汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)復(fù)習(xí)資料5

1、5車輛操縱穩(wěn)定性汽車操縱穩(wěn)定性的定義：在駕駛員不感覺(jué)過(guò)分緊張、疲勞的條件下，汽車能按照駕駛員通過(guò)轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向車輪給定的方向行駛，且當(dāng)受到外界干擾時(shí)，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力。意義：操縱方便性、高速安全性行駛方向：直線、轉(zhuǎn)彎干擾：路不平、側(cè)風(fēng)、貨物或乘客偏載汽車系統(tǒng)坐標(biāo)系及運(yùn)動(dòng)形式汽車操縱穩(wěn)定性輸入、輸出 輸入：轉(zhuǎn)向盤角度輸入。響應(yīng)：時(shí)域響應(yīng)、頻域響應(yīng)。汽車時(shí)域響應(yīng)分為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)。 1、轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下進(jìn)入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：等速直線行駛，急劇轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，然后維持轉(zhuǎn)角不變，即對(duì)汽車施以轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入，汽車經(jīng)短暫的過(guò)渡過(guò)程后進(jìn)入等速圓周行駛工況。 2、轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)：等

2、速直線行駛和等速圓周行駛兩個(gè)穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)之間的過(guò)渡過(guò)程所對(duì)應(yīng)的瞬間運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性分類：不足轉(zhuǎn)向、中性轉(zhuǎn)向、過(guò)度轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向盤保持一個(gè)固定轉(zhuǎn)角不變，緩慢加速或以不同車速等速行駛時(shí)，不足轉(zhuǎn)向的汽車轉(zhuǎn)向半徑逐漸增大，中性轉(zhuǎn)向的汽車轉(zhuǎn)向半徑不變，而過(guò)度轉(zhuǎn)向的汽車轉(zhuǎn)向半徑逐漸減小。駕駛員-汽車閉環(huán)系統(tǒng)汽車時(shí)域響應(yīng)：把汽車作為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的控制特性。駕駛員汽車系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)：在汽車行駛過(guò)程中，駕駛員根據(jù)需要，操縱轉(zhuǎn)向盤使汽車做轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。路面的凹凸不平、側(cè)風(fēng)、偏載等干擾因素會(huì)影響汽車的行駛。駕駛員則根據(jù)道路、交通等情況，通過(guò)眼、手及身體感知的汽車運(yùn)動(dòng)狀況（輸出參數(shù)），經(jīng)過(guò)頭腦的分析、判斷（反饋），修正

3、其對(duì)轉(zhuǎn)向盤的操縱。如此不斷地反復(fù)循環(huán)，使汽車能穩(wěn)定行駛。汽車操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法1、客觀評(píng)價(jià)法：通過(guò)道路試驗(yàn)，用測(cè)試儀器測(cè)量轉(zhuǎn)向時(shí)的汽車系統(tǒng)的物理參數(shù)。試驗(yàn)項(xiàng)目：(1)、蛇形試驗(yàn)：評(píng)價(jià)汽車的隨動(dòng)性、收斂性、方向操縱輕便性和事故可避性等。 (2)、響應(yīng)試驗(yàn)(轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入)轉(zhuǎn)向瞬態(tài)：評(píng)價(jià)汽車的動(dòng)態(tài)特性。(3)、轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)(轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角脈沖輸入)：評(píng)價(jià)汽車的動(dòng)態(tài)特性。(4)、轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)：評(píng)價(jià)汽車從曲線行駛自行回復(fù)到直線行駛的過(guò)渡過(guò)程和能力。(5)、轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)：通過(guò)測(cè)定汽車在低速大轉(zhuǎn)角時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性，來(lái)評(píng)價(jià)駕駛員操縱汽車轉(zhuǎn)向盤的輕重程度。 (6)、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)。(固定轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角連續(xù)

4、加速、定轉(zhuǎn)彎半徑法等。)常用測(cè)試儀器：(1)、五輪儀或非接觸式車速儀：測(cè)定車速、時(shí)間。(2)、轉(zhuǎn)向盤測(cè)力計(jì)：轉(zhuǎn)向盤作用轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角。(3)、加速度計(jì)：測(cè)定汽車作曲線行駛時(shí)的側(cè)向和縱向加速度。(4)、角速度陀螺儀：汽車橫擺角速度。(5)、垂直陀螺儀：汽車車身側(cè)傾角、俯仰角。(6)、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。2、主觀評(píng)價(jià)法：憑借主觀感覺(jué)的評(píng)價(jià)。如轉(zhuǎn)向盤階躍輸入下進(jìn)入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)等。輪胎坐標(biāo)系、側(cè)偏特性側(cè)偏特性：側(cè)偏力、回正力與側(cè)偏角的關(guān)系。 側(cè)偏現(xiàn)象、側(cè)偏力、側(cè)偏角、側(cè)偏特性 保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性要求：輪胎具有較大的側(cè)偏剛度和側(cè)偏力，這樣汽車的極限性能越好。譬如按圓周行駛的極限側(cè)向加速度就越高。最大側(cè)

5、偏力的影響因素1、附著條件j及垂直載荷FZ，2、輪胎胎面花紋、材料、結(jié)構(gòu)、充氣壓力，3、路面材料、結(jié)構(gòu)、潮濕程度，4、車輪外傾角。輪胎結(jié)構(gòu)、工作條件與側(cè)偏剛度1、尺寸的輪胎，k 2、子午線輪胎接地面寬，k大；3、鋼絲比尼龍輪胎k大；4、扁平率：輪胎斷面高度與斷面寬度之比H /B ， k ；5、在一定范圍內(nèi)，載荷 （FZ ） ，k 。但載荷太大時(shí)，k；6、輪胎充氣壓力 ，k ；7、行駛車速對(duì)k影響較小；8、潮濕特別在積水時(shí)，k 很大。 附著橢圓 一定側(cè)偏角下，驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力增加時(shí)，側(cè)偏力逐漸有所減小，這是由于輪胎側(cè)線彈性有所改變的所至。當(dāng)縱向力相當(dāng)大時(shí)，側(cè)偏力顯著下降。接近附著極限時(shí)，切向力已耗

6、去大部分附著力，而側(cè)向力能利用的附著力很小。基本操縱模型線性二自由度數(shù)學(xué)模型的理想化假設(shè)條件忽略轉(zhuǎn)向系的影響，以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入；汽車只進(jìn)行平行于地面的平面運(yùn)動(dòng)，而忽略懸架的作用；汽車前進(jìn)（縱軸）速度不變，只有沿y軸的側(cè)向速度和繞z軸的橫擺運(yùn)動(dòng)(ay<0.4g) ；驅(qū)動(dòng)力不大，對(duì)側(cè)偏特性無(wú)影響；忽略空氣阻力；忽略左右輪胎因載荷變化引起輪胎特性的變化；忽略回正力矩的變化。 前輪角階躍輸入下進(jìn)入的汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)等速圓周運(yùn)動(dòng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益或轉(zhuǎn)向靈敏度。汽車等速行駛時(shí)，在前輪角階躍輸入下進(jìn)入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)就是等速圓周行駛。常用輸出與輸入的比值，如穩(wěn)態(tài)的橫擺角速度與前輪轉(zhuǎn)角之比來(lái)

7、評(píng)價(jià)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。這個(gè)比值稱為穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也稱轉(zhuǎn)向靈敏度 特征車速：表示不足轉(zhuǎn)向的一個(gè)參數(shù)。當(dāng)不足轉(zhuǎn)向量增加時(shí)，K增大，特征車速降低。不足轉(zhuǎn)向量增加時(shí)，即K增大，特征車速降低，當(dāng)代轎車把特征車速設(shè)計(jì)為65100km/h之間 過(guò)度轉(zhuǎn)向特性的問(wèn)題過(guò)度轉(zhuǎn)向汽車車速達(dá)到臨界車速時(shí)將失去穩(wěn)定性。因?yàn)橹灰粋€(gè)很小的轉(zhuǎn)角d，橫擺角速度增益wr/ d就趨于無(wú)窮大。因?yàn)榧僭O(shè)縱向速度為優(yōu)先值，根據(jù)縱向速度與角速度的關(guān)系可知，汽車的轉(zhuǎn)向半徑極小，這樣汽車必定發(fā)生激轉(zhuǎn)而發(fā)生側(cè)滑或側(cè)翻。臨界車速愈低，過(guò)多轉(zhuǎn)向量愈大臨界車速的物理意義是當(dāng)具有過(guò)多轉(zhuǎn)向特性的汽車車速到達(dá)此值時(shí)只要極其微小的前輪轉(zhuǎn)角使會(huì)發(fā)生極大的橫擺角速

8、度，而且不斷增加，這意味著汽車面臨失穩(wěn)發(fā)生激轉(zhuǎn)而側(cè)滑或翻車，故稱此車速為臨界車速當(dāng)代所有汽車都設(shè)計(jì)成不足轉(zhuǎn)向，因此并無(wú)真實(shí)的臨界車速影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素(1)汽車質(zhì)心位置的影響根據(jù)上式，質(zhì)心靠后，La增大，Lb減小，K減?。╧a1， ka2 為負(fù)），故不足轉(zhuǎn)向減小。影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素(2)胎壓的影響在一定范圍內(nèi)，胎壓減小則側(cè)偏剛度減小。根據(jù)上式，后輪胎壓降低會(huì)導(dǎo)致K減小，使不足轉(zhuǎn)向減小。前輪胎壓降低會(huì)導(dǎo)致K增大，使不足轉(zhuǎn)向增大。影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素(3)輪胎結(jié)構(gòu)的影響子午線胎比斜交胎側(cè)偏剛度高。扁平比（=輪胎高度H/寬度B）小的輪胎側(cè)偏剛度大。前輪側(cè)偏剛度增大，則不足轉(zhuǎn)向減小。后輪側(cè)偏

9、剛度增大，則不足轉(zhuǎn)向增加。表征穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的參數(shù)前后輪側(cè)偏角絕對(duì)值之差（a1a2）、靜態(tài)儲(chǔ)備系數(shù)S.M. 靜態(tài)儲(chǔ)備系數(shù)S.M.使汽車前、后輪產(chǎn)生同一側(cè)偏角的側(cè)向力作用點(diǎn)稱為中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)靜態(tài)儲(chǔ)備系數(shù)與處于汽車縱軸上的中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)的概念相聯(lián)系靜態(tài)儲(chǔ)備系數(shù)S.M.與轉(zhuǎn)向特性的關(guān)系當(dāng)中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)與質(zhì)心重合時(shí)，S.M.=0，在質(zhì)心位置上作用的側(cè)向力引起前、后輪的側(cè)偏角相等，汽車具有中性轉(zhuǎn)向特性。當(dāng)質(zhì)心在中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)之前時(shí)，La>La，S.M.>0，為正值。在質(zhì)心位置上作用的側(cè)向力引起的前輪側(cè)偏角a1大于后輪側(cè)偏角a2 ，汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性。當(dāng)質(zhì)心在中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)之后時(shí)，a<a，S.M.<0，為

10、正值。在質(zhì)心位置上作用的側(cè)向力引起的前輪側(cè)偏角a1小于后輪側(cè)偏角a2，汽車具有過(guò)多轉(zhuǎn)向特性。2.3 前輪角階躍輸入的瞬態(tài)響應(yīng)(1)時(shí)間上的滯后(2)執(zhí)行上的誤差(3)橫擺角速度的波動(dòng) (4)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間 行駛方向穩(wěn)定性響應(yīng)品質(zhì)問(wèn)題 齊次微分方程的解x>1，稱為大阻尼，橫擺角速度響應(yīng)r(t)是單調(diào)上升的。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，r趨近于穩(wěn)態(tài)橫擺角速度r0 ；但當(dāng)車速超過(guò)臨界車速vcr后， r是發(fā)散的，趨于無(wú)窮大，此時(shí)，汽車失去穩(wěn)定性x=1，稱為臨界阻尼，橫擺響應(yīng)r(t)也是單調(diào)上升，且趨近于穩(wěn)態(tài)橫擺角速度。x<1，稱為小阻尼，橫擺響應(yīng)r(t)是一條收斂于穩(wěn)態(tài)橫擺角速度的減幅正弦曲線。

11、 瞬態(tài)響應(yīng)特性曲線阻尼比x愈大，衰減愈快，阻尼比x 小，不僅衰減慢，而且過(guò)擺量也大曲線表明橫擺角速度最后都趨于穩(wěn)態(tài)橫擺角速度評(píng)價(jià)瞬態(tài)響應(yīng)品質(zhì)的參數(shù)橫擺角速度r波動(dòng)時(shí)的固有頻率、阻尼比x、反應(yīng)時(shí)間、過(guò)擺量（超調(diào)量）阻尼比x質(zhì)量m，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Iz和軸距的減少，可使x增大側(cè)偏剛度增大也有助于x的增大阻尼比隨車速的降低而迅速增大反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間是指角階躍輸入后汽車橫擺角速度第一次到達(dá)穩(wěn)態(tài)值所需時(shí)間車速增加，值減少 m、L增大，也減少 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Iz的增加將使有顯著的增長(zhǎng) 增大后輪側(cè)偏剛度Ka2，值減小。過(guò)擺量（超調(diào)量）過(guò)擺量指橫擺角速度第一個(gè)最大值與穩(wěn)態(tài)值的百分比，它表明瞬態(tài)響應(yīng)中振蕩時(shí)可能出現(xiàn)的最大偏差，這一數(shù)值希望小一些好過(guò)擺量大小與阻尼比有密切關(guān)系，增大 可使過(guò)擺量減少。2.4 橫擺角速度頻率響應(yīng)特性在汽車操縱穩(wěn)定性中，常以前輪轉(zhuǎn)角 或轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角sw為輸入，汽車橫擺角速度r為輸出的汽車橫擺角速度頻率響應(yīng)特性來(lái)表征汽車的動(dòng)態(tài)特性二自由度汽車模型運(yùn)動(dòng)微分方程的橫擺角速度頻率特性，可由其運(yùn)動(dòng)微分方程的傅立葉變換求得實(shí)際汽車的橫擺角速度頻率特性是通過(guò)轉(zhuǎn)向盤角脈沖輸入瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)求得的幅頻特性反映了駕駛員以不同頻率輸入指令時(shí)，汽車執(zhí)行駕