基于分叉理论前轮外倾角对极限工况下车辆转向行驶稳定性影响探究

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1、基于分叉理论前轮外倾角对极限工况下车辆转向行驶稳定性影响探究摘要：为了探索车轮外倾角对车辆极限行驶工况下转向失稳影响的规律，开展了影响汽车行驶稳定性方面的研究。建立了含有外倾角的横向横摆二自由度车辆模型，以魔术公式表达轮胎侧向力，用非线性数值方法得到了车辆相图以及鞍结点的位置，分析了车轮外倾角对于吸引子跃迁行为的影响。结果表明，在极限工况下，4º；的外倾角会使稳定转角范围减少约50%,丰富了车辆极限工况下的失稳机理，为车轮外倾角的主动控制提供了理论依据。关键词：车轮外倾角；转向行驶；稳定性；鞍结分叉中图分类号:U461.6+1文献标文献标志码:A文献标D0I：10.3969/j

2、.issn.2095-1469.2011.02.003StudyonEffectsoftheFrontWheelCamberAngleonVehicleSteeringStabilityinCriticalSituationsBasedonBifurcationTheoryXiaoHuaiyang,WeiDaogao,JiangYinsheng(SchoolofMechanical&AutoEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei,Anhui230009,China)Abstract：Toexploretheinfluenceofwhe

3、elcamberangleonvehiclesteeringstabilityincriticalsituations,atwo-degree-of-freedomvehiclehandlingmathematicalmodelwasbuiltwithtakingcamberanglesintoconsideration.Themodelwassimulatedintheyawrateandsideslipangledomainbyusingnumericalanalysis.Theresponseofsaddle-nodewithvaryingcamberangleswasobtai

4、ned.Itisconcludedthatasthecamberangleisincreasedto4o，thestabilitydomainisdecreasedto50%andthehandlingqualitydeclinesaswel1.Thisfindingcanprovideatheoreticalbasisforactivecontrolofvehiclecamberangle・Keywords:camberangle；steeringstability；saddle-nodebifurcation随着道路交通的发展，车辆速度得到提高，而车辆经常处在各种高速、急转，且地面

5、附着能力较差的工况中，这就使汽车极限操纵稳定性的研究非常重要。经典的汽车操纵稳定性模型使用轮胎线性侧偏力，仅仅是在线性范围内研究汽车操纵稳定性，已经不能适应汽车的发展。与一般的定侧偏刚度的轮胎线性侧向力相比，以魔术公式为代表的非线性轮胎模型更能反映真实的车辆受力情况，而非线性分析方法更能深刻全面地解释车辆的动力学行为。近10年来，关于这方面的研究已日益增多。目前，国内外关于车辆操纵稳定性的研究主要是对车辆稳定行驶的临界速度、车辆动力学系统的平衡点和分岔以及系统的稳定区域等进行研究。文献［1］使用魔术公式，建立了二自由度非线性操纵稳定性模型，从理论推导和数值分析的方法得出结论：车辆转向行

6、驶失稳属于鞍结分叉，得到了不同前轮转角下相图中的稳定区域以及鞍结点位置。文献［2］建立了4轮转向操纵稳定性模型，对车辆的失稳机理进行了分析，得到前后轮转角关系对于汽车操纵稳定性的影响。但都未考虑车轮定位对于汽车操纵稳定性的影响。在车辆的行驶过程中，除去控制系统外，车辆的稳定性由地面提供的力来保障，地面力又是通过车轮传递到车辆的，而车轮的定位参数又与力的传导有着直接的关系，应该说车轮的定位与操纵稳定性有着密切的联系。一般来说车辆前轮初始外倾角在To〜lo之间，后轮外倾角基本为Oo。在汽车高速行驶工况中，由于侧倾、外倾、载荷转移等因素，车轮的外倾角会急剧增大，而且当汽车车速较高时，由于轮胎

7、拖距的减小甚至为负值，前轮外倾角产生的侧向力更易使车辆失稳。本文考虑车轮外倾角所产生的外倾侧向力，引用文献［1］中低附着路面得到的魔术公式研究在髙速、低附着的极限工况下由车轮外倾角对于车辆转向行驶稳定区域的影响。1车辆转向行驶动力学模型的建立如图1所示，将车辆转向行驶力学模型简化为2自由度平面模型，并在文献［1］的基础上考虑车轮外倾角，建立横向、横摆二自由度车辆转向行驶微分方程为根据图1,假设车辆向左转向，前轮会产生正的外倾角,而一般车辆后轮外