汽车理论---第五章 汽车操纵稳定性(5.3).ppt

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1、第五章汽车的操纵稳定性本节将首先建立线性二自由度汽车模型，在此基础上，分析汽车的稳态响应特性、瞬态响应特性和频率响应特性。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应返回目录一、线性二自由度汽车模型运动微分方程1.建模中假设2）忽略悬架的作用；车身只作平行于地面的平面运动，绕z轴的位移、绕y轴的俯仰角和绕x轴的侧倾角均为零，且；3）汽车前进速度不变。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应思考：车辆坐标系中，汽车共有多少个自由度？在上述假设下，汽车被简化为只有侧向和横摆两个自由度的两轮汽车模型。1）忽略转向系统的影响，直接以前轮转角作为输入；假定汽车ay≤0.4g，

2、轮胎侧偏特性处于线性范围内；不计地面切向力FX、外倾侧向力、回正力矩TZ、垂直载荷的变化对轮胎侧偏刚度的影响。xy第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应2.两轮汽车模型及车辆坐标系确定汽车质心（绝对）加速度在车辆坐标系的分量ax和ay。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应3.运动学分析沿Ox轴速度分量的变化为上式除以Δt并取极限得考虑到很小并忽略二阶微量同理可得第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应考虑到δ角较小4.二自由度汽车动力学分析第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应质心侧偏角第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应由于整理后得二自由度

3、汽车运动微分方程式第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应1）稳态响应的评价指标：稳态横摆角速度增益或转向灵敏度二、前轮角阶跃输入下汽车的稳态响应—等速圆周行驶代入运动微分方程式得1.稳态响应消去v第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应称为稳态横摆角速度增益，也称转向灵敏度。K—稳定性因数。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应R与u无关，汽车具有中性转向的特性。1）中性转向当K=0时，由第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应2.稳态响应的三种类型LδδR0uO当汽车低速转向时，离心力很小，FY1和FY2也很小。中性转向汽车的转向半径R等于汽车以极

4、低车速转向（忽略侧偏角）时的转向半径R0。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应当汽车以很低的速度和/或很大转向半径行驶时，侧偏角很小，即则有由于K>0，所以R>R0且u↑→R↑汽车具有不足转向特性横摆角速度增益为与轴距L相等的中性转向汽车横摆角速度增益的一半。称为特征车速。当不足转向量增加时，K增大，特征车速降低。2）不足转向当K＞0时，由横摆角速度增益比中性转向时要小。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应特征车速横摆角速度增益比中性转向时要大。由R

5、应当车速为这意味着很小的前轮转角将产生极大的横摆角速度，汽车将发生激转而侧滑或侧翻。由于过多转向汽车有失去稳定性的危险，汽车应具有适度的不足转向特性。称为临界车速。临界车速越低，过多转向量越大。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应临界车速第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应4）汽车的稳态横摆角速度增益曲线如果K>0由于k1<0,k2<0

6、k1

7、↓,

8、k2

9、↑,b↑,a↓,不足转向量越大。奔驰CLK跑车：前轮205/55R16，后轮225/50R16。前205、后225的轮胎组合，使得前轮的侧偏刚度小于后轮，有利于营造不足转向特性。第三节线性二自由度汽车模型对

10、前轮角输入的响应5）影响稳定性因数K的因素过多转向汽车车速达到临界车速时将失去稳定性。因为只要一个很小的转角，横摆角速度增益r/就趋于无穷大。因为假设纵向速度为优先值，根据纵向速度与角速度的关系可知，汽车的转向半径极小，这样汽车必定发生激转而发生侧滑或侧翻。过多转向特性的问题1）前、后轮侧偏角绝对值之差α1-α2由于ay与FY1/k1（即α1）、FY2/k2（即α2）符号相反，当α1、α2取绝对值时，ay也取绝对值K>0，不足转向K=0，中性转向K<0，过多转向第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应3.几个表征稳态响应的参数由当汽车以极低车速行驶时当u提高后，

11、如果汽车具有不足转向特性汽车具有过多转向特性第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应思考：如何得到？已知u、ωr、δ即可确定。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应K=0，R/R0=1，汽车具有中性转向特点；K>0，R/R0>1，汽车具有不足转向特点；K<0，R/R0<1，汽车具有过多转向特点。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应2）转向半径的比R/R0已知转向半径比值转向半径的比值R/R0曲线第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应转