第 13章 基本操纵模型

第13章基本操纵模型第一节概述操纵动力学的研究：-线性建模：2DOFs为基础，逐渐增加其自由度和复杂程度。-非线性建模：驾驶员闭环反馈系统、控制系统。与操纵相关的外力和外力矩：-空气动力与力矩：主要为空气阻力、升力和仰视力矩。-轮胎力与力矩：纵向、侧向和垂向的力和回正力矩-路感。第二节基本操纵模型的建立一、模型假设：

-平坦路面：忽略垂向力及其耦合作用。-车辆结构为刚性：包括悬架系统。-忽略转向系统：输入转角直接施加于车轮（或刚性转向系统）-忽略空气动力：因为低速转向。-车辆系统为线性：小扰动，小转角输入。-车辆匀速行驶：u=constant假设结果：-四轮车辆—自行车模型：2DOFs：y平动&绕z转动。存在问题：忽略了侧倾影响：-左、右轮载荷转移-悬架运动学等-轮胎转动效益转动系统动力学第二节基本操纵模型的建立二、运动方程推导物理模型及坐标系说明

-绝对坐标系G:g1-g2-g3。-相对坐标系A:

a1-a2-a3（加速度坐标系）。-航向角（HeadingAngle）：4-坐标变换：g1=cos4a1-sin4a2g2=sin4a1+cos4a2第二节基本操纵模型的建立二、运动方程推导数学模型的建立-方法：牛顿矢量力学法和拉格朗日分析力学方法第二节基本操纵模型的建立假设：第二节基本操纵模型的建立另外：第二节基本操纵模型的建立将（5）与（6）代入主方程式（4）：第二节基本操纵模型的建立2DOFs操作动力学运动方程矩阵表达式：第二节基本操纵模型的建立第二节基本操纵模型的建立第三节操纵特性分析一、分析目标及定义：稳态响应分析：

-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。稳定性分析：

-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。第三节操纵特性分析一、分析目标及定义：频率响应分析：

-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。

上述三种分析相互渗透，相互关联（并非独立的）第三节操纵特性分析二、稳态响应分析：令方程：

中动态项

第三节操纵特性分析稳定横摆角速度增益：第三节操纵特性分析综上述若假定：第三节操纵特性分析K—操稳重要指标：k值分析：-k=0,中性转向（NeutralSteer）

第三节操纵特性分析k—操稳重要指标：k值分析：-k>0,不足转向（UnderSteer）

表现为车辆外跑或多打轮补偿。

-k<0,过多转向（OverSteer）

响应随车速增加，第三节操纵特性分析k—斜率分析-k为曲线斜率单位-工程中-北美车均值4.4欧洲车2.6左右。第三节操纵特性分析三、稳定性分析：输入角：

第三节操纵特性分析令：

第三节操纵特性分析讨论方法一:刚度项S讨论法

讨论方法二：根轨迹图（locus）法第三节操纵特性分析第三节操纵特性分析第三节操纵特性分析车速变化时不同转向特性车辆根运动第三节操纵特性分析四、频率响应分析：系统运动方程：

1）传递函数：设系统输入U为正弦波：线性系统：输出第三节操纵特性分析第三节操纵特性分析第三节操纵特性分析2）基于传函的线性分析：

分析指标：样车分析结果：

[注]：f=0,稳态响应值，故常取归一标准化曲线第三节操纵特性分析五、操纵动力学设计思路：主要考虑：

实车设计，的有效值被使用：即观察：设计思路：主要参数设计&次要因素微调。第三节操纵特性分析1、车辆质心的位置（a&b）-在&对Fz不敏感情况下，调质心位置，使裕度>0-质心后移：稳定裕度Sme下降，趋于过多转向

-一般证法：调整a&b，综合考虑轮胎变化第三节操纵特性分析2、轮胎侧偏刚度（）

合理选择和使用轮胎使-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-前后使用不同的轮胎：前斜交后子午线第三节操纵特性分析3、载荷的轴向转移（）--轮载荷转移导致侧向力净减小

-实际做法：第三节操纵特性分析第三节操纵特性分析4、车轮外倾角的影响-

-外倾角r的存在可补偿侧向加速度（）

-实际设计中：r不易过