lecture05汽车操纵动力学

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1、主讲：王文林教授南昌大学机电工程学院------车辆工程技术研究中心汽车操纵动力学汽车操纵稳定性的定义定义：在驾驶员不感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽车能按照驾驶员通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当受到外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。意义：操纵方便性高速安全性行驶方向：直线转弯干扰：路不平侧风货物或乘客偏载汽车系统坐标系及运动形式输入：转向盘角度输入响应：时域响应、频域响应。汽车操纵稳定性输入、输出汽车时域响应分为稳态响应和瞬态响应。1、转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应：等速直线行驶，急剧转动转向盘，然后维持转角不变，即对汽车施以转向盘角阶跃输入，汽

2、车经短暂的过渡过程后进入等速圆周行驶工况。2、转向盘角阶跃输入下的瞬态响应：等速直线行驶和等速圆周行驶两个稳态运动之间的过渡过程所对应的瞬间运动响应。汽车系统时间域的响应：汽车系统时间域的响应：稳态响应特性分类：不足转向、中性转向、过度转向。转向盘保持一个固定转角不变，缓慢加速或以不同车速等速行驶时，不足转向的汽车转向半径逐渐增大，中性转向的汽车转向半径不变，而过度转向的汽车转向半径逐渐减小。汽车系统时间域的响应：驾驶员---汽车闭环系统汽车时域响应：把汽车作为开环控制系统的控制特性。驾驶员－汽车系统闭环控制系统：在汽车行驶过程中，驾驶员根据需要，操纵转向盘使汽车做转向

3、运动。路面的凹凸不平、侧风、偏载等干扰因素会影响汽车的行驶。驾驶员则根据道路、交通等情况，通过眼、手及身体感知的汽车运动状况（输出参数），经过头脑的分析、判断（反馈），修正其对转向盘的操纵。如此不断地反复循环，使汽车能稳定行驶。驾驶员---汽车闭环系统汽车操纵稳定性的评价方法1、客观评价法：通过道路试验，用测试仪器测量转向时的汽车系统的物理参数。试验项目：(1)、蛇形试验：评价汽车的随动性、收敛性、方向操纵轻便性和事故可避性等。(2)、转向瞬态响应试验(转向盘转角阶跃输入)：评价汽车的动态特性。(3)、转向瞬态响应试验(转向盘转角脉冲输入)：评价汽车的动态特性。(4)、

4、转向回正性能试验：评价汽车从曲线行驶自行回复到直线行驶的过渡过程和能力。(5)、转向轻便性试验：通过测定汽车在低速大转角时的转向轻便性，来评价驾驶员操纵汽车转向盘的轻重程度。(6)、稳态回转试验。(固定转向盘转角连续加速、定转弯半径法等。)汽车操纵稳定性的评价方法常用测试仪器：(1)、五轮仪或非接触式车速仪：测定车速、时间。(2)、转向盘测力计：转向盘作用转矩、转角。(3)、加速度计：测定汽车作曲线行驶时的侧向和纵向加速度。(4)、角速度陀螺仪：汽车横摆角速度。(5)、垂直陀螺仪：汽车车身侧倾角、俯仰角。(6)、现场数据处理系统。2、主观评价法：凭借主观感觉的评价。如转

5、向盘阶跃输入下进入的稳态响应等。轮胎坐标系、侧偏特性侧偏特性：侧偏力、回正力与侧偏角的关系。侧偏现象、侧偏力、侧偏角、侧偏特性侧偏现象、侧偏力、侧偏角、侧偏特性保证汽车具有良好的操纵稳定性要求：轮胎具有较大的侧偏刚度和侧偏力，这样汽车的极限性能越好。譬如按圆周行驶的极限侧向加速度就越高。侧偏现象、侧偏力、侧偏角、侧偏特性最大侧偏力的影响因素1、附着条件及垂直载荷FZ2、轮胎胎面花纹、材料、结构、充气压力3、路面材料、结构、潮湿程度4、车轮外倾角轮胎结构、工作条件与侧偏刚度1、尺寸↑的轮胎，k↑；2、子午线轮胎接地面宽，k大；3、钢丝比尼龙轮胎k大；4、扁平率：轮胎断面

6、高度与断面宽度之比H/B↓，k↑；5、在一定范围内，载荷↑（FZ↑），k↑。但载荷↑太大时，k↓；6、轮胎充气压力↑，k↑；7、行驶车速对k影响较小；8、潮湿特别在积水时，k↓很大。轮胎结构、工作条件与侧偏特性轮胎结构、工作条件与侧偏特性一定侧偏角下，驱动力或制动力增加时，侧偏力逐渐有所减小，这是由于轮胎侧线弹性有所改变的所至。当纵向力相当大时，侧偏力显著下降。接近附着极限时，切向力已耗去大部分附着力，而侧向力能利用的附着力很小。附着椭圆回正力矩回正力矩轮胎外倾角对侧偏力的作用轮胎外倾角对侧偏力的作用线性二自由度汽车模型的运动微分方程☆忽略转向系的影响，以前轮转角作为输

7、入；☆汽车只进行平行于地面的平面运动，而忽略悬架的作用；☆汽车前进（纵轴）速度不变，只有沿y轴的侧向速度和绕z轴的横摆运动(ay<0.4g)；☆驱动力不大，对侧偏特性无影响；☆忽略空气阻力；☆忽略左右轮胎因载荷变化引起轮胎特性的变化；☆忽略回正力矩的变化。线性二自由度汽车模型的运动微分方程线性二自由度汽车模型的运动微分方程Y向力平衡对质心取矩线性二自由度汽车模型的运动微分方程前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应—等速圆周运动稳态响应的评价指标：稳态横摆角速度增益或转向灵敏度。前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应—等速圆周运动稳态横摆角速度增益