### PAC2002魔术轮胎模型详解 #### 引言 在车辆动力学领域，轮胎与路面间的相互作用力是研究的重要组成部分。其中，“魔术轮胎公式”（Magic Formula）因其高度准确性与灵活性，在该领域内占据核心地位。PAC2002魔术轮胎模型作为最新版本，基于Pacejka教授的《轮胎与车辆动力学》一书中的理论成果，由MSC Software开发完成。本文旨在详细介绍PAC2000魔术轮胎模型的各项特点及其应用范围。 #### PAC2002魔术轮胎模型的应用场合 魔术公式轮胎模型被认为是模拟轮胎与路面间交互力的最新技术。自1987年以来，Pacejka教授及其他学者陆续发布了多个版本的此类轮胎模型。PAC2002模型融合了《轮胎与车辆动力学》一书中最新的研究成果。通常情况下，魔术公式轮胎模型适用于较为平滑的路面（路障波长超过轮胎半径），最高频率可达8Hz。这意味着该轮胎模型可广泛应用于以下几种常见车辆操控稳定性的模拟： - **稳态转弯**：模拟车辆在恒定速度下的转向特性。 - **单道或双车道变道**：模拟车辆在不同车道间快速变换时的行为。 - **制动或转角减速**：研究车辆在制动过程中或在转弯时失去动力的情况。 - **分μ值制动测试**：分析不同摩擦系数路面上的制动性能。 - **J形转弯**或其他转弯动作：模拟各种复杂转弯操作下的车辆表现。 - **ABS制动**：在考虑停车距离时非常有用（但不适合调整ABS控制系统策略）。 - **其他车辆动力学工况**：如在较为平滑路面上进行的各种常规操作。 对于涉及车辆翻滚情况的模拟，需特别关注轮胎的翻转力矩特征（Mx）以及负载半径的变化情况。 #### 轮胎-路面相互作用力的建模 魔术轮胎模型通过一系列经验公式来描述轮胎与路面之间的横向、纵向及垂直方向的作用力。这些公式能够准确地捕捉轮胎行为，并且能够根据不同的工作条件进行调整。PAC2002模型在这一方面进行了大量改进和完善。 - **坐标系统和滑动定义**：模型采用特定的坐标系统来定义轮胎与地面接触区域的状态，包括滑移率和侧偏角等关键参数。 - **接触方法和垂直载荷计算**：通过精确的接触力学模型来计算轮胎与路面的接触面积，进而确定垂直载荷的分布情况。 - **魔术公式基础**：PAC2002中的魔术公式包含了多项式表达式，用于预测轮胎的动态响应。 - **瞬态行为**：考虑到实际驾驶过程中的瞬态变化，如加速、制动和转向，PAC2002模型加入了对瞬态行为的模拟。 - **陀螺力偶**：当车辆转向时，轮胎会产生陀螺效应，这对车辆的稳定性有重要影响。 - **非滚动状态下的垂直刚度和阻尼特性**：即使在轮胎不滚动的情况下，也需要考虑其垂直方向的刚度和阻尼效应。 - **左右侧轮胎的区别**：考虑到左右侧轮胎可能存在的差异性，模型提供了相应的设置选项。 - **USE_MODES的设置**：从简单到复杂的多种使用模式，允许用户根据具体需求进行选择。 #### 轮胎模型参数的质量检查 为了确保轮胎模型的有效性和准确性，需要对模型参数进行质量检查。这包括但不限于： - 参数的一致性检查：确保所有参数都符合预期的物理意义。 - 模型验证：通过比较实验数据与模拟结果，评估模型的可靠性。 - 稳定性分析：确保在各种工况下模型都能保持稳定。 #### 标准轮胎接口(STI) PAC2002支持标准轮胎接口(STI)，这是一种通用格式，用于输入和输出轮胎属性数据。STI使得不同软件平台之间的轮胎模型数据交换变得更加便捷。 #### 示例：PAC2002轮胎属性文件 为了帮助用户更好地理解如何配置PAC2002轮胎模型，本文提供了一个示例轮胎属性文件。此文件包含了一系列关键参数及其数值设定，用以描述特定轮胎的特性。 #### 结论 PAC2002魔术轮胎模型以其高度的精度和灵活性成为车辆动力学领域的首选工具之一。通过对轮胎与路面交互力的深入理解和模拟，该模型为汽车设计与研发提供了强有力的支持。随着未来技术的发展，魔术轮胎模型还将继续进化，以满足更加复杂多变的应用需求。

非线性三自由度车辆动力学模型，通常被称为“魔术轮胎公式”（Magic Formula），是汽车动力学领域中的一种重要理论模型。这个模型基于车辆在行驶过程中受到的各种力和力矩，包括轮胎与路面的相互作用，来描述车辆在三个自由度上的运动：横向、纵向和侧向。在MATLAB/Simulink环境中构建这样的模型，可以进行仿真分析，以理解车辆动态行为并优化其性能。 我们需要理解模型的基本构成。三自由度模型通常包括以下组件： 1. **车辆质心运动**：车辆在纵向（前进/后退）和横向（左右）的移动，以及围绕垂直轴的滚动。这些运动由车辆的质量、加速度和外力（如引擎牵引力、空气阻力、重力等）决定。 2. **轮胎模型**：魔术轮胎公式是描述轮胎与路面交互的关键。它包括轮胎的侧偏角、滑移率和负载变化对抓地力的影响。这种模型复杂且非线性，因为它考虑了轮胎橡胶的弹性、变形以及与路面的接触状态。 3. **悬挂系统**：车辆的悬挂系统影响着车辆的稳定性。它负责缓冲路面不平带来的冲击，并保持车身稳定。在模型中，悬挂的刚度、阻尼和位移会影响车辆的垂直运动。 4. **转向系统**：转向系统决定了车辆如何根据驾驶员输入改变方向。在三自由度模型中，转向角度会影响轮胎的侧偏角，进而影响车辆的侧向运动。 在MATLAB/Simulink中建立这样的模型，需要完成以下步骤： 1. **定义车辆参数**：设定车辆的质量、几何尺寸、悬挂特性、轮胎参数等。 2. **创建子系统模块**：为车辆质心运动、轮胎模型、悬挂系统和转向系统分别创建模块，每个模块内部实现对应的物理关系。 3. **连接模块**：将这些子系统模块通过信号连接起来，形成完整的车辆动力学模型。例如，驾驶员输入（如方向盘角度）会驱动转向系统模块，其输出再影响轮胎模型和车辆质心运动。 4. **仿真设置**：配置仿真时间、步长等参数，以确保结果的精度和稳定性。 5. **运行仿真**：执行模型并观察车辆在不同条件下的动态响应，如速度、加速度、轮胎力等。 6. **结果分析**：利用MATLAB的工具箱进行数据分析，理解车辆行为并可能调整参数以优化性能。 通过这个模型，工程师可以研究各种驾驶场景，比如急转弯、紧急刹车、高速行驶等，从而改进车辆的操控性和安全性。此外，该模型还可以用于开发车辆控制系统，如电子稳定程序（ESP）或防抱死制动系统（ABS）。 在实际应用中，非线性三自由度车辆动力学模型能够提供比简化模型更准确的预测，但计算量较大。因此，为了平衡精确度和计算效率，有时会采用线性化或简化版本的模型。然而，对于复杂的车辆行为分析和控制系统的开发，非线性模型仍然是不可或缺的工具。

本模型是自己搭建的魔术轮胎simulink车辆动力学模型，仅供参考

魔术轮胎

无人驾驶模型预测控制中用到的，魔术轮胎，用三角函数拟合而成，

轮胎魔术公式的matlab实现，供开发控制系统用，可根基自己的实际情况修改

Pacejka'89轮胎模型 （魔术轮胎模型）MATLAB代码实现分析纯滑移率作用下轮胎纵向力（图一）、纯侧偏角作用下轮胎侧向力（图二）、纯侧偏角作用下轮胎回正力矩（图三） 附代码注释

包含七自由度动力模型，以及魔术轮胎模型

里面为魔术轮胎公式的仿真程序，为m文件，助于对轮胎模型的理解