基于Simulink整车模型的建模(2)
辆密集化的交通公路，汽车的行驶速度也开始变得高速化。这使得交通道路安全形势日益严
峻。在我国，交通事故每年导致的死亡人数都不在少数，车辆的安全性越来越得到重视。影
响汽车稳定性的一个重要因素是汽车操稳性。据统计，在已发生的交通事故中，由于车辆侧
滑率引起的事故占很大比例，因此提高汽车操稳性，能够大大降低交通事故的发生率。据德
国国家交通安全管理局的一项报告称，在装备 ESP系统的汽车中，客车和轿车致命碰撞事故
减少约30%，越野车致命碰撞事故减少高达 63%[1]
。ESP（Electronic System Program）技术能
够对汽车侧滑进行主动控制，来提高车辆行驶操纵稳定性[2]
。目前国内还没有自主知识产权
的 ESP 产品，所以，对 ESP 相关技术进行研究，攻克 ESP 设计的理论以及关键技术，对打
破国外对该技术的垄断，提高我国汽车零部件产业的自主开发能力，具有重大的意义[3]
。
1.2 课题研究内容及思路
本课题的内容是在Simulink 上建立二自由度整车模型作为理想模型，并且在整车模型的
基础上加以拓展，结合近年来在汽车主动安全领域日益发展的电子稳定性控制，即 ESP 控制
策略，对车辆失稳后的控制进行了研究。
MATLAB 语言带有十几个工具箱，其中的 Simulink 可以提供动态建模、仿真和分析。
Simulink 中有一个 S-Function 模块，用来调用自编的 S 函数的程序[4]
。本文在 Simulink 上依
据车辆动力学公式搭建理想情况下的整车模型，以此为基础，在 CarSim软件上建立车辆实际
模型以及设置仿真工况，并输入到Simulink 的 S 函数库中，将理想模型和实际模型通过 ESP
控制策略，来实现车辆稳定性的控制。
1.3 论文结构安排
本文一共分为吹冰章，第一章是绪论，简要介绍了课题背景和本课题研究的内容。第二章
主要讲在 Simulink 平台上建立车辆动力学模型。第三章介绍了ESP 系统，讨论了本文控制参数的选择以及其对汽车稳定性的影响。第四章介绍了 CarSim 软件，建立了实际车辆模型以及
CarSim 和 Simulink 的联合仿真方法。第五章主要介绍了控制结构的设计，从 PID 控制器和力
矩分配两个部分分别设计模块。第吹冰章是本文所涉及的仿真结果。2.2.1 轮胎坐标系的介绍
引入如图 2.1 的车辆轮胎运动坐标系，单独对轮胎进行分析，可以更清楚地描述轮胎的
力学特性。x 轴是车轮平面与地面平面的交线，沿x轴方向车辆的运动称作纵向运动， x F 是
地面对轮胎切线方向的反作用力，严格来说称作纵向力， x M 是沿箭头所指方向的翻转力矩。
y 轴位于与x轴垂直的平面上，规定其正方向为车轮行驶的正左侧，沿 y 轴方向车辆的运动是
侧向运动， y F 是地面对轮胎的侧向反作用力，称作侧向力，沿箭头方向的力矩 y M 是地面对
轮胎的阻力矩。z 轴与地面垂直，根据右手定则可以判断出其正方向，沿 z 轴方向车辆的运动
是垂直方向运动， zF 是地面对轮胎的法向反作用力，称作垂直荷载， z
M 是地面对轮胎的反作用力绕 z 轴力矩，即回正力矩。 为侧偏角， 为外倾角，车轮平面不一定永远垂直于地
面，外倾角 就是车轮平面与 xoz 平面的夹角。