汽车转向系统动力学学习教案

1、会计学1汽车汽车(qch)转向系统动力学转向系统动力学第一页，共52页。时域响应:汽车在转向盘输入或外界侧向干扰输入下的侧向运动(yndng)响应。 频域响应:车辆在转向角为正弦输入下的响应。时域响应(xingyng)频域响应(xingyng) 表征汽车的操纵稳定性 时域响应不随时间变化的稳态响应随时间变化的瞬态响应第1页/共52页第二页，共52页。.) (、侧倾横摆运动汽车汽车路面不平侧风的手脚驾驶员驾驶员路面条件交通状况气候驾驶员-汽车(qch)系统驾驶员-汽车(qch)系统第2页/共52页第三页，共52页。4数学模型车辆(chling)坐标系与汽车的运动形式第3页/共52页第四页，共52

2、页。5假设(jish)条件汽车无垂直方向运动，也无绕y轴和x轴的俯仰和侧倾运动；汽车作等速运动，不考虑切向力和空气动力的作用；忽略转向系统影响，直接以前轮转角作为输入(shr)；不考虑左右车轮由于载荷变化引起轮胎特性变化和回正力矩的作用。第4页/共52页第五页，共52页。L2L1L21ruxy22YF1YFxxyyuuuVV二自由度汽车模型ou2VCVCxyuu第5页/共52页第六页，共52页。和其中和uuuuuuuuuuuuuucos)(sin)()sin1cos(sin)(cos)(00uuu第6页/共52页第七页，共52页。和rtyrtxutuautualimlim00)()(cos21

3、21rYYrYYumFFumFFY向力平衡(pnghng)对质心(zh xn)取矩第7页/共52页第八页，共52页。uLuLuLuLurrrr222111)(,222111kFkFYY第8页/共52页第九页，共52页。rzrrrrrrrzrIkLukLkLkLkLumkukLkLkkuLuLuLIkLkLumkk1122212122111221121222112221112211)()()()()()()(代代入入，则则将将YFZT第9页/共52页第十页，共52页。力输入(shr)角位移输入(shr)转向力轮胎汽车稳态响应瞬态响应第10页/共52页第十一页，共52页。12稳态响应(xingyn

4、g)：前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应(xingyng)-等速圆周运动评价指标：稳态横摆角速度增益（转向灵敏度）0, 0,此时，rrconst第11页/共52页第十二页，共52页。)(12212kLkLLmK稳定性因数第12页/共52页第十三页，共52页。14稳态响应的三种(sn zhn)类型：过度(gud)转向Over-Steering不足转向Under- Steering中性转向Neutral-Steeringk0K=0k0第13页/共52页第十四页，共52页。Luur轮胎无侧偏时的转向(zhunxing)特性第14页/共52页第十五页，共52页。ruLu21/KuLuchu第15页/共

5、52页第十六页，共52页。rLu21/KuLucru第16页/共52页第十七页，共52页。汽车的稳态横摆角速度增益(zngy)曲线第17页/共52页第十八页，共52页。不足转向0K中性转向0K过度转向0K第18页/共52页第十九页，共52页。20)(12212kLkLLmKLKay211第19页/共52页第二十页，共52页。试验(shyn)测得的（1-2）与ay的关系第20页/共52页第二十一页，共52页。第21页/共52页第二十二页，共52页。1、无侧向(c xin)偏离LRLR00tan第22页/共52页第二十三页，共52页。)(tan)tan(2121LRLRR=u/r=(1+Ku2)L

6、/ =(1+Ku2)R0 第23页/共52页第二十四页，共52页。)(21LR，过多转向性能则）如（，不足转向性能则）如（，中性转向性能，则如OOORRRRRR,3,2) 1 (21212120Ku1RR 第24页/共52页第二十五页，共52页。静态(jngti)储备系数SMcnca-ababaL汽车(qch)的中性转向点FY2FY121第25页/共52页第二十六页，共52页。 当中性转向作用点与质心重合时, a=a SM=0 中性转向特性 当质心在中性转向作用点之前时，aa SM0 不足转向特性 当质心在中性转向作用点之后(zhhu) 时， aa SM0 过多转向 特性212.kaaaS M

7、LkkL第26页/共52页第二十七页，共52页。第27页/共52页第二十八页，共52页。瞬态响应(xingyng)的品质参数固有频率( yu pn l)0 2212122101)(KumIkkuLmuIukkLbkakmuzz阻尼比)1 (2221212212KukkmILkkIkbkamzz反应时间202021/1Lkmuaarctg过摆量过摆量%100)11 ()1(22e第28页/共52页第二十九页，共52页。30评价(pngji)指标固有频率( yu pn l)0 2212122101)(KumIkkuLmuIukkLbkakmuzz上式表明， 0 随以下因素而变：u 轮胎侧偏刚度 0

8、 u汽车质量 0 u转动惯量 0 u汽车车速 0 第29页/共52页第三十页，共52页。一些欧洲与日本(r bn)轿车的0值与K值第30页/共52页第三十一页，共52页。32阻尼比)1 (2221212212KukkmILkkIkbkamzz上式表明， 随以下(yxi)因素而变： 轮胎侧偏刚度 汽车质量 转动惯量 轴距 汽车车速 第31页/共52页第三十二页，共52页。不同(b tn)阻尼比时汽车的横摆角速度瞬态响应曲线第32页/共52页第三十三页，共52页。34反应时间：角输入后横摆角速度第一次到达(dod)稳态值所需的时间202021/1Lkmuaarctg上式表明， 随以下因素而变： 轮

9、胎侧偏刚度(n d) 汽车质量 转动惯量 轴距 汽车车速 第33页/共52页第三十四页，共52页。%100)11 ()1(22e第34页/共52页第三十五页，共52页。转向盘角阶跃输入下的瞬态响应(xingyng)曲线第35页/共52页第三十六页，共52页。横摆角速度频率响应特性：以前轮转角 为输入(shr)、汽车横摆角速度r为输出频率响应(pn l xin yn)函数 222221000100022222222222200002244rrHjBBBBjBcj 第36页/共52页第三十七页，共52页。幅频特性: 输入与输出的幅值比是频率(pnl)的函数相频特性：输入(shr)与输出的相位差是频

10、率的函数 22cBA BCarctg第37页/共52页第三十八页，共52页。1、f=0时的幅值比-稳态增益2、共振峰值所对应的频率fr和其之前，幅频特性接近水平线， fr高这一段水平区就长一些，响应(xingyng)特性就好。3、幅值比小-平坦，响应(xingyng)特性好4、 f=0.1Hz时的相位滞后角-缓慢转向时响应(xingyng)的快慢-应接近于零5、 f=0.5Hz时的相位滞后角-快速转向时响应(xingyng)的快慢-应小些第38页/共52页第三十九页，共52页。在侧风作用(zuyng)下直线行驶的汽车受到由行驶速度v产生的行驶风和侧风W的合成作用(zuyng)，通过几何叠加，得

11、到合成的风速vr,这里主要研究侧风与行驶风垂直时的工况。如下图， 表示合成风与汽车纵轴夹角-流入角第39页/共52页第四十页，共52页。41侧风力：侧风产生的气动(q dn)阻力，用Fyw表示，横摆风力矩:侧风力作用在风压中心上，由于风压中心不在质心上，所以侧风力作用点与质心相隔(xingg)距离e，这便引起了横摆风力矩Mzw22)(ryywvACFeFvLACMywrMzw22)(即：即：第40页/共52页第四十一页，共52页。42侧风力(fngl)系数横摆风力矩(l j)系数yyCCMMCC2ACKy常数概括为系数 侧向风力系数Cy和侧风力矩系数Cm与流入角之间的关系第41页/共52页第四

12、十二页，共52页。43侧风力(fngl)：横摆风力矩(l j) Mzw= Fywe2rywvKF2rveKMyMCLCe即：第42页/共52页第四十三页，共52页。44如计侧风及横摆风力矩(l j)，则整车的运动微分方程 直线(zhxin)行驶时:r=0, ,=0(k1+k2) -k1 +kw vr2=0 (L1k1-L2k2) -L1k1 +kw evr2=0 第43页/共52页第四十四页，共52页。45 受侧风时驾驶员为保持直线(zhxin)行驶所需调整的转向角 =0所需的风压中心(zhngxn)距 第44页/共52页第四十五页，共52页。全轮转向特性：是在转向时除前轮转向外，再附加(fj

13、i)后轮转向，这种附加(fji)后轮转向角是有限的，与前轮转向角有一定的比例关系-改善整车的转向特性和响应特性。 Mazda-全轮转向(zhunxing)：总系统示意图第45页/共52页第四十六页，共52页。转向(zhunxing)角比KL：后轮转向(zhunxing)角与前轮转向(zhunxing)角之比,即KL= h/ v前轮转向(zhunxing)，后轮不转向(zhunxing)时 KL =0 前轮转向(zhunxing)，后轮同向转向(zhunxing) KL 0 前轮转向(zhunxing)，后轮反向转向(zhunxing) KL0 第46页/共52页第四十七页，共52页。48对转弯半径的影响(yngxing) LRctgvvvvLLRsincos纯前轮转向(zhunxing)时 附加后轮转向后 )1 ()1 (sincos*LvLvvKLKLR可见，反向转向时KL为负，R*R，转弯变得容易，机动性好，同向转向时， KL为正， R*R，转弯困难，具有不足转向性。第47页/共52页第四十八页，共52页。阶跃转向时的汽车(qch)上的作用力、前轮转向与全轮转向对比第48页/共52页第四十九页