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汽车横向动力学第1页/共93页第2页/共93页第四章汽车横向动力学问题的提出：随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，消费者对汽车安全性的关注越来越多，如何提高安全性是现代汽车研究的重要课题之一。汽车的安全性主要包括两个方面：主动安全性和被动安全性。事故后安全和生态安全。主动安全性－－如何通过车辆的设计尽量减少或避免交通事故的发生；被动安全性－－通过车辆的设计使车辆在发生事故时尽量减小对乘员的伤害。发展趋势－－电子控制装置应用于汽车，提高了汽车的主动安全性。请看动画吧！2009-10-192第3页/共93页第四章汽车横向动力学4.1 汽车转向系统数学模型一、 自由度分析主要二、 二自由度汽车模型内三、 三自由度模型容四、 四自由度汽车模型五、 多自由度汽车模型2009-10-193第4页/共93页第四章汽车横向动力学汽车转向系统动力学是研究驾驶员给系统以转向指令后汽车在曲线行驶中的运动学和动力学特性。这一特性影响到汽车操纵的方便性和稳定性，所以也是汽车安全性的重要因素之一。作为系统的输入可以是转向盘上力输入，也可以是角输入，系统的输出是系统的稳态响应和瞬态响应，如图4-1-1所示。2009-10-194第5页/共93页第四章汽车横向动力学z一、横向运动自由度分析wrυγVwpq直线制动：√×√×√×转向时： √√×√×√υVyqpxms (V ?υ ?γ + w ? q)= ∑Fxms (υ ? w ? p +V ?γ ) = ∑Fyms (V ?υ ?γ )= ∑Fxms (w ?V ?q +υ ? p) = ∑Fzms (υ +V ?γ ) = ∑FyI x p ? ( I y ? I z )qγ = ∑ M xIx p = ∑MxI y q ? ( I z ? I x ) pγ = ∑ M yIzγ = ∑MzI zγ ? ( I x ? I y ) pq = ∑ M z2009-10-195第6页/共93页第四章汽车横向动力学二、两自由度汽车模型(即角位移输入下的响应 )汽车只作平行于路面的平面运动，并考虑了轮胎侧偏特性。假定：1）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；2）汽车作等速运动，不考虑切向力和空气动力的作用；3）忽略转向系统影响，直接以前轮转角作为输入；4）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。两轮摩托车模型具有侧向和横摆运动两自由度，则横向运动方程可简化为：2009-10-196第7页/共93页第8页/共93页第9页/共93页第四章汽车横向动力学ms (V ?υ ?γ )= ∑ Fxms (υ +V ?γ ) = ∑Fyms (υ +V ?γ ) = ∑ FyI x p = ∑ M xIzγ = ∑MzIzγ = ∑ Mz其中：∑F = F + F = Kα α + Kα αyy1y21 12 2∑M = L F ? L Fza y1b y2前后轮胎侧偏角：LaγLb γα1 =α 2 = β ?+β ?δυυ2009-10-199第10页/共93页第四章汽车横向动力学则可得：γ 2(La Kα1 ? Lb Kα 2 )β + (La Kα1 ? L2 Kα 2 )?La Kα1δ = Izγbυγ(Kα1 + Kα 2 )β + (La Kα1 ? Lb Kα 2 )? Kα1δ = ms (υ +γυ)υ消除υ,解方程，则有ωr ?u / Lu / L=? =δ ?S 1+ m ( L1 ? L2 )u2 1+ Ku2考虑整车，其侧2L k2k1偏角应如何得到？m L1 L2( ?)其中: K =稳定性因数2L k 2 k12009-10-1910第11页/共93页第四章汽车横向动力学α11Yδ 1γυVB1B2Xuα12 δ 2LbLaB2Bγu 21 = u 2－u1 = u2 = uu11 = u1－ 1 γ22ν1 =ν + aγB1B2γγu12 = u1 +u 22= u 2 +22ν2 =ν ?bγν 11 = ν 12 = ν 1ν 21= ν 22 = ν 22009-10-1911第12页/共93页第四章汽车横向动力学三、三自由度模型当汽车不是匀速前进时，则x方向会有运动， 如加速或减速情况下的转向运动，其运动方程为：ms (V ?υ ?γ )= ∑ Fxms (V ?υ ?γ )= ∑Fxms (υ + V ?γ ) = ∑ Fyms (υ +V ?γ ) = ∑FyI x p = ∑ M xIzγ = ∑ MzI zγ = ∑ M z2009-10-1912第13页/共93页第四章汽车横向动力学四、四自由度模型为了研究转向系及悬架性能对汽车操纵运动的影响，可以在线性二自由度模型基础上增加两个自由度：前轮绕主销