汽车转向与操纵动力学.ppt

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1、汽车转向与操纵动力学,第四章,目 录,4.1 汽车转向与操纵动力学综述4.1.1 汽车转向和操纵稳定性定义4.1.2 转向和操纵动力学研究内容4.2 汽车转向系统动力学4.2.1 转向系统等效动力学模型4.2.2 汽车转向行驶动力学方程4.3 汽车操纵动力学4.3.1 汽车操纵稳定性的研究方法与内容4.3.2 汽车操纵稳定性模型建立的坐标系4.3.3 两自由度模型的操纵稳定性分析4.3.4 二自由度操纵稳定性仿真参数,1.汽车转向性能 汽车转向性能是指汽车能遵循驾驶者转向盘的输入,通过转向系及转向车轮给定的方向,按预定轨迹行驶的能力。,4.1 汽车转向与操纵动力学概述,2.汽车操纵稳定性 驾驶

2、员不感到过度紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车抡给定的方向行驶，且遇到外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力，汽车的这种性能称为操纵稳定性。,4.1.1 汽车转向和操纵稳定性定义,4.1.2 转向和操纵系统动力学研究内容,表4-1 汽车操纵性和稳定性的基本内容及评价参量,4.2 汽车转向系统动力学,4.2.1 转向系统等效动力学模型,图4-1 汽车转向系统,图4-2 绕转向主销的转向系统等效动力学模型,等效转化,当汽车行驶时,若给转向盘某一角度，则转向轮产生的侧偏力将绕转向主销形成回正力矩，如图4-3：,图4-3 转向侧偏力绕转 向主销的回正力矩,转向盘和转向轮绕转

3、向主销的等效动力学方程式：,图4-4 汽车在地面固定坐标系中的运动描述,4.2.2 汽车转向行驶动力学方程,图4-5 单位向量的时间微分,4.2.2 汽车转向行驶动力学方程,4-6 a)车轮侧偏力,汽车在水平面内的运动,汽车运动方程式,当V一定时,有,汽车在水平面内的运动,4-6 b)车轮速度,各车轮侧偏角为：,前后轮的左右轮侧偏角分别相等，可表示为：,图4-7 四轮汽车的等效二轮模型,前后车轮被分别集中于汽 车前后轴中点而构成一假 想二轮车。,运动方程式,设前后轮侧偏刚度分 别为kf、k r，则有：,经过整理后得到研究汽车操纵稳定性的基本方程式：,（4-15）,（4-16）,4.3.1 汽车

4、操纵稳定性的研究方法与内容,图4-8 人汽车闭环系统框图,4.3 汽车操纵动力学,4.3.2 汽车操纵稳定性模型建立的坐标系,4.3.2.1 轮胎与车轮的坐标系,图4-9 轮胎与车轮轴坐标系,4.3.2.2 车辆的坐标系,图4-10 车辆坐标系,4.3.2.3 惯性、车辆及中间坐标系,说明：Z轴平行于ZE轴X轴位于包含XV轴的铅垂平面内XE轴与X轴的夹角为,图4-11 惯性、车辆及中间坐标系,4.3.3 基于两自由度模型的操纵稳定性分析,将转向角作为控制输入，因此可以将方程写成下面的状态空间形式 则可得,4.3.3.1 汽车两自由度模型的状态空间表达,4.3.3.2 汽车操纵稳定性的稳态响应

5、在稳态情况下，可以结合车辆的过度转向和不足转向特性来进行解释：1）质心侧偏角 如果用质心侧偏角表示汽车操纵稳定性的稳态特性，则可得到,图4-12 汽车质心侧偏角的稳态特性,2)质心侧偏角增益,图4-13 质心侧偏角增益与车速的关系,图4-14 汽车前轮转角的稳态特性,3)转向盘转角,4.3.3.3 汽车操纵稳定性的瞬态响应1）用横摆角速度表示 设系统的输入为阶跃形式，根据二自由度的汽车运动 微分方程，可以写成以 为变量的形式，通常写作,图4-15 横摆角速度时域内响应（车速20m/s）,如用质心侧偏角增益表示，则可得传递函数为：,图4-16 车速20m/s下不同K值的质心侧偏角时间历程,2）用质心侧偏角增益表示,4.3.4 二自由度操纵稳定性仿真参数,表4-3 某车型两自由度模型中的参数,