黄鹏飞 衣嘉瑞
摘要：本文以车辆的四轮转向系统为研究对象，通过对四轮转向系统进行模型的简化得到车辆四轮转向系统的二自由度模型，借车辆四轮转向系统的二自由度模型运用汽车运动学和车辆动力学的理论及MATLAB建模分析方法，对车辆四轮转向系统的二自由度模型进行计算机仿真分析，模拟汽车在不同速度下的影响车辆转向响应的关键因素，通过仿真四轮转向系统的二自由度模型分析得到汽车在高低速行驶工况下，四轮转向系统指标的状态响应情况。
关键词：MATLAB;仿真分析;四轮转向
1. 课程设计总述
汽车的四轮转向，是指在汽车转向时四个车轮具有同时发生偏转的能力。汽车的四轮转向系统在低速时，可以使得汽车的转弯半径变小，这会让汽车更加灵活，而提高汽车的机动性能;高速时，此系统可以使汽车具有较快的响应速度，所以通过合理控制前后轮的偏转角，又能增强汽车的操稳性，提高汽车的行车安全性。然而在实际生产生活中，对于具有四轮转向系统的车辆的安全性和实用性了解和实际应用范围较少。本文以汽车的四轮转向系统为例进行相关理论设计和分析。
1.1 课程设计主要任务
汽车四轮转向系统是汽车的重要组成部分，四轮转向对提高汽车驾驶的灵活性、运动型和安全性具有重要意义。通过研究汽车四轮转向原理，对汽车四轮转向系统进行正确合理的数学建模和分析，可以加深研究人员对汽车四轮转向的理解，深刻认识四轮转向系统在低速和高速下对输入信号的影响。然而四轮转向系统需要考虑整车质量、质心位置、车辆转动惯量、前轮侧偏刚度、后轮侧偏刚度等各种复杂因素，所以四轮转向系统的建模的准确性对仿真真实反映实际系统至关重要。
本设计为了便于分析汽车的四轮转向系统，将四轮转向管理系统简化成而二自由度结构模型，建立了汽车的四轮转向控制系统的运动通过微分方程，运用 MATLAB/Simulink 对模型可以进行设计相应的仿真结果分析，构建仿真模型，之后在低速和高速下对四轮转向系统仿真进行对比分析。
1.2 课程设计基本问题
课程设计主要包括四轮转向系统的二自由度模型的建立，四轮转向系统两自由度模型的仿真分析，低速和高速的仿真对比分析等工作。
假设汽车做等速直线运动，汽车的前后轮转角是二自由度系统的输入，同时不考虑汽车模型的悬架，即将簧载质量和非簧载质量当做一部分，忽略地面变化对轮胎侧偏特性的影响，在忽略负荷汽车轮胎的转弯特性的影响，忽略汽车的回正力矩，将轮胎侧偏特性进行考虑为线性的，汽车可以左右结构对称。
1.3 课程设计的工具
1980年开始出现了很多科学计算语言，包括MATLAB语言，c语言等，此次课程设计我们主要运用“Matlab Simulink"这方面的知识。MATLAB有矩阵实验室的意思，在矩阵计算等方面运用较多。在现代的科学研究领域和工程仿真设计领域有着十分广泛的应用前景。
MATLAB是矩阵实验室是美国MathWorks公司出品数学教学软件，用于学习算法研究开发、数据信息可视化、数据分析问题以及通过数值方法计算的高级管理技术可以计算语言和交互式网络环境，面向工程应用的主要内容包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB是在1984年由美国的MathWorks公司的研发，设计，推广出去，经过不断的发展历史，改进和更新，最终发展成为国际公认的，优良的，完善的科学计算应用程序开发环境之一。
Simulink的是一个软件包，MATLAB作为包，这是一个软件包，可用于建模，仿真和活力的机构的分析设计的基础。
我们只从名字上就可以知道，“Simulink" 有着两层表面上的含义：
（1）它是可以用于系统仿真的软件。
（2）它是能够进行系统连接的程序。
在该软件环境发展情况之下，我们可以在电脑数据显示屏幕上直接通过调用已经普遍存在的软件功能模块，并将这些企业软件管理模块按照学生自己的想法连接起来，以构成新的、系统的模型，这即是所谓的-可视化建模。Simulink由于我们这些功能强大、使用一个简单方便的好处，现在中国已经发展成为企业应用面积最广泛的动态管理系统的仿真软件。
Simulink由于我们这些功能强大、使用一个简单方便的好处，现在中国已经发展成为企业应用面积最广泛的动态管理系统的仿真软件。
本设计以汽车的四轮转向系统为研究对象。考虑汽车的四轮轉向系统的实际参数将四轮转向系统简化成而二自由度模型，建立了汽车的四轮转向系统的运动微分方程，运用MATLAB m文件和 MATLAB/Simulink 对模型进行相应的数据输入和仿真分析，构建仿真模型，之后在低速和高速下对四轮转向系统仿真进行对比分析。
参考文献：
[1] 周佳. 四轮转向系统控制策略对比研究[D]. 2015.
[2] 郭孔辉，轧浩. 车辆四轮转向系统的控制方法[J]. 吉林工业大学学报，1998，028（004）：1-4.
[3] 胡国强. 汽车四轮转向系统转向特性的研究[D]. 武汉理工大学，2012.
[4] 来飞，邓兆祥，董红亮，等. 汽车主动悬架和四轮转向系统的综合控制[J]. 振动与冲击，2009（04）：164-167+217.
（作者单位：临沂大学）
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