第13章基本操纵模型

1、汽车系统动力学汽车系统动力学汽车系统动力学汽车系统动力学汽车系统动力学二、运动方程推导二、运动方程推导物理模型及坐标系说明物理模型及坐标系说明 -绝对坐标系绝对坐标系G:g1-g2-g3。 -相对坐标系相对坐标系A: a1-a2-a3（加速度坐标系）。（加速度坐标系）。 -航向角（航向角（Heading Angle）：）：4 -坐标变换：坐标变换：g1=cos4a1-sin4a2 g2=sin4a1+cos4a2汽车系统动力学汽车系统动力学二、运动方程推导二、运动方程推导数学模型的建立数学模型的建立 -方法：牛顿矢量力学法和拉格朗日分析力学方法方法：牛顿矢量力学法和拉格朗日分析力学方法()()

2、()()xGxryGyrFmu mam uvm u rvFmv mam vum v ruMzI r（1）（2）（3）汽车系统动力学假设：假设：tan(90 )ocuuconst()ycyfyryfyrFm vruFFMzI ra Fb F 方程式（4）fyfffyrrrFyFCFC 线 性 域 内（ 5）汽车系统动力学汽车系统动力学另外：另外：2wccBuuruthentgfrffcrfrcvvarvvbrvaruvbru且（6）（，）汽车系统动力学汽车系统动力学将（将（5）与（）与（6）代入主方程式（）代入主方程式（4）：）：22()()()-()()-frfrcffccfrfrffccCC

3、aCbCm v u rCvruuaCbCa Cb CI raCvruu（13 25）（13 26）汽车系统动力学2DOFs操作动力学运动方程矩阵表达式：操作动力学运动方程矩阵表达式： 22()()00()()frfrcfccfffrfrccCCaCbCmuCuumvvIraCaCbCa Cb CruuPxQxRU 汽车系统动力学 112sPxQxRUxPQxPRUABxAxBUDOF 线性操纵动力学模型(一阶线性方程)汽车系统动力学 -一种稳定的转弯状态：一种稳定的转弯状态： -实际中工况较少，但用以评价转向系操纵性能，国际公认。实际中工况较少，但用以评价转向系操纵性能，国际公认。 -指没有转

4、向角输入的直线行驶状态：车辆持续受到小干扰。指没有转向角输入的直线行驶状态：车辆持续受到小干扰。 -使其偏离本身平衡状态的程度：高速公路上中、高速直线行驶。使其偏离本身平衡状态的程度：高速公路上中、高速直线行驶。=constantcfuR且 不变=0f汽车系统动力学： -指车辆在转向角为正弦输入下的响应，表明车辆对转向盘一般输入的指车辆在转向角为正弦输入下的响应，表明车辆对转向盘一般输入的动态响应，间接描述任意转向输入条件下的车辆响应。动态响应，间接描述任意转向输入条件下的车辆响应。 上述三种分析相互渗透，相互关联（并非独立的）上述三种分析相互渗透，相互关联（并非独立的）iwt0=fe汽车系统

5、动力学令方程：令方程： 中动态项中动态项 =0vr22()()()()frfrcfccfffrfrccCCaCbCmuCuuvraCaCbCa Cb Cuu 汽车系统动力学稳定横摆角速度增益：稳定横摆角速度增益：/ssfr22()cfrssffrcrfu LCCrL CCmubCaCLabsssteady state汽车系统动力学汽车系统动力学综上述若假定：综上述若假定：21=constant=()1where ()stability margincsssscsssscrfssfcfrrfuRuruRm bCaCrKLKuLC CbCaC，R为转弯半径，曲率半径（）则有：不足转向参数，稳定裕度

6、（ ）汽车系统动力学K操稳重要指标操稳重要指标：k k值分析：值分析： -k=0, 中性转向（中性转向（Neutral Steer） =/fLR汽车系统动力学k操稳重要指标：操稳重要指标：k值分析：值分析： -k0,不足转向（不足转向（Under Steer） 表现为车辆外跑或多打轮补偿。表现为车辆外跑或多打轮补偿。 -ku 2+0()frfrL CCLKm aCbCcriticalcriticalL Kuu汽车系统动力学k k斜率分析斜率分析 -k为曲线斜率单位为曲线斜率单位 -工程中工程中 -北美车均值北美车均值4.4 欧洲车欧洲车2.6 左右。左右。1=ssR22()ccfssuuLKa

7、RRR2/(/)radm s2/os2/os2/os汽车系统动力学汽车系统动力学输入角：输入角： 00( )00( )0rtrealxx ereal衰减、趋于稳定令发散、不稳定=0f 齐次方程、自由振动系统()0IAx( ( =0IAIA只有当矩阵）的逆不存在；）时，此方程有非零解。汽车系统动力学令：令： 22222+()+0frfrfrrfccI CCa Cb Ca b C CbCaCmIumIuIDS（）m()：阻尼项刚度项(= 0IA）2+=0DS或 ：汽车系统动力学讨论方法讨论方法一一: 刚度项刚度项S讨论法讨论法 讨论方法二：根轨迹图（讨论方法二：根轨迹图（locus）法）法00rf

8、rfSbCaCSbCaCcritical系统稳定，且S0时无条件稳定（）系统不稳定，（）,(S=0u)11221,2=or=i方程的根，汽车系统动力学汽车系统动力学Real0Real0Real0critical（ ）系统不稳定汽车系统动力学车速变化时不同转向特性车辆根运动车速变化时不同转向特性车辆根运动汽车系统动力学系统运动方程：系统运动方程： 设系统输入设系统输入U为正弦波：为正弦波：线性系统：输出线性系统：输出0eiwtUU 0-0= -+iIxAxBUxAiIxBUHf1证 ，（）（）eiw txX xAxBU 线性系统汽车系统动力学/( )( )/vvrvXfHHHXf 侧向速度增益（

9、 ）横摆角速度增益=vriririrriXViVfDiDRiRXfDiD求 解 结 果 ：汽车系统动力学/( )( )/vvrvXfHHHXf 侧向速度增益（ ）横摆角速度增益22222() ()()/where/; R;frrrfcifrrfcrfrcfcfrifrifcL CCDmIm bCaCuDI CCm b Ca CuVLbCCumaCuLCCVICRmaCu ：汽车系统动力学： 分析指标：分析指标：()1.2.()( ).()rvcrXayvucrAiXu X横摆角速度驾驶员视觉感觉有关（1）侧向加速度驾驶员舒适性有关时域（2）频域汽车系统动力学汽车系统动力学注注：f=0,稳态响应

10、值，故常取归一标准化曲线稳态响应值，故常取归一标准化曲线汽车系统动力学 主要考虑：主要考虑： 实车设计实车设计 ， 的有效值被使用：即观察：的有效值被使用：即观察： 设计思路：主要参数设计设计思路：主要参数设计&次要因素微调。次要因素微调。0=00rfbCaC不足稳定性裕度不足不足rCfCrfbCaC值的大小汽车系统动力学 -在在 & 对对Fz不敏感情况下，调质心位置，使不敏感情况下，调质心位置，使裕度裕度0 -质心后移：稳定裕度质心后移：稳定裕度Sme下降，趋于过多转向下降，趋于过多转向 -一般证法：调整一般证法：调整a&b，综合考虑轮胎，综合考虑轮胎变化变化rCfC

11、&rfCC汽车系统动力学合理选择和使用轮胎使合理选择和使用轮胎使 -前后轮胎选择不同尺寸（前小后大）前后轮胎选择不同尺寸（前小后大） -改变轮胎胎压：不同载荷下选择不同的胎压改变轮胎胎压：不同载荷下选择不同的胎压 -前后使用不同的轮胎：前斜交前后使用不同的轮胎：前斜交 后子午线后子午线rCfC&rfCCfCrC汽车系统动力学 - - 轮载荷转移导致侧向力净减小轮载荷转移导致侧向力净减小 - 实际做法：实际做法：frzwrrfrCFCCC左右前部安装抗侧倾稳定杆后部正常（b-a）稳定-zwyFFC左 右zwF左右C汽车系统动力学汽车系统动力学 - -外倾角外倾角r的存在可补偿侧向加速度（的存在可补偿侧向加速度（ ） -实际设计中：实际设计中：r不易过大（轮胎磨损，前轮定不易过大