汽车动力学ppt2.ppt

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1、2012年12月23日ESP系统的建模研究ESPESP工作原理车辆动力学模型轮胎模型转向轮胎受力分析1234一、ESP工作原理ESP通过对汽车的制动系统和驱动系统等进行主动控制，调节横向和纵向力的分布，从而提高汽车的安全性和稳定性。ESP是利用轮胎的受力特性，改变汽车的横摆力矩，从而实现对汽车稳定性的调整。在车辆行驶过程中，通过传感器不断采集的驾驶员和汽车的行驶信息来判断汽车的稳定状况。尤其是在汽车发生过多转向和不足转向时，ESP更具有突出的车辆稳定性控制效果。汽车稳定性控制系统(electro

2、nicstabilityprogram，简称ESP)是在汽车防抱制动系统(ABS)和牵引控制系统(ASR)等主动安全技术的基础上发展起来的一项新型主动安全控制系统。工作原理图1ESP对汽车转向的影响一、ESP工作原理二、车辆的动力学模型车辆的动力学模型建立为了分析在转向不足和转向过多的情况下的汽车的受力情况我们建立了汽车的7自由度模型（车身横向、纵向、横摆、四个车轮旋转）：图2七自由度车辆动力学模型二、车辆的动力学模型建模的条件1.车辆的稳定性由其横摆运动和侧向运动决定，因此所建的车辆模型，需要

3、能描述车辆的纵向运动、侧向运动和横摆运动。2.在地面上运动的汽车有6个自由度，加上其组件的模型，得到的动力学方程非常复杂，并且是非线性的，使整个系统更加复杂。为了便于研究，建立汽车动力学系统模型时，在一定的假设条件下，对其进行适当的简化。(5)两前轮转角相同。3.建模假设条件(1)固结于汽车上的动坐标系原点与汽车质心重合(2)路面光滑，汽车没有垂向运动(3)汽车的俯仰角为零(4)各轮胎的机械特性相同；(1)整车纵向运动方程(2)整车侧向运动方程二、车辆的动力学模型车辆运动基本方程(3)整车横摆运

4、动方程二、车辆的动力学模型(4)车轮转动运动方程(5)车轮垂直载荷二、车辆的动力学模型式中：M表示车辆质量；vx表示车辆纵向速度；vy表示车辆侧向速度；Wr表示横摆角速度；a、b表示质心到前、后轴的距离；L表示轴距；δ表示前轮转向角；Iz表示车身绕z轴的转动惯量；Bf、Br表示前、后轮轮距；hg表示车辆质心高度；Fw表示空气阻力；Fzi表示车辆垂直载荷;FxiFyi表示轮胎纵向力、轮胎侧向力;Tbi表示车轮制动力矩;Ffi表示车轮滚动阻力;Ri表示车轮滚动半径;Ji表示车轮转动惯量(i=1,2,

5、3,4)；ωi表示车轮角速度；δi表示车轮转向角。三、轮胎模型由于汽车的行驶工况比较复杂，有转向制动、驱动以及制动转向和驱动转向，因此简单的模型无法描述轮胎在联合工况的特性。魔术公式是一种半经验的轮胎模型可以用于汽车运动中包含纵向力和横向力的复杂工况来描述轮胎纵向力、侧向力与滑移率、轮胎侧偏角的关系。魔术公式轮胎的滑移率λ定义为：三、轮胎模型在制动转向联合工况下轮胎纵向力Fx与侧向力Fy分别与轮胎侧偏角α、车轮纵向滑移率λ以及轮胎法向反力(及轮胎垂直载荷)Fz之间的关系可以用方程式（7）描述：轮

6、胎受力：制动转向联合工况下纵向力及侧向力特性：，，式中：TF为驱动力矩；TB为制动力矩；F是车轴对轮胎的力；FF为地面对轮胎的驱动力；R为车轮的滚动半径；IT为车轮的转动惯量四、受力分析横摆力矩控制首先对驾驶员转向意图进行判断，并与汽车实际的横摆角速度进行比较，如果两者之差超过某个门限值，就通过制动力产生横摆力矩，使实际的横摆角速度与驾驶员期望的横摆角速度一致，这样就极大的减少过多转向和过大的不足转向发生的可能。汽车的实际横摆角速度r由横摆角速度传感器得到。汽车右拐时，当rdesire—r大于某

7、个门限A时，则认为汽车处于不足转向，此时要在左前轮施加制动力矩，当rdesire—r小于—A时，则认为汽车处于过多转向，此时要在汽车的右前轮施加制动力矩。驾驶员的转向意图可以用略小于中性转向的公式来表示：横摆力矩控制u为汽车向前的速度；δ为方向盘转向引起的轮胎转角；L为轴间距；△为一正值。谢谢！！!