《自動駕駛導論》實驗指導書

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

實驗一汽車穩(wěn)態(tài)響應特性仿真一、實驗目的汽車穩(wěn)態(tài)響應特性是指汽車穩(wěn)態(tài)狀況下的運動響應，其評價指標主要有汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益、汽車穩(wěn)定性因數、前后輪側偏角之差、轉向半徑比值、靜態(tài)儲備系數。二、實驗學時2學時三、實驗設備MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數學軟件，用于算法開發(fā)、數據可視化、數據分析及數值計算的高級技術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計水平，車輛仿真在自動駕駛技術開發(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，在車輛工程領域的應用越來越廣泛。為了提高學生的實踐能力，把理論應用于實踐，車輛仿真也已經成為車輛工程專業(yè)學生必備的技能，在課程設計和畢業(yè)設計中經常要使用MATLAB軟件進行各種仿真。文中的所有案例均采用MATLAB進行設計，并針對具體工程背景，編寫相應的特征函數進行分析。通過仿真實現，可以讓讀者結合理論推導過程，學習和掌握MATLAB在車輛控制仿真中的應用。從基本操作到高級算法應用，幾乎涉及自動駕駛技術的所有重要知識。五、實驗方法1.建立汽車穩(wěn)態(tài)響應特性評價指標模型2.繪制汽車橫擺角速度增益與速度曲線3.繪制汽車前后輪側偏角之差與側向加速度曲線4.繪制汽車轉向半徑比值與速度平方曲線5.計算汽車穩(wěn)定性因數和靜態(tài)儲備系數汽車穩(wěn)態(tài)響應特性仿真所需參數見表9-1。表9-1汽車穩(wěn)態(tài)響應特性仿真所需參數任務實施過程汽車穩(wěn)態(tài)響應特性評價指標主要有汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益、汽車穩(wěn)定性因數、前后輪側偏角之差、轉向半徑比值和靜態(tài)儲備系數。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角之比，也稱轉向靈敏度。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動轉向盤而引起汽車很大的響應穩(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。汽車穩(wěn)定性因數是表征汽車穩(wěn)態(tài)轉向特性的重要參數之一，根據汽車穩(wěn)定性因數的數值，汽車的穩(wěn)態(tài)響應可分為中性轉向、不足轉向和過度轉向，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)轉向特性

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

自動駕駛導論實驗報告（一）實驗名稱汽車穩(wěn)態(tài)響應特性仿真實驗日期年月日班級姓名學號指導教師成績實驗目的實驗用儀器設備型號規(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繪制汽車前后輪側偏角之差與側向加速度曲線。3.2.2程序代碼：3.3.1繪制汽車轉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（S.M.），并說明分析結果。3.4.2程序代碼：實驗二汽車瞬態(tài)響應特性仿真一、實驗目的汽車瞬態(tài)響應特性是指汽車瞬態(tài)狀況下的運動響應，一般分為時域響應特性和頻率響應特性。時域響應特性一股是基于角階躍輸入下的瞬態(tài)響應；頻率響應特性可以用橫擺角速度的增益和相位角表示。二、實驗學時2學時三、實驗設備MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數學軟件，用于算法開發(fā)、數據可視化、數據分析及數值計算的高級技術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計水平，車輛仿真在自動駕駛技術開發(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，在車輛工程領域的應用越來越廣泛。為了提高學生的實踐能力，把理論應用于實踐，車輛仿真也已經成為車輛工程專業(yè)學生必備的技能，在課程設計和畢業(yè)設計中經常要使用MATLAB軟件進行各種仿真。文中的所有案例均采用MATLAB進行設計，并針對具體工程背景，編寫相應的特征函數進行分析。通過仿真實現，可以讓讀者結合理論推導過程，學習和掌握MATLAB在車輛控制仿真中的應用。從基本操作到高級算法應用，幾乎涉及自動駕駛技術的所有重要知識。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.繪制不同輪胎側偏剛度下的汽車橫擺角速度時域特性曲線4.繪制不同轉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.繪制不同輪眙側偏剛度下的汽車橫擺角速度頻域特性曲線7.繪制不同轉動慣量下的汽車橫擺角速度頻域特性曲線汽車瞬態(tài)響應特性仿真所需參數見表10-1。表10-1汽車瞬態(tài)響應特性仿真所需參數

自動駕駛導論實驗報告（二）實驗名稱汽車瞬態(tài)響應特性仿真實驗日期年月日班級姓名學號指導教師成績實驗目的實驗用儀器設備型號規(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：

實驗三四輪轉向汽車操縱穩(wěn)定性仿真一、實驗目的汽車操縱穩(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向意圖，并通過控制轉向盈按給定的方向行駛，當受到干擾時，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、實驗學時2學時三、實驗設備MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數學軟件，用于算法開發(fā)、數據可視化、數據分析及數值計算的高級技術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計水平，車輛仿真在自動駕駛技術開發(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，在車輛工程領域的應用越來越廣泛。為了提高學生的實踐能力，把理論應用于實踐，車輛仿真也已經成為車輛工程專業(yè)學生必備的技能，在課程設計和畢業(yè)設計中經常要使用MATLAB軟件進行各種仿真。文中的所有案例均采用MATLAB進行設計，并針對具體工程背景，編寫相應的特征函數進行分析。通過仿真實現，可以讓讀者結合理論推導過程，學習和掌握MATLAB在車輛控制仿真中的應用。從基本操作到高級算法應用，幾乎涉及自動駕駛技術的所有重要知識。五、實驗方法主要任務：1.建立四輪轉向汽車操縱穩(wěn)定性數學模型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心側偏角時域特性曲線4.比較前輪轉向和四輪轉向的區(qū)別四輪轉向汽車操縱穩(wěn)定性仿真所需參數見表11-1。表11-1四輪轉向汽車操縱穩(wěn)定性仿真所需參數

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