線性二自由汽車操縱穩(wěn)定性詳解演示文稿

線性二自由度汽車操縱穩(wěn)定性詳解演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)（優(yōu)選）線性二自由度汽車操縱穩(wěn)定性當(dāng)前第2頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)

汽車在轉(zhuǎn)向盤輸入或外界干擾輸入下的側(cè)向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)隨時(shí)間而變化的特性稱為時(shí)域響應(yīng)特性。轉(zhuǎn)向盤輸入有角位移輸入和力矩輸入。外界干擾輸入主要是指?jìng)?cè)向風(fēng)和路面不平產(chǎn)生的側(cè)向力。一、操縱穩(wěn)定性包含的內(nèi)容2023/6/15江蘇大學(xué)3當(dāng)前第3頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)1.轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的響應(yīng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng)

橫擺角速度增益—轉(zhuǎn)向靈敏度。評(píng)價(jià)參量反應(yīng)時(shí)間。橫擺角速度波動(dòng)的無(wú)阻尼圓頻率。評(píng)價(jià)參量2023/6/15江蘇大學(xué)4當(dāng)前第4頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)

轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角正弦輸入下，頻率由0→∞變化時(shí)，汽車橫擺角速度與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的振幅比及相位差的變化規(guī)律。共振峰頻率。共振時(shí)振幅比。相位滯后角。穩(wěn)態(tài)增益。評(píng)價(jià)參量2.橫擺角速度頻率響應(yīng)特性2023/6/15江蘇大學(xué)5當(dāng)前第5頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)3.轉(zhuǎn)向盤中間位置操縱穩(wěn)定性轉(zhuǎn)向靈敏度。轉(zhuǎn)向盤力特性。轉(zhuǎn)向功靈敏度。評(píng)價(jià)參量

轉(zhuǎn)向盤力輸入下的時(shí)域響應(yīng)?；卣笫Ｓ鄼M擺角速度與剩余橫擺角。達(dá)到剩余橫擺角速度的時(shí)間。評(píng)價(jià)參量4.回正性

轉(zhuǎn)向盤小轉(zhuǎn)角、低頻正弦輸入下，汽車高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性。2023/6/15江蘇大學(xué)6當(dāng)前第6頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)k—側(cè)偏剛度。

FY一定時(shí)希望側(cè)偏角越小越好，所以|k|越大越好。

前輪側(cè)偏角在4度以內(nèi)時(shí)，輪胎側(cè)偏特性呈現(xiàn)線性變化

輪胎的側(cè)偏特性3.FY－α曲線2023/6/15江蘇大學(xué)7當(dāng)前第7頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)本節(jié)將首先建立線性二自由度汽車模型，在此基礎(chǔ)上，分析汽車的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性、瞬態(tài)響應(yīng)特性和頻率響應(yīng)特性。線性二自由度汽車模型對(duì)前輪角輸入的響應(yīng)2023/6/15江蘇大學(xué)8當(dāng)前第8頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)線性二自由度汽車模型運(yùn)動(dòng)微分方程1.建模中假設(shè)2）忽略懸架的作用；車身只作平行于地面的平面運(yùn)動(dòng)，繞z

軸的位移、繞y

軸的俯仰角和繞x

軸的側(cè)傾角均為零，且；3）汽車前進(jìn)速度不變。在上述假設(shè)下，汽車被簡(jiǎn)化為只有側(cè)向和橫擺兩個(gè)自由度的兩輪汽車模型。1）忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響，直接以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入；假定汽車ay≤0.4g，輪胎側(cè)偏特性處于線性范圍內(nèi)；不計(jì)地面切向力FX、外傾側(cè)向力

、回正力矩TZ、垂直載荷的變化對(duì)輪胎側(cè)偏剛度的影響。2023/6/15江蘇大學(xué)9當(dāng)前第9頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)xy2.兩輪汽車模型及車輛坐標(biāo)系2023/6/15江蘇大學(xué)10當(dāng)前第10頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)確定汽車質(zhì)心（絕對(duì)）加速度在車輛坐標(biāo)系的分量ax和ay。3.運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

沿Ox軸速度分量的變化為2023/6/15江蘇大學(xué)11當(dāng)前第11頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)上式除以Δt并取極限得考慮到很小并忽略二階微量同理可得2023/6/15江蘇大學(xué)12當(dāng)前第12頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)考慮到δ角較小4.二自由度汽車動(dòng)力學(xué)分析2023/6/15江蘇大學(xué)13當(dāng)前第13頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)質(zhì)心側(cè)偏角2023/6/15江蘇大學(xué)14當(dāng)前第14頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)由于

整理后得二自由度汽車運(yùn)動(dòng)微分方程式2023/6/15江蘇大學(xué)15當(dāng)前第15頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)

狀態(tài)空間2023/6/15江蘇大學(xué)16當(dāng)前第16頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)

仿真數(shù)據(jù)仿真時(shí)間汽車總質(zhì)量繞

軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

軸距

質(zhì)心至前軸距離

質(zhì)心至后軸距離

前輪總側(cè)偏剛度

后輪總側(cè)偏剛度

2023/6/15江蘇大學(xué)17當(dāng)前第17頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)

仿真模型2023/6/15江蘇大學(xué)18當(dāng)前第18頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)前輪轉(zhuǎn)角為

1度，車速為

80km/h2023/6/15江蘇大學(xué)19當(dāng)前第19頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)比較不同前輪角階躍輸入（1度，2度，3度

），車速在

80km/h2023/6/15江蘇大學(xué)20當(dāng)前第20頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)輸出信號(hào)分為3條，黃色實(shí)線表示前輪轉(zhuǎn)角

為

1度，粉紅色虛線表示前輪轉(zhuǎn)角為

2度，藍(lán)綠色點(diǎn)線表示前輪轉(zhuǎn)角為

3度

2023/6/15江蘇大學(xué)21當(dāng)前第21頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)輸出信號(hào)分為3條，黃色實(shí)線表示前輪轉(zhuǎn)角

為

1度，粉紅色虛線表

示前輪轉(zhuǎn)角為

2度，藍(lán)綠色點(diǎn)線表示前輪轉(zhuǎn)角為

3度

2023/6/15江蘇大學(xué)22當(dāng)前第22頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)

總結(jié)由上面兩幅圖，可以看出在車速為80km/h下，隨著前輪轉(zhuǎn)角的增大（1度，2度，3度

），汽車質(zhì)心側(cè)偏角明顯增大并開(kāi)始出現(xiàn)振蕩，固有圓頻率及阻尼比減小，超調(diào)量及穩(wěn)定時(shí)間增加，因此應(yīng)該避免在高速行駛時(shí)急轉(zhuǎn)方向盤產(chǎn)生大的前輪轉(zhuǎn)角。2023/6/15江蘇大學(xué)23當(dāng)前第23頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)比較前輪轉(zhuǎn)角為2度，不同車速（60km/h，80km/h，100km/h）下，橫擺角速度響應(yīng)曲線和質(zhì)心側(cè)偏角響應(yīng)曲線的變化2023/6/15江蘇大學(xué)24當(dāng)前第24頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)黃色實(shí)線表示車速為60km/h，粉紅色虛線表示車速為80km/h，藍(lán)綠色點(diǎn)線表示車速為100km/h2023/6/15江蘇大學(xué)25當(dāng)前第25頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)黃色實(shí)線表示車速為60km/h，粉紅色虛線表示車速為80km/h，藍(lán)綠色點(diǎn)線表示車速為100km/h

2023/6/15江蘇大學(xué)26當(dāng)前第26頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)

總結(jié)由圖可知，降低汽車行駛速度，可以減小質(zhì)心側(cè)偏角，使固有圓頻率及阻尼比增加，超調(diào)量及穩(wěn)定時(shí)間減少；而增加行駛速度，可使反映時(shí)間縮短。因此，較低的行駛速度使汽車具有更好的瞬態(tài)響應(yīng)特性。2023/6/15江蘇大學(xué)27當(dāng)前第27頁(yè)\共有28頁(yè)\編于星期二\12點(diǎn)