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1、汽車轉(zhuǎn)向與操縱動力學(xué),第四章,目 錄,4.1 汽車轉(zhuǎn)向與操縱動力學(xué)綜述 4.1.1 汽車轉(zhuǎn)向和操縱穩(wěn)定性定義 4.1.2 轉(zhuǎn)向和操縱動力學(xué)研究內(nèi)容 4.2 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力學(xué) 4.2.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等效動力學(xué)模型 4.2.2 汽車轉(zhuǎn)向行駛動力學(xué)方程 4.3 汽車操縱動力學(xué) 4.3 .1 汽車操縱穩(wěn)定性的研究方法與內(nèi)容 4.3.2 汽車操縱穩(wěn)定性模型建立的坐標(biāo)系 4.3.3 兩自由度模型的操縱穩(wěn)定性分析 4.3.4 二自由度操縱穩(wěn)定性仿真參數(shù),,,1.汽車轉(zhuǎn)向性能 汽車轉(zhuǎn)向性能是指汽車能遵循駕駛者轉(zhuǎn)向盤的輸入,通過轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向車輪給定的方向,按預(yù)定軌跡行駛的能力。,4.1 汽車轉(zhuǎn)向與操縱動力學(xué)概述

2、,2.汽車操縱穩(wěn)定性 駕駛員不感到過度緊張、疲勞的條件下，汽車能遵循駕駛者通過轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向車掄給定的方向行駛，且遇到外界干擾時，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力，汽車的這種性能稱為操縱穩(wěn)定性。,4.1.1 汽車轉(zhuǎn)向和操縱穩(wěn)定性定義,4.1.2 轉(zhuǎn)向和操縱系統(tǒng)動力學(xué)研究內(nèi)容,,表4-1 汽車操縱性和穩(wěn)定性的基本內(nèi)容及評價參量,,4.2 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力學(xué),4.2.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等效動力學(xué)模型,圖4-1 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng),,圖4-2 繞轉(zhuǎn)向主銷的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等效動力學(xué)模型,等效轉(zhuǎn)化,當(dāng)汽車行駛時,若給轉(zhuǎn)向盤某一角度，則轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生的側(cè)偏力將繞轉(zhuǎn)向主銷形成回正力矩，如圖4-3：,圖4-3 轉(zhuǎn)向側(cè)偏力繞轉(zhuǎn) 向

3、主銷的回正力矩,,,轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪繞轉(zhuǎn)向主銷的等效動力學(xué)方程式：,圖4-4 汽車在地面固定坐標(biāo)系中的運動描述,,,,4.2.2 汽車轉(zhuǎn)向行駛動力學(xué)方程,圖4-5 單位向量的時間微分,4.2.2 汽車轉(zhuǎn)向行駛動力學(xué)方程,,,,4-6 a) 車輪側(cè)偏力,汽車在水平面內(nèi)的運動,,汽車運動方程式,當(dāng)V一定時,有,汽車在水平面內(nèi)的運動,4-6 b) 車輪速度,各車輪側(cè)偏角為：,,,,前后輪的左右輪側(cè)偏角分別相等，可表示為：,圖4-7 四輪汽車的等效二輪模型,,,前后車輪被分別集中于汽 車前后軸中點而構(gòu)成一假 想二輪車。,運動方程式,設(shè)前后輪側(cè)偏剛度分 別為kf、k r，則有：,經(jīng)過整理后得到研究汽車操縱

4、穩(wěn)定性的基本方程式：,（4-15）,（4-16）,,4.3 .1 汽車操縱穩(wěn)定性的研究方法與內(nèi)容,圖4-8 人汽車閉環(huán)系統(tǒng)框圖,4.3 汽車操縱動力學(xué),4.3.2 汽車操縱穩(wěn)定性模型建立的坐標(biāo)系,4.3.2.1 輪胎與車輪的坐標(biāo)系,圖4-9 輪胎與車輪軸坐標(biāo)系,4.3.2.2 車輛的坐標(biāo)系,圖4-10 車輛坐標(biāo)系,4.3.2.3 慣性、車輛及中間坐標(biāo)系,說明： Z軸平行于ZE軸 X軸位于包含XV軸的鉛垂平面內(nèi) XE軸與X軸的夾角為,圖4-11 慣性、車輛及中間坐標(biāo)系,4.3.3 基于兩自由度模型的操縱穩(wěn)定性分析,將轉(zhuǎn)向角作為控制輸入，因此可以將方程寫成下面的狀態(tài)空間形式 則可得,4.3.3

5、.1 汽車兩自由度模型的狀態(tài)空間表達(dá),4.3.3.2 汽車操縱穩(wěn)定性的穩(wěn)態(tài)響應(yīng) 在穩(wěn)態(tài)情況下 ，可以結(jié)合車輛的過度轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向特性來進行解釋： 1） 質(zhì)心側(cè)偏角 如果用質(zhì)心側(cè)偏角表示汽車操縱穩(wěn)定性的穩(wěn)態(tài)特性，則可得到,,,圖4-12 汽車質(zhì)心側(cè)偏角的穩(wěn)態(tài)特性,2) 質(zhì)心側(cè)偏角增益,,,圖4-13 質(zhì)心側(cè)偏角增益與車速的關(guān)系,圖4-14 汽車前輪轉(zhuǎn)角的穩(wěn)態(tài)特性,3) 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角,4.3.3.3 汽車操縱穩(wěn)定性的瞬態(tài)響應(yīng) 1）用橫擺角速度表示 設(shè)系統(tǒng)的輸入為階躍形式，根據(jù)二自由度的汽車運動 微分方程，可以寫成以 為變量的形式，通常寫作,,,圖4-15 橫擺角速度時域內(nèi)響應(yīng)（車速20m/s）,如用質(zhì)心側(cè)偏角增益表示，則可得傳遞函數(shù)為：,,圖4-16 車速20m/s下不同K值的質(zhì)心側(cè)偏角時間歷程,2） 用質(zhì)心側(cè)偏角增益表示,4.3.4 二自由度操縱穩(wěn)定性仿真參數(shù),表4-3 某車型兩自由度模型中的參數(shù),,,,,,