轮胎坐标系及传递坐标系；

S3、考虑悬架系统的KC特性，忽略悬架系统摩擦作用，忽略转向系的摩擦作用，建立悬架模型；

S4、路况为干燥水平路面，忽略因为路面坑洼导致的车轮相对于车身的跳动，只考虑车轮相对于自身的垂直跳动及旋转运动，采用魔术公式求取轮胎力，建立轮胎模型；

S5、根据车身及悬架系统的动力学方程，建立包括车身x、y、z方向位移及旋转运动以及车轮自身跳动及旋转运动车辆模型，共14自由度。

2.根据权利要求1所述的一种基于多体动力学的十四自由度车辆动力学模型建模方法，其特征在于：步骤S3所述的悬架系统对此进行简化，对预压力、弹簧力等作用力分别计算，最终进行累加得到悬架垂直力。

3.根据权利要求1所述的一种基于多体动力学的十四自由度车辆动力学模型建模方法，其特征在于：步骤S4所述的轮胎力采用魔术公式求取，与Adams、Carsim等车辆仿真软件所使用的轮胎模型一致，避免差异性，其数学表达式可表示为：

式中Y(x)为侧向力或纵向力，x表示纵向滑移率或侧偏角，B、C、D、E分别为刚度因子、曲线形状因子、峰值因子及曲率因子，S_h和S_v分别为水平偏移量和垂直偏移量。

4.根据权利要求1所述的一种基于多体动力学的十四自由度车辆动力学模型建模方法，其特征在于：对S5所述的车身系统进行动力学分析，得到其惯性力及惯性力矩的表达式，并结合步骤二所述的车辆坐标系，建立微分方程组，进而建立车辆模型，车身动力学微分方程组可表示为：

对于车身在车辆坐标系中的惯性力为：

式中F_x、y、z为车身在车辆坐标系中沿x、y、z轴方向的合力，M_s和m_i(i＝1,2,3,4)为车身质量以及车轮质量，其中1、2代表左前轮与右前轮，3、4代表左后轮与右后轮。a_xi、a_yi为第i个车轮的纵向加速度和侧向加速度，a_x、y、z为车身沿x、y、z轴方向的加速度；

对于车身在车辆坐标系中的惯性力矩为：

式中M_x、y、z为车身在车辆坐标系中绕x、y、z轴的合力矩，a_zi为第i个车轮垂向加速度，p、q、r为车身绕x、y、z轴转动的角速度，x_w、y_w、z_w表示轮心在车辆坐标系中的坐标，I_xx、I_yy、I_zz表示车身绕x、y、z轴的转动惯量。