汽车动力学ppt课件.ppt

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1、第二章汽车转向系统动力学2.1汽车转向系统数学模型2.2稳态响应(稳态转向特性)2.3前轮角阶跃输入的瞬态响应2.4横摆角速度频率响应特性2.5侧风作用时的转向特性2.6全轮转向特性2021/9/1512.1汽车转向系统数学模型汽车转向系统动力学是研究驾驶员给系统以转向指令后汽车在曲线行驶中的运动学和动力学特性。这一特性影响到汽车操纵的方便性和稳定性，所以也是汽车安全性的重要因素之一，因而成为汽车系统动力学中重要研究内容之一转向力轮胎汽车侧风稳态响应瞬态响应力输入角位移输入2021/9/152车辆坐标系与汽车

2、的主要运动2021/9/153转向系统数学模型简化1.汽车无垂直方向运动，也无绕y轴和x轴的俯仰和侧倾运动2.汽车作等速运动，不考虑切向力和空气动力的作用3.忽略转向系统影响，直接以前轮转角作为输入4.不考虑左车轮由于载荷变化引起轮胎特性变化和回正力矩的作用2021/9/154转向系统动力学方程的推导（1）驾驶员指令前轮转过角转向系统质心离心力前后轮的侧向反作用力前后轮侧偏角转向系统动力学模型轮胎侧偏刚度汽车转动瞬心前后轮的速度的方向刚体运动定理2021/9/155转向系统动力学方程的推导（2）转弯半径R—

3、—转动瞬心O至汽车质心的距离质心速度横摆角速度Vc在x轴上的分量Vc在y轴上的分量质心加速度在y轴上的分量2021/9/156转向系统动力学方程的推导（3）从力和力矩平衡方程式导出微分运动方程二自由度汽车受到的外力沿y轴方向的合力与绕质心的力矩为2021/9/157转向系统动力学方程的推导（4）变量说明Fy1，Fy2——前后轮上的侧偏力，Nm——整车质量，kgLa，Lb——前后轴到汽车质心的距离，mIz——车身绕z轴的转动惯量，km.m2——汽车质心的侧偏角K1，K2——前后轮胎侧偏刚度，N/rad1

4、，2——前后轮胎侧偏角，rad2021/9/158转向系统动力学方程的推导（5）侧偏力的大小，取决于侧偏刚度和侧偏角前、后轮的侧偏角可由几何关系求得2021/9/1592.2稳态响应(稳态转向特性)汽车等速行驶时，在前轮角阶跃输入下进入的稳态响应就是等速圆周行驶。常用输出与输入的比值，如稳态的横摆角速度与前轮转角之比来评价稳态响应。这个比值称为稳态横摆角速度增益，也称转向灵敏度2021/9/1510稳态横摆角速度增益稳态时，横摆角速度为常数消去vy2021/9/1511稳态横摆角速度增益（灵敏度）K称为稳定

5、性因素，s2/m2在德国用(EG)=KL——称为转向梯度2021/9/1512稳态响应过度转向Over-Steering不足转向Under-Steering中性转向Neutral-Steering稳态横摆角速度增益曲线2021/9/1513中性转向K＝0此关系式就是汽车以极低车速行驶而无侧偏角时的转向关系无侧偏角时2021/9/1514不足转向K>0K值越大横摆角速度增益曲线越低，不足转向量越大此最大值为轴距L相等的中性转向汽车的横摆角速度增益的一半。Vch称为特征车速。不足转向量增加时，即K增大，特征车速降

6、低，当代轿车把特征车速设计为65～100km/h之间2021/9/1515过多转向K<0K值越小（即K的绝对值越大），过多转向量越大临界车速愈低，过多转向量愈大临界车速的物理意义是当具有过多转向特性的汽车车速到达此值时只要极其微小的前轮转角使会发生极大的横摆角速度，而且不断增加，这意味着汽车面临失稳发生激转而侧滑或翻车，故称此车速为临界车速当代所有汽车都设计成不足转向，因此并无真实的临界车速2021/9/1516三种转向特性的转弯半径2021/9/1517影响稳态响应特性的因素(1)汽车质心位置的影响根据上式

7、，质心靠后，La增大，Lb减小，K减小（k1，k2为负），故不足转向减小。2021/9/1518影响稳态响应特性的因素(2)胎压的影响在一定范围内，胎压减小则侧偏刚度减小。根据上式，后轮胎压降低会导致K减小，使不足转向减小。前轮胎压降低会导致K增大，使不足转向增大。2021/9/1519影响稳态响应特性的因素(3)轮胎结构的影响子午线胎比斜交胎侧偏刚度高。扁平比（=轮胎高度H/宽度B）小的轮胎侧偏刚度大。前轮侧偏刚度增大，则不足转向减小。后轮侧偏刚度增大，则不足转向增加。2021/9/1520表征稳态响应

8、的参数前后轮侧偏角绝对值之差（1－2）静态储备系数S.M.2021/9/1521前后轮侧偏角绝对值之差（1－2）（1－2）与汽车稳定性因素之间的关系右边上下两端均乘以侧向加速度ay侧向加速度与侧偏角符号相反，都取绝对值时2021/9/1522K>0不足转向1－2ayK＝0中性转向K<0过多转向2021/9/1523静态储备系数S.M.使汽车前、后轮产生同一侧偏角的侧向力作用点称为中性