(完整word版)汽车系统动力学复习资料5

1、5 车辆操纵稳定性汽车操纵稳定性的定义： 在驾驶员不感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽车能按照驾驶员通过转向系及转向车轮给定的 方向行驶，且当受到外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。意义：操纵方便性、高速安全性行驶方向：直线、转弯干扰：路不平、侧风、货物或乘客偏载汽车系统坐标系及运动形式汽车操纵稳定性输入、输出 输入：转向盘角度输入。响应：时域响应、频域响应。 汽车时域响应分为稳态响应和瞬态响应。1 1、转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应：等速直线行驶，急剧转动转向盘，然后维持转角不变，即对汽车施以转 向盘角阶跃输入，汽车经短暂的过渡过程后进入等速圆周行驶工况。2 2、转向盘角阶跃输入下

2、的瞬态响应：等速直线行驶和等速圆周行驶两个稳态运动之间的过渡过程所对应的瞬间运 动响应。汽车时域响应：把汽车作为开环控制系统的控制特性。驾驶员一汽车系统闭环控制系统：在汽车行驶过程中，驾驶员根据需要，操纵转向盘使汽车做转向运动。路面的凹凸 不平、侧风、偏载等干扰因素会影响汽车的行驶。驾驶员则根据道路、交通等情况，通过眼、手及身体感知的汽车运 动状况（输出参数），经过头脑的分析、判断（反馈），修正其对转向盘的操纵。如此不断地反复循环，使汽车能稳定 行驶。(/)095%7稳定时间不足转向understeering稳态响应特性分类：不足转向、中性转向、过度转向。转向盘保持一个固定转角不变，缓慢加速或

3、以不同车速等速行驶时，不足转向的汽车转向半径逐渐增大，中性转向的汽车转向半径不变，而过度转向的汽车转向半径逐渐减小。转向盘转角输入neutral - steering阮=const.J Ur1.05%竺竺）超调量K过度转向aversteerpigK=0中性转向樓“稳态横摆角連度理值时间坂应时间驾驶员-汽车闭环系统1 1、客观评价法：通过道路试验，用测试仪器测量转向时的汽车系统的物理参数。 试验项目： 、蛇形试验：评价汽车的随动性、收敛性、方向操纵轻便性和事故可避性等。(2)(2) 、响应试验( (转向盘转角阶跃输入) )转向瞬态：评价汽车的动态特性。(3)(3) 、转向瞬态响应试验( (转向盘

4、转角脉冲输入) )：评价汽车的动态特性。(4)(4) 、转向回正性能试验：评价汽车从曲线行驶自行回复到直线行驶的过渡过程和能力。(5)(5)、转向轻便性试验：通过测定汽车在低速大转角时的转向轻便性，来评价驾驶员操纵汽车转向盘的轻重程度。(6)(6)、稳态回转试验。( (固定转向盘转角连续加速、定转弯半径法等。) )常用测试仪器：(1)(1) 、五轮仪或非接触式车速仪：测定车速、时间。(2)(2) 、转向盘测力计：转向盘作用转矩、转角。(3)(3) 、加速度计：测定汽车作曲线行驶时的侧向和纵向加速度。(4)(4) 、角速度陀螺仪：汽车横摆角速度。(5)(5) 、垂直陀螺仪：汽车车身侧倾角、俯仰角

5、。(6)(6) 、现场数据处理系统。2 2、主观评价法：凭借主观感觉的评价。如转向盘阶跃输入下进入的稳态响应等。 轮胎坐标系、侧偏特性侧偏力 FY侧向力 Fy侧偏现象 侧偏角:FY= k-侧偏刚度 k保证汽车具有良好的操纵稳定性要求：轮胎具有较大的侧偏刚度和侧偏力，这样汽车的极限性能越好。譬如按圆周行驶的极限侧向加速度就越高。最大侧偏力的影响因素 1 1、附着条件及垂直载荷 FZFZ, 2 2、轮胎胎面花纹、材料、结构、充气压力，3 3、路面材料、结侧偏现象、侧偏力、侧偏角、侧偏特性汽车操纵稳定性的评价方法侧偏特性：侧偏力、回正力与侧偏角的关系。构、潮湿程度，4 4、车轮外倾角。轮胎结构、工作

6、条件与侧偏刚度 1 1、尺寸f的轮胎，k kf2 2、子午线轮胎接地面宽，k k 大；3 3、钢丝比尼龙轮胎 k k 大；4 4、 扁平率：轮胎断面高度与断面宽度之比 H H /B/BJ,k kf; 5 5、在一定范围内，载荷f（FZFZf） , k kf。但载荷f太大时，k kJ;6 6、轮胎充气压力f, k kf; 7 7、行驶车速对k k 影响较小；&潮湿特别在积水时，k kJ很大。一定侧偏角下，驱动力或制动力增加时，侧偏力逐渐有所减小，这是由于轮胎侧线弹性有所改变的所至。当纵向力相 当大时，侧偏力显著下降。接近附着极限时，切向力已耗去大部分附着力，而侧向力能利用的附着力很小。基

7、本操纵模型线性二自由度数学模型的理想化假设条件忽略转向系的影响，以前轮转角作为输入；汽车只进行平行于地面的平面运动，而忽略悬架的作用；汽车前进（纵轴）速度不变，只有沿 y y 轴的侧向速度和绕 z z 轴的横摆运动（ay0.4gay0.4g）;驱动力不大，对侧偏特性无影响；忽略空气阻力; 忽略左右轮胎因载荷变化引起轮胎特性的变化；忽略回正力矩的变化。线性二自由度汽车模型的运动微分方程线性二自由度汽车模型的运动微分方程jkjk盘+k2a2-+ + 0 0）* *_ _将H牝入则 titia口（斤十ki）p +（LE一心舄）空二一点母=川（0 0 + +聲饵）u（向一 6 6 兵川+（若一於為）坐

8、一砧 Q = J Jz za?a?r r前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应 一等速圆周运动 稳态响应的评价指标：稳态横摆角速度增益或转向灵敏度。u汽车稳态转向的特征车速du*U过度转向特性的问题. 过度转向汽车车速达到临界车速时将失去稳定性。因为只要一个很小的转角、，横摆角速度增益r/ -就趋于无穷大。因为假设纵向速度为优先值，根据纵向速度与角速度的关系可知，汽车的转向半径极小，这样汽车必定发生激转而发 生侧滑或侧翻。临界车速愈低，过多转向量愈大u/L + Ku2特征车速：表示不足转向的一个参数。当不足转向量增加时， 特征车速降低，当代轿车把特征车速设计为6565100km/h100km/h汽

9、车総态转向的临界车谑楚午諾烹转I诃的I .汽车等速行驶时，在前轮角阶跃输入下进入的稳态响应就是等速圆周行驶。常用输出与输入的比值，如稳态的横摆角速度与前轮转角之比来评价稳态响应。这个比值称为稳态横摆角速度增益，也称转向灵敏度前轮轴阶荻输入下进入的汽车稳态响应一等速岡周运动汽乍稳态响应的三种类型_dK增大，特征车速降低。不足转向量增加时，即K K 增大之间A.wo中ttwiJx-t4-T临界+竦：表示过爭转 佝的一伞嘏/I/I数怡界车/1/1速越低过|多转向虽福 |九o中性转向2U稳定性因手攵L不足转向时0 0时（特征车連）,I0Q中理赫向Neutral-Steering过度静向Over-Ste

10、eringTn不足轉向Under- Steering是随血向上过度转向时是随陷向下弯曲豹曲线K = 0啻曲的曲线1 十Ku L消除u解方程， 则有 CD7tj/ LT然后聖u! L it_ u/Lii iATAT 1 1It仔ti讪r-% %临界车速的物理意义是当具有过多转向特性的汽车车速到达此值时只要极其微小的前轮转角使会发生极大的横摆角速 度，而且不断增加，这意味着汽车面临失稳发生激转而侧滑或翻车，故称此车速为临界车速在一定范围内，胎压减小则侧偏刚度减小。根据上式，后轮胎压降低会导致 会导致 K K 增大，使不足转向增大。影响稳态响应特性的因素 轮胎结构的影响子午线胎比斜交胎侧偏刚度高。扁

11、平比（= =轮胎高度 H/H/宽度 B B）小的轮胎侧偏刚度大。前轮侧偏刚度增大，则不足转向减小。后轮侧偏刚度增大，则不足转向增加。表征稳态响应的参数前后轮侧偏角绝对值之差（0 0（1 1-0 0（2 2）、静态储备系数前后轮侧偏角绝对值之差（內一旳）（叫-耳）与违车穗定裡西伏之间的共系|S.M.S.M.血讯向77*1向加速度与愠匕闻打 号舶圧.如M僅廿（） 0,K 0不足转向（0-%）=（）, K二0屮件转向（的一企）c 0,K 0K0 不足#夸衬K K = = 0 0 中性转向飞A 气 i i丹性 4 4 1 1E E心H上瓦L阿-旳）静态储备系数 S.M.S.M.使汽车前、后轮产生同一侧

12、偏角的侧向力作用点称为中性转向点 静态储备系数与处于汽车纵轴上的中性转向点的概念相联系I I中性转向点適过力毎平新找出中桂转向点的住產Fn4-kxa + k.,a占十 *K0KLaLaLa, S.M.0S.M.0 ,为正值。在质心位置上作用的侧向力引起的前轮侧偏角1大于后轮侧偏角22，汽车具有不足转向特性。当质心在中性转向点之后时，aaaa, S.M.0S.M.11,称为大阻尼，横摆角速度响应3r(t)r(t)是单调上升的。随着时间的增长，超过临界车速 verver 后，3r r 是发散的，趋于无穷大，此时，汽车失去稳定性=1=1,称为临界阻尼，横摆响应3r(t)r(t)也是单调上升，且趋近于

13、稳态横摆角速度。11,称为小阻尼，横摆响应3r(t)r(t)是一条收敛于稳态横摆角速度的减幅正弦曲线。前轮角阶跃输入时瞬态响应的解瞬态响应特性曲线阻尼比愈大，衰减愈快，阻尼比 小，不仅衰减慢，而且过摆量也大 曲线表明横摆角速度最后都趋于稳态横摆角速度评价瞬态响应品质的参数行驶方向稳定性响应品质问题0 用岡时间Ewfl/单直由度强方程式3r r 趋近于稳态横摆角速度3r0r0 ;但当车速式中num 12 耐如 1 询“v6 +Sin（ cuZ + 0）&）_ u/L1+疋/二小了e e - - arcarc tantanrruukUQ横摆角速度3r r 波动时的固有频率、阻尼比、反应时间

14、T、过摆量(超调量)横摆角速度 3 厂波动时的固有频率L仙-Vr小一些好过摆量大小与阻尼比E有密切关系，增大E可使过摆量减少。过摆量： “cor+ 2%1血 + 呎 -BQ +-&）（x）T（甸）+2巩匚加呂（血）+环铭 伽）=Bjcod-幅频特性月=J冷丁 +丁相频特性 （ y y） = = aictajiCaictajiC（fi?fi?）/2?/2?（y y）实际汽车的横摆角速度频率特性是通过转向盘角脉冲输入瞬态响应试验求得的 幅频特性反映了驾驶员以h+J1输出的幅值幅频特性=输出的幅值，是频率 f 的函数二 A（输入的幅值f相频特性=相位差，是频率 f 的函数二申（f j在汽车操

15、纵稳定性中，常以前轮转角S或转向盘转角SSWSW 为输入，汽车横摆角速度响应特性来表征汽车的动态特性二自由度汽车模型运动微分方程的横摆角速度频率特性，可由其运动微分方程的傅立叶变换求得轮胎侧偏刚度增大，4崔大汽车质量和转动惯量丸，3n小1fa tQGUi/h-1*V * * * J11 4 * * *-8tu4=二齐值在1 Hz圧右阻尼比.-m L：K一1LbK.2-lzK一.2质量 m m,转动惯量 lzlz 和轴距的减少，可使 增大 侧偏刚度增大也有助于的增大阻尼比随车速的降低而迅速增大 反应时间T反应时间T是指角阶跃输入后汽车横摆角速度第一次到达稳态值所需时间车速增加，T值减少? ? m m、L L 增大，T也减少? ? 转动惯量 IZIZ 的增加将使T有显著的增长 ? ? 增大后轮侧偏刚度 K K：2 2,T值减小。过摆量（超调量）过摆量指横摆角速度第一个最大值与稳态值的百分比，它表明瞬态响应中振荡时可能出现的最大偏差，这一数值希望2mIzL-T= arctan -K：lK：21 KvXmlzmVxLaLKG2丿3r r 为输出的汽车横摆角速度频率*7* IJ(M0 5U.O困百蕉喇月（帕I00%不同频率输入指令时，汽车执行驾驶员指令