(完整word版)汽車系統(tǒng)動力學(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： 在駕駛員不感覺過分緊張、疲勞的條件下，汽車能按照駕駛員通過轉(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，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)：時域響應(yīng)、頻域響應(yīng)。 汽車時域響應(yīng)分為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)。1 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)動轉(zhuǎn)向盤，然后維持轉(zhuǎn)角不變，即對汽車施以轉(zhuǎn) 向盤角階躍輸入，汽車經(jīng)短暫的過渡過程后進(jìn)入等速圓周行駛工況。2 2、轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下

2、的瞬態(tài)響應(yīng)：等速直線行駛和等速圓周行駛兩個穩(wěn)態(tài)運(yùn)動之間的過渡過程所對應(yīng)的瞬間運(yùn) 動響應(yīng)。汽車時域響應(yīng)：把汽車作為開環(huán)控制系統(tǒng)的控制特性。駕駛員一汽車系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)：在汽車行駛過程中，駕駛員根據(jù)需要，操縱轉(zhuǎn)向盤使汽車做轉(zhuǎn)向運(yùn)動。路面的凹凸 不平、側(cè)風(fēng)、偏載等干擾因素會影響汽車的行駛。駕駛員則根據(jù)道路、交通等情況，通過眼、手及身體感知的汽車運(yùn) 動狀況（輸出參數(shù)），經(jīng)過頭腦的分析、判斷（反饋），修正其對轉(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。(/)095%7穩(wěn)定時間不足轉(zhuǎn)向understeering穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性分類：不足轉(zhuǎn)向、中性轉(zhuǎn)向、過度轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向盤保持一個固定轉(zhuǎn)角不變，緩慢加速或

3、以不同車速等速行駛時，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，而過度轉(zhuǎn)向的汽車轉(zhuǎn)向半徑逐漸減小。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角輸入neutral - steering阮=const.J Ur1.05%竺竺）超調(diào)量K過度轉(zhuǎn)向aversteerpigK=0中性轉(zhuǎn)向樓“穩(wěn)態(tài)橫擺角連度理值時間坂應(yīng)時間駕駛員-汽車閉環(huán)系統(tǒng)1 1、客觀評價法：通過道路試驗(yàn)，用測試儀器測量轉(zhuǎn)向時的汽車系統(tǒng)的物理參數(shù)。 試驗(yàn)項(xiàng)目： 、蛇形試驗(yàn)：評價汽車的隨動性、收斂性、方向操縱輕便性和事故可避性等。(2)(2) 、響應(yīng)試驗(yàn)( (轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入) )轉(zhuǎn)向瞬態(tài)：評價汽車的動態(tài)特性。(3)(3) 、轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)( (轉(zhuǎn)向盤

4、轉(zhuǎn)角脈沖輸入) )：評價汽車的動態(tài)特性。(4)(4) 、轉(zhuǎn)向回正性能試驗(yàn)：評價汽車從曲線行駛自行回復(fù)到直線行駛的過渡過程和能力。(5)(5)、轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)：通過測定汽車在低速大轉(zhuǎn)角時的轉(zhuǎn)向輕便性，來評價駕駛員操縱汽車轉(zhuǎn)向盤的輕重程度。(6)(6)、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)。( (固定轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角連續(xù)加速、定轉(zhuǎn)彎半徑法等。) )常用測試儀器：(1)(1) 、五輪儀或非接觸式車速儀：測定車速、時間。(2)(2) 、轉(zhuǎn)向盤測力計(jì)：轉(zhuǎn)向盤作用轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角。(3)(3) 、加速度計(jì)：測定汽車作曲線行駛時的側(cè)向和縱向加速度。(4)(4) 、角速度陀螺儀：汽車橫擺角速度。(5)(5) 、垂直陀螺儀：汽車車身側(cè)傾角、俯仰角

5、。(6)(6) 、現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。2 2、主觀評價法：憑借主觀感覺的評價。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)偏力 FY側(cè)向力 Fy側(cè)偏現(xiàn)象 側(cè)偏角:FY= k-側(cè)偏剛度 k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)偏力的影響因素 1 1、附著條件及垂直載荷 FZFZ, 2 2、輪胎胎面花紋、材料、結(jié)構(gòu)、充氣壓力，3 3、路面材料、結(jié)側(cè)偏現(xiàn)象、側(cè)偏力、側(cè)偏角、側(cè)偏特性汽車操縱穩(wěn)定性的評價方法側(cè)偏特性：側(cè)偏力、回正力與側(cè)偏角的關(guān)系。構(gòu)、潮濕程度，4 4、車輪外傾角。輪胎結(jié)構(gòu)、工作

6、條件與側(cè)偏剛度 1 1、尺寸f的輪胎，k kf2 2、子午線輪胎接地面寬，k k 大；3 3、鋼絲比尼龍輪胎 k k 大；4 4、 扁平率：輪胎斷面高度與斷面寬度之比 H H /B/BJ,k kf; 5 5、在一定范圍內(nèi)，載荷f（FZFZf） , k kf。但載荷f太大時，k kJ;6 6、輪胎充氣壓力f, k kf; 7 7、行駛車速對k k 影響較??；&潮濕特別在積水時，k kJ很大。一定側(cè)偏角下，驅(qū)動力或制動力增加時，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，側(cè)偏力顯著下降。接近附著極限時，切向力已耗去大部分附著力，而側(cè)向力能利用的附著力很小?；?/p>

7、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，而忽略懸架的作用；汽車前進(jìn)（縱軸）速度不變，只有沿 y y 軸的側(cè)向速度和繞 z z 軸的橫擺運(yùn)動（ay0.4gay0.4g）;驅(qū)動力不大，對側(cè)偏特性無影響；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。線性二自由度汽車模型的運(yùn)動微分方程線性二自由度汽車模型的運(yùn)動微分方程jkjk盤+k2a2-+ + 0 0）* *_ _將H牝入則 titia口（斤十ki）p +（LE一心舄）空二一點(diǎn)母=川（0 0 + +聲餌）u（向一 6 6 兵川+（若一於為）坐

8、一砧 Q = J Jz za?a?r r前輪角階躍輸入下進(jìn)入的汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng) 一等速圓周運(yùn)動 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的評價指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益或轉(zhuǎn)向靈敏度。u汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向的特征車速du*U過度轉(zhuǎn)向特性的問題. 過度轉(zhuǎn)向汽車車速達(dá)到臨界車速時將失去穩(wěn)定性。因?yàn)橹灰粋€很小的轉(zhuǎn)角、，橫擺角速度增益r/ -就趨于無窮大。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，過多轉(zhuǎn)向量愈大u/L + Ku2特征車速：表示不足轉(zhuǎn)向的一個參數(shù)。當(dāng)不足轉(zhuǎn)向量增加時， 特征車速降低，當(dāng)代轎車把特征車速設(shè)計(jì)為6565100km/h100km/h汽

9、車総態(tài)轉(zhuǎn)向的臨界車謔楚午諾烹轉(zhuǎn)I訶的I .汽車等速行駛時，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)角之比來評價穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。這個比值稱為穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也稱轉(zhuǎn)向靈敏度前輪軸階荻輸入下進(jìn)入的汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)一等速岡周運(yùn)動汽乍穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的三種類型_dK增大，特征車速降低。不足轉(zhuǎn)向量增加時，即K K 增大之間A.wo中ttwiJx-t4-T臨界+竦：表示過爭轉(zhuǎn) 佝的一傘嘏/I/I數(shù)怡界車/1/1速越低過|多轉(zhuǎn)向雖福 |九o中性轉(zhuǎn)向2U穩(wěn)定性因手攵L不足轉(zhuǎn)向時0 0時（特征車連）,I0Q中理赫向Neutral-Steering過度靜向Over-Ste

10、eringTn不足轉(zhuǎn)向Under- Steering是隨血向上過度轉(zhuǎn)向時是隨陷向下彎曲豹曲線K = 0啻曲的曲線1 十Ku L消除u解方程， 則有 CD7tj/ LT然后聖u! L it_ u/Lii iATAT 1 1It仔ti訕r-% %臨界車速的物理意義是當(dāng)具有過多轉(zhuǎn)向特性的汽車車速到達(dá)此值時只要極其微小的前輪轉(zhuǎn)角使會發(fā)生極大的橫擺角速 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，后輪胎壓降低會導(dǎo)致 會導(dǎo)致 K 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 輪胎結(jié)構(gòu)的影響子午線胎比斜交胎側(cè)偏剛度高。扁

11、平比（= =輪胎高度 H/H/寬度 B 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)偏角絕對值之差（0 0（1 1-0 0（2 2）、靜態(tài)儲備系數(shù)前后輪側(cè)偏角絕對值之差（內(nèi)一旳）（叫-耳）與違車穗定裡西伏之間的共系|S.M.S.M.血訊向77*1向加速度與慍匕聞打 號舶圧.如M僅廿（） 0,K 0不足轉(zhuǎn)向（0-%）=（）, K二0屮件轉(zhuǎn)向（的一企）c 0,K 0K0 不足#夸襯K K = = 0 0 中性轉(zhuǎn)向飛A 氣 i i丹性 4 4 1 1E E心H上瓦L阿-旳）靜態(tài)儲備系數(shù) S.M.S.M.使汽車前、后輪產(chǎn)生同一側(cè)

12、偏角的側(cè)向力作用點(diǎn)稱為中性轉(zhuǎn)向點(diǎn) 靜態(tài)儲備系數(shù)與處于汽車縱軸上的中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)的概念相聯(lián)系I I中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)適過力毎平新找出中桂轉(zhuǎn)向點(diǎn)的住產(chǎn)Fn4-kxa + k.,a占十 *K0KLaLaLa, S.M.0S.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1大于后輪側(cè)偏角22，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，aaaa, S.M.0S.M.11,稱為大阻尼，橫擺角速度響應(yīng)3r(t)r(t)是單調(diào)上升的。隨著時間的增長，超過臨界車速 verver 后，3r r 是發(fā)散的，趨于無窮大，此時，汽車失去穩(wěn)定性=1=1,稱為臨界阻尼，橫擺響應(yīng)3r(t)r(t)也是單調(diào)上升，且趨近于

13、穩(wěn)態(tài)橫擺角速度。11,稱為小阻尼，橫擺響應(yīng)3r(t)r(t)是一條收斂于穩(wěn)態(tài)橫擺角速度的減幅正弦曲線。前輪角階躍輸入時瞬態(tài)響應(yīng)的解瞬態(tài)響應(yīng)特性曲線阻尼比愈大，衰減愈快，阻尼比 小，不僅衰減慢，而且過擺量也大 曲線表明橫擺角速度最后都趨于穩(wěn)態(tài)橫擺角速度評價瞬態(tài)響應(yīng)品質(zhì)的參數(shù)行駛方向穩(wěn)定性響應(yīng)品質(zhì)問題0 用岡時間Ewfl/單直由度強(qiáng)方程式3r r 趨近于穩(wěn)態(tài)橫擺角速度3r0r0 ;但當(dāng)車速式中num 12 耐如 1 詢“v6 +Sin（ cuZ + 0）&）_ u/L1+疋/二小了e e - - arcarc tantanrruukUQ橫擺角速度3r r 波動時的固有頻率、阻尼比、反應(yīng)時間

14、T、過擺量(超調(diào)量)橫擺角速度 3 廠波動時的固有頻率L仙-Vr小一些好過擺量大小與阻尼比E有密切關(guān)系，增大E可使過擺量減少。過擺量： “cor+ 2%1血 + 呎 -BQ +-&）（x）T（甸）+2鞏匚加呂（血）+環(huán)銘 伽）=Bjcod-幅頻特性月=J冷丁 +丁相頻特性 （ y y） = = aictajiCaictajiC（fi?fi?）/2?/2?（y y）實(shí)際汽車的橫擺角速度頻率特性是通過轉(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h+J1輸出的幅值幅頻特性=輸出的幅值，是頻率 f 的函數(shù)二 A（輸入的幅值f相頻特性=相位差，是頻率 f 的函數(shù)二申（f j在汽車操

15、縱穩(wěn)定性中，常以前輪轉(zhuǎn)角S或轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角SSWSW 為輸入，汽車橫擺角速度響應(yīng)特性來表征汽車的動態(tài)特性二自由度汽車模型運(yùn)動微分方程的橫擺角速度頻率特性，可由其運(yùn)動微分方程的傅立葉變換求得輪胎側(cè)偏剛度增大，4崔大汽車質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量丸，3n小1fa tQGUi/h-1*V * * * J11 4 * * *-8tu4=二齊值在1 Hz圧右阻尼比.-m L：K一1LbK.2-lzK一.2質(zhì)量 m m,轉(zhuǎn)動慣量 lzlz 和軸距的減少，可使 增大 側(cè)偏剛度增大也有助于的增大阻尼比隨車速的降低而迅速增大 反應(yīng)時間T反應(yīng)時間T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)值所需時間車速增加，T值減少? ? m m、L L 增大，T也減少? ? 轉(zhuǎn)動慣量 IZIZ 的增加將使T有顯著的增長 ? ? 增大后輪側(cè)偏剛度 K K：2 2,T值減小。過擺量（超調(diào)量）過擺量指橫擺角速度第一個最大值與穩(wěn)態(tài)值的百分比，它表明瞬態(tài)響應(yīng)中振蕩時可能出現(xiàn)的最大偏差，這一數(shù)值希望2mIzL-T= arctan -K：lK：21 KvXmlzmVxLaLKG2丿3r r 為輸出的汽車橫擺角速度頻率*7* IJ(M0 5U.O困百蕉喇月（帕I00%不同頻率輸入指令時，汽車執(zhí)行駕駛員指令