整车模型概述
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2025-12-08
前言
这大抵是本文档中最简短的概述了。恰是由于整车模型类型太多、内容异常丰富,详细展开模型概述不是一个时间友好的决定。
本节将首先介绍车辆坐标系,这是描述整车模型的基础;其次讨论目前研究与应用中存在哪些整车动力学模型。
车辆坐标系
自然,主流的整车坐标系仍可分为 ISO 以及 SAE 两种。
ISO 坐标系如下图所示,坐标系原点 O 固定在车辆质心,xoz 处于汽车左右对称的平面内。当车辆在水平路面上处于静止状态下, x 轴平行于地面指向前方, z 轴通过质心指向正上方,y 轴指向驾驶员的左侧。


SAE 坐标系与 ISO 不同点在于二者的 y 轴与 z 轴的方向相反,如上图所示。
本文采用的车辆坐标系与《汽车理论》的相同,也即 ISO 坐标系。
整车动力学模型有哪些
将汽车的悬上部分视为一个刚体,那么它在空间中有6个运动自由度,即在三个坐标轴上的水平运动自由度以及围绕三个坐标轴的旋转运动自由度。而在研究论文中,常有提到 2自由度、3自由度、7自由度、14自由度等等车辆动力学模型,甚至一些比较特别的研究提出了 100+ 自由度的模型。
或许此时我们会产生疑惑,整车总计6个自由度,如何产生7、14等超多自由度的模型呢?观察这些模型,14自由度的动力学模型不仅包括了6个整车运动,还包括了四个车轮的旋转、悬架的4个垂向运动。不难发现它们在整车的基础上加上了其他车辆子系统。他们提出的XX自由度动力学模型,是考虑了更多内部细节的结果。
此外,即使自由度数量相同,两个动力学模型可以也不相同,例如2自由度动力学模型可以描述车辆的质心侧偏角及横摆角速度,这是横向运动的经典模型,也可以描述车辆的纵侧向速度。
言归正传,目前较为常用的模型为2,3,7,14自由度的动力学模型,本文将会介绍2,3自由度动力学模型,在此基础上再介绍车辆的7自由度动力学模型 。
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