摘 要
汽车在行驶过程中,若车轮不平衡,会产生摇摆与跳动,尤其当车速高于60km/h时,这种摇摆与跳动将显著加剧。车轮的不平衡不仅严重降低乘坐的舒适性和操纵稳定性,增加燃油消耗量,加剧轮胎磨损,以至直接影响车辆的经济性指标,而且还会加速悬架和转向系统部件的磨损,加速车轮内轴承的磨损,严重时将危及行驶安全。轮胎平衡机是测量旋转物体(转子)不平衡量大小和位置的机器。根据轮胎平衡机测出的数据对转子的不平衡量进行校正,可改善转子相对于轴线的质量分布,使转子旋转时产生的振动或作用于轴承上的振动力减少到允许的范围之内。因此,轮胎平衡机是减小振动、改善性能和提高质量的必不可少的设备。
汽车轮轮胎平衡机的研究与实现，其实现方式有很多种，可以用软件仿真以图形曲线的方式，也可以运用虚拟现实技术来真实的呈现，本论文拟采用绘图来呈现。因为汽车轮轮胎平衡机不仅要建立整车的动力学模型，整车力分析模型，还要对其建立的数学模型进行仿真，动态仿真是用matlab来实现，其仿真结果最终通过绘制图形的形式。由于资金方面的限制，本次设计最终的实现将用界面显示键入需要外加的参数（方向盘转角、节气门开度百分比、制动百分比、变速器挡位等）。界面将采用matlabGUI来完成。由于设计中将各部分进行模块化处理，主要包括车身模块、轮胎模块、发动机模块等，整个轮胎平衡机既有连续的动态仿真，也有离散事件系统（变速器挡位），属于典型的混杂系统。上述连续动态仿真系统将通过matlab/Simulink完成，离散事件系统将用到simulink中开关模块也可以用stateflow实现。本设计动力学模型是建立的一个七个自由度的汽车轮胎平衡机，包括汽车车身坐标系的纵向X轴、横行Y轴、横摆绕Z旋转三个自由度，四个车轮的旋转运动自由度，共计七个自由度。
关键词：汽车轮轮胎平衡机， 轮胎平衡机， 动态仿真， matlab，七自由度
Abstract
The car is moving process, if the wheel imbalance, will produce a swing and bounce, especially when the speed is higher than 60km / h, this swinging and beating significantly intensified. Unbalanced wheel not only seriously reduce the ride comfort and handling stability, increased fuel consumption, increased tire wear, as well as the direct impact of the economic indicators of the vehicle, but also accelerate the wear of suspension and steering system components, inside the wheel acceleration bearing wear, serious, it will endanger traffic safety. Tire balancing machine is to measure the rotation of the object (rotor) unbalance the size and location of the machine. Tire balancing machine according to the measured data for correcting the imbalance of the rotor, the rotor can be improved with respect to the axis of the mass distribution, the vibration or action produced when the rotor rotates reduced to within the permissible range of the vibrating force on the bearings.
Therefore, tire balancing machine is to reduce vibration, improve performance and enhance the quality of essential equipment.
Research and Implementation of car wheel tire balancing machine, which realize there are many ways you can use software simulation by way of graph, you can also use virtual reality technology to real presentation, this paper intends to use to render the drawing. Because the car wheel tire balancing machine is not only to build dynamic model of the vehicle, the vehicle power model, but also its mathematical model simulation, dynamic simulation is used to achieve matlab, the simulation results of the final form of graphics rendering . Due to financial constraints, the ultimate realization of this design will use interface display type requires additional parameters (steering wheel angle, throttle opening percentage, braking percentage, transmission gear, etc.). Interface will use matlabGUI to complete. Since each part of the design process will be modular, including body module, tire module, engine module, the entire tire balancing machine both continuous dynamic simulation, there are discrete event systems (transmission gear), typical of the hybrid system. The continuous dynamic simulation system by matlab / Simulink is complete, discrete event system will be used simulink switching module can also be used stateflow achieve. The design dynamics model was built seven degrees of freedom of a car tire balancing machines, including auto body longitudinal X-axis coordinate system, rampant Y-axis, yaw rotation about the Z three degrees of freedom, the freedom of the rotational movement of the four wheels degree, a total of seven degrees of freedom.
Keywords: car wheel tire balancing, wheel balancing machines, dynamic simulation, matlab, seven degrees of freedom
目录
摘 要 I
Abstract II
目录 IV
第一章 前 言 1
1.1 汽车轮轮胎平衡机的研究意义： 1
1.2 本课题的研究目的： 2
1.3 本课题国内外的研究成果： 2
1.3.1 在国外的研究状况： 2
1.3.2 在国内的研究状况： 3
1.4 本次课题的研究研究范围： 4
本章小结： 5
第二章 系统总体方案及其研究方法的研究与确定 6
2.1 汽车模拟驾驶的研究与实现 6
2.1.1 模拟驾驶轮胎平衡机 7
2.1.2 轮胎模型 7
2.1.3 发动机及其传动系的模型 8
2.2 本章小结 8
第三章 整车的动力学建模 9
3.1 动力学建模的建立方法 9
3.1.1 牛顿矢量力学体系： 9
3.1.2 分析力学体系 10
3.1.3 本次设计动力学建立方法 11
3.2 整车动力学分析 11
3.2.1 轮胎平衡机坐标系 11
3.2.2 模型简化说明 12
3.2.3 建立整车的动力学方程 12
3.3 利用Matlab/Simulink建立整车的仿真模型 16
3.3.1 确定系统的输入、输出 16
3.3.2 建立整车水平运动仿真模型 17
第四章 轮胎模型的建立 18
4.1 魔术公式轮胎模型 18
4.2 魔术公式的输入量确定 21
4.2.1 侧偏角的确定 21
4.2.2 滑移率的确定 23
4.2.3 轮胎垂直载荷的确定 23
4.3 轮胎的动力学模型 25
4.4 建立轮胎模型的matlab数学模型 25
4.4.1 轮胎的总体模型： 25
4.4.2 各个轮胎的横向速度与侧向速度输出模型 26
4.4.3 垂直载荷模型 27
4.4.4 轮胎的整体模型 28
4.4.5 模型综述 28
第五章 发动机及其传动系统的动力学仿真 30
5.1 发动的输出扭矩关系 30
5.2 发动机模型与车轮模型的关系 31
5.2.1 扭矩的关系 31
5.2.2 发动机转速与汽车行驶速度 31
5.3 传动系模型的建立 31
5.3.1 离合器模型 32
5.3.2 变速器模型 32
5.4 发动力和传动系统的仿真模型 32
第六章 制动系模型和转向系模型的确定 34
6.1 制动系模型确定 34
6.1.1 制动系模型的处理简化 34
6.1.2 制动器模型 34
6.2 转向系的模型 35
6.2.1 模型的处理 35
6.2.2 转向器模型 35
6.3 模型处理 35
6.3.1 模型整合 35
6.3.2 整车仿真模型 37
第七章 模型的组合和界面设计 38
7.1 matlabGUI模块 38
7.1.1 创建GUI界面 38
7.1.2 GUI的M文件 39
第八章 仿真过程及其结果 42
8.1 为系统模型赋值 42
8.2 仿真操作 42
8.3 仿真结论 44
第九章 致谢 45
参考文献 46
