汽车转向系统动力学精要.ppt

* 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 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 代入 1 2 1 、 2 可分别改写为 表4-1 汽车操纵性和稳定性的基本内容及评价参量 基本内容 评价参量 操 纵 性 转向盘角阶跃输入下的稳态响应 稳态横摆角速度增益—转向灵敏度﹑前﹑后轮侧偏角之差﹑转向半径的比﹑静态储备系数。 转向盘角阶跃输入下的瞬态响应 横摆角速度波动的固有频率﹑阻尼比﹑反应时间﹑达到第一峰值的时间。 横摆角速度频率响应特性 共振峰频率﹑共振时振幅比﹑相位滞后角﹑稳态增益。 转向盘中间位置时的操纵稳定性 转向灵敏度﹑转向盘力特性—转向盘转矩梯度﹑转向功灵敏度。 转向轻便性 转向力﹑转向功。 转弯半经 最小转弯半经。 直线行驶性 转向盘转角（维持直线行驶所需的转向盘累计转角）。 典型行驶工况（蛇行﹑移线﹑双移线—回避障碍）性能 转向盘转角﹑转向力﹑侧向加速度﹑横摆角速度﹑侧偏角﹑车速等。 极限行驶能力 极限侧向加速度﹑极限车速。 稳 定 性 回正性 回正后剩余横摆角速度与剩余横摆角﹑达到剩余横摆角速度的时间。 直线行驶性（侧向风敏感性、路面不平敏感性） 侧向偏移。 4.1.2 转向和操纵系统动力学研究内容 汽车转向系统动力学 汽车操纵动力学 转向系统等效动力学模型 汽车操纵稳定性模型建立与坐标系 汽车转向动力学方程 基于两自由度模型的操纵稳定性分析 转向系统对汽车转向性能的影响 汽车操纵稳定性的稳态、瞬态响应 汽车电动助力转向系统（EPS） 汽车操纵稳定性的频率响应特性 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 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 质心速度 C点加速度 汽车质心侧偏角 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ψ 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δ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 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 *