线性二自由度汽车模型的运动微分方程 为了便于建立运动方程,做以下简化:
(1)忽略转向系统的影响,直接以前轮转角作为输入;
(2)忽略悬架的作用;车身只作平行于地面的平面运动,沿z 轴的位移、绕 y 轴的俯仰角和绕 x 轴的侧倾角均为零,且l r Z Z F F  ; (3)汽车前进速度u 视为不变;
(4)侧向加速度限定在0.4g 一下,确保轮胎侧偏特性处于线性范围;
(5)驱动力不大,不考虑地面切向力对轮胎侧偏特性的影响,没有空气动力的作用。 在上述假设下,汽车被简化为只有侧向和横摆两个自由度的两轮摩托车模型。
分析时,令车辆坐标系原点与汽车质心重合。
首先确定汽车质心的(绝对)加速度在车辆坐标系中的分量。
为车辆坐标系的纵轴和横轴。质心速度
于时刻在
轴上的分量为
,在
轴上的分量为运动汽车
。由于汽车转向行驶时伴有平移和转动,在时刻,车辆坐标系中质心速度的大小与方向均发生变化,而车辆坐标系中的纵轴和横轴亦发生变化,所以沿轴速度分量变化为:
考虑到很小并忽略二阶微量,上式变成:
除以并取极限,便是汽车质心绝对加速度在车辆坐标系上的分量
同理得:
下面计算二自由度汽车的动力学方程
二自由度汽车受到的外力沿轴方向的合力与绕质心的力矩和为
式中,,为地面对前后轮的侧向反作用力,即侧偏力;为前轮转角。考虑到很小,上式可以写成:
下面计算二自由度汽车的动力学方程
二自由度汽车受到的外力沿轴方向的合力与绕质心的力矩和为
式中,,为地面对前后轮的侧向反作用力,即侧偏力;为前轮转角。考虑到很小,上式可以写成:
汽车前后轮侧偏角与其运动参数有关。如上图所示,汽车前后轴中点的速度为,;前后轮侧偏角为,;质心侧偏角为,;为与轴的夹角,其值为:
根据坐标系的关系,前后轮侧偏角为
由此,可以列出外力,外力矩与汽车参数的关系式为
所以,二自由度汽车的运动微分方程为
由此,可以列出外力,外力矩与汽车参数的关系式为
所以,二自由度汽车的运动微分方程为
上式可以变形为:
写成状态方程为: