稳态工况下横摆角速度与侧倾角的关系分析-农业机械学报.PDF

２０１４年 ２月 农 业 机 械 学 报 第 ４５卷 第 ２期 ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１４．０２．００７ 稳态工况下横摆角速度与侧倾角的关系分析 黄　晨　陈　龙　江浩斌　袁朝春　夏　天 （江苏大学汽车与交通工程学院，镇江 ２１２０１３） 摘要：在分别建立转向、悬架和轮胎数学模型的基础上，理论推导出横摆角速度与侧倾角的相互关系，分析了角阶 跃输入下路面附着系数和车速对转向的影响，刻画了不同车速和前轮转角下横摆角速度与侧倾角的变化过程，通 过分析总结出两者之间的稳态值变化规律。仿真和试验结果表明，试验与仿真的结果相吻合，验证了仿真的正确 性，为侧向和垂向动力学的集成控制研究提供了理论参考。 关键词：车辆　角阶跃输入　横摆角速度　侧倾角 中图分类号：Ｕ４６１６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１４）０２００３４０６ 前轮转角下的横摆角速度与侧倾角的变化过程，通 　　引言 过分析总结两者之间的稳态值变化规律，并通过实 随着技术的成熟和成本的下降，ＡＢＳ、ＥＳＰ、ＡＳＳ 车试验验证所得结论的正确性。 和ＡＲＣ等在中高档车型上配置日益增多。可是整 １　模型建立 车厂商并不愿意在车辆上添加更多的独立模块，所 以，底盘子系统的集成与融合是实现我国自主品牌 假定汽车前进方向速度不变，不考虑地面切向 ［１］ 力对轮胎侧偏特性的影响和空气动力作用等，建立 研发和汽车强国的关键核心技术 。从 目前的研 究可以看出，车辆底盘集成控制主要从两方面入 基于转向工况的整车动力学模型，如图１所示。 手［２－９］：一方面，通过车载总线共用传感器，从而减 少传感器数目和线束质量；另一方面，根据车辆／轮 胎动力学的内在耦合特性，实现纵向、侧向和垂向动 力学的协调控制。其中，侧向和垂向动力学之间的 集成是一个很重要的分支，随着轮胎力学的发展以 及试验条件和手段的进步，两者之间的影响机理有 不断完善的需要。如转向工况中过度地侧倾控制可 能导致车轮垂向载荷减少，以致轮胎水平合力的极 限将减少［１０］，可是由于建模的缺陷忽略了路面附着 系数对转向产生影响。同样在大侧向加速度运动 时，车身侧倾角产生的侧倾转向会影响车辆的操纵 稳定性，但是大多数没有研究车速对车辆操稳性的 ［１１］ 图１　整车动力学模型 影响 。此外也研究了随着车轮转角的增大，车身 质心垂直加速度和侧倾角加速度的变化规律，但是 Ｆｉｇ．１　Ｖｅｈｉｃｌｅｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌ ［１２］ 　 有待进一步理论推导和试验分析 。 １１　转向模型 本文在建立车辆轮胎、悬架和转向模型的基础 汽车转向过程中，车身侧倾角的变化对汽车侧 上，理论推导影响横摆角加速度的因素和横摆角速 偏角和横摆角速度的影响不可忽略。因此，考虑车 度与侧倾角的相互关系，仿真分析角阶跃输入下路 身侧倾影响，建立整车转向运动方程： 面附着系数和车速对转向的影响，论述不同车速和 整车侧向运动方程 收稿日期：２０１３ ０４ ２５　修回日期：２０１３ １０ １９ 国家自然科学基金资助项目、高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（２００９３２２７１１００１３）、江苏省自然科学基金资助项 目（ＢＫ２０１０３３７）、江苏省高校自然科学研究重大资助项目（０９ＫＪＡ５８０００１）和江苏省高校科研创新计划资助项目