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二自由度车辆模型又被称为自行车模型或者两轮摩托车模型，如图2-5所示。二自由度车辆模型不具备纵向自由度，只具有侧向运动及横摆运动两个自由度。基于稳定性的分布式驱动控制策略设计时的重要控制变量横摆角速度和质心侧偏角，都可以利用二自由度车辆模型进行估算。二自由度模型的一般使用范围为轮胎侧偏特性处于线性范围内，车辆侧向加速度不超过0.4 g 。
图2-5 二自由度车辆模型
由二自由度车辆模型可知，二自由度车辆受到的总侧向力和横摆力矩如下：
考虑前轮平均转角 δ 很小，式（2-19）、式（2-20）可以写成：
式中， K f 、 K r 分别为前后轴轮胎侧偏刚度； α f 、 α r 分别为前后轴轮胎侧偏角。
为了求得前后轴轮胎侧偏角，引入质心侧偏角 β 和夹角 ξ （前轴轮速 v f 和 X 轴的夹角）：
前后轴轮胎侧偏角：
综上所述，把式（2-25）、式（2-26）代入式（2-21）、式（2-22），可以列出整车侧向力、横摆力矩与车辆运动参数的关系式：
整理后得到二自由度车辆运动微分方程：
从式（2-29）和式（2-30）可以看出，汽车的横摆、侧向运动与前后轮的侧偏刚度、纵向车速、质心位置、前轮转角和整车质量有关。这个二自由度车辆运动微分方程虽然简单，但是能很好地反映车辆转向运动的基本特性。其中，纵向车速、前轮转角是驾驶员控制的，所谓转弯时减速慢行就是防止由于侧向加速度过大导致侧滑、侧偏甚至侧翻。整车质量、质心位置、前后轮侧偏刚度是车辆的固有特性，是工程师在设计车辆时应该考虑的，一般可以通过稳定性因子 K 来确定车辆稳定性。
K ＞0时，车辆具有不足转向特性，横摆角速度可控； K ＜0时，车辆具有过度转向特性，超过一定车速车辆将失稳； K =0时，车辆具有中性转向特性。