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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,车辆操纵稳定性,轮胎侧偏特性,线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应,一、轮胎的侧偏特性,侧偏力,：当路面倾斜、曲线行驶离心力时，车轮中心沿,Y,方向作用一个侧向力，相应地地面产生一个侧向反作用力，称为侧偏力。,刚性轮情况,:,当车轮有侧向力作用时，当,F,Y,没有达到附着极限时，车轮与地面没有滑动，车轮仍沿自身平面,cc,的方向行驶。当,F,Y,达到附着极限时，车轮与地面有滑动，车轮有侧向行驶。,侧偏现象：,当车轮有侧向力作用时，,F,Y,没有达到附着极限，车轮行驶方向亦将偏离车轮平面的方向。轮胎接地印迹中心线与轮胎平面的夹角称为侧偏角。,侧偏力,：当路面倾斜、曲线行驶离心力时，车轮中心沿,Y,方向作用一个侧向力，相应地地面产生一个侧向反作用力，称为侧偏力。,侧偏现象：,当车轮有侧向力作用时，,F,Y,没有达到附着极限，车轮行驶方向亦将偏离车轮平面的方向。轮胎接地印迹中心线与轮胎平面的夹角称为侧偏角。,在曲线线性段：,轮胎的最大侧偏力取决于附着条件，即垂直载荷，轮胎花纹、材料、结构尺寸角等。,一般而言，最大侧偏力越大，汽车的极限性能越好。,侧偏现象：,当车轮有侧向力作用时，,F,Y,没有达到附着极限，车轮行驶方向亦将偏离车轮平面的方向。轮胎接地印迹中心线与轮胎平面的夹角称为侧偏角。,有侧偏现象时，轮胎印迹前端离车轮平面近，侧向变形小；后端变形大。地面微元侧向反作用力合力在接地印迹几何中心的后方，偏移的距离称为拖距,e,二、线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应,前轮角阶跃输入下进入的稳态响应,前轮角阶跃输入下的瞬态响应,横摆角速度频率响应特性,二、线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应,前轮角阶跃输入下进入的稳态响应,前轮角阶跃输入下的瞬态响应,横摆角速度频率响应特性,二、线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应,前轮角阶跃输入下进入的稳态响应,前轮角阶跃输入下的瞬态响应,横摆角速度频率响应特性,1,）忽略转向系统的影响，直接以前轮转角作为输入；,2,）忽略悬架的作用，车身只作平行于地面的平面运动；绕,y,轴的俯仰角和绕,x,轴的侧倾角均为零；,3,）汽车前进速度不变；,4,）轮胎的侧偏特性在线性范围内；,5,）假设驱动力不大，不考虑地面切向力对轮胎侧偏特性的影响，没有空气动力的作用，忽略左右车轮轮胎由于载荷变化而引起轮胎特性的变化以及回正力矩的作用。,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。,假设,2.1,二自由度汽车模型,二自由度汽车动力学分析,沿,y,轴的合力及绕,z,轴的合力矩为：,其中：,二自由度汽车动力学分析,由,其中，,沿,Oy,轴加速度：,稳态时横摆角速度,r,为定值,，即 、,联立两式消去,v,，可得稳态横摆角速度增益,2.2,前轮角阶跃输入下汽车的稳态响应,其中,16,K,的大小是与车辆自身的质量，车长，各轮胎侧偏刚度等因素相关的。,即横摆角速度增益与车速成线性关系，斜率为 ，,1,）中性转向,当,K,=0,时，由,稳态响应的三种类型,2,）不足转向,3,）过多转向,即横摆角速度增益与车速成线性关系，斜率为 ，,1,）中性转向,当,K,=0,时，由,稳态响应的三种类型,2,）不足转向,3,）过多转向,即当车速增加时，转向半径不会发生改变，这是一种理想的状态。,即横摆角速度增益会小于同等车速下中性转向的横摆角速度增益。,1,）中性转向,当,K,0,时，由,稳态响应的三种类型,2,）不足转向,3,）过多转向,称为特征车速，当,k,值增加，相应的特征车速将会降低,取到最大值,即横摆角速度增益会小于同等车速下中性转向的横摆角速度增益。,1,）中性转向,当,K,0,时，由,稳态响应的三种类型,2,）不足转向,3,）过多转向,即当车速增加时，转向半径会随车速增加而增大，这是实际应用中所追求的转向方式。,称为临界车速，临界车速越低，过多转向量越大。,即横摆角速度增益会大于同等车速下中性转向的横摆角速度增益。,1,）中性转向,当,K,0,时，由,稳态响应的三种类型,2,）不足转向,3,）过多转向,趋于无穷大,即横摆角速度增益会大于同等车速下中性转向的横摆角速度增益。,1,）中性转向,当,K0,，不足转向,K,=0,，中性转向,K,1,，,K,0,，,不足转向；,R/R0,1,，,K,0,，,过多转向,。,2,）转向半径的比,R/R0,1,）前、后轮侧偏角绝对值之差,1,-,2,3,）静态储备系数,S.M.,几个表征稳态响应的参数,中性转向点,汽车质心,静态储备系数,S.M.,：中性转向点到前轮的距离 与汽车质心到前轴距离,a,之差与轴距,L,之比。,中性转向,不足转向,过多转向,消去 得：,二自由度汽车运动微分方程式,2.3,前轮角阶跃输入下的瞬态响应,式中,：,式中,阻尼比,固有圆频率,前轮角阶跃输入：,讨论：汽车前轮角阶跃输入情况,即稳态横摆角速度,特解为：,对应的齐次方程为：,特征方程为：,由于正常的汽车都具有小阻尼的瞬态响应，当,1,时,由运动起始条件确定积分常数,C,、,A,1,、,A,2,在达到稳态的之前，是衰减的正弦函数，汽车的瞬态响应汽车二阶惯性环节特点：,时间上的滞后；,横摆角速度超调,；,横摆角速度的波动；,进入稳态要经历时间。,表征响应品质好坏的,4,个瞬态响应的参数,1,）固有圆频率,0,2,）阻尼比,3,）反应时间,4,）达到第一个峰值,r1,的时间,当,1,时，只要,为正值，就收敛，否则发散而不稳定。,式中,k,1,、,k,2,为负值，恒为正值。,当,1,时，齐次微分方程的解均,收敛而趋于,0,。,稳态响应的稳定条件,当,1,时，特征根必须为负值，齐次微分方程的解才收敛趋于,0,。,应为负值才收敛，即 应为正值。,的第二项恒为正，当车速很低时，它是很大的值，均为正值，,r,（,t,）收敛，汽车稳定；,随着车速的增加,，第二项越来越小；在过多转向条件下，就可能为负值，,r,（,t,）,发,散，汽车不稳定,的第一项为正,的第一项为负,不足转向时,过多转向时,在转向盘正弦输入下，频率由,0,时，汽车横摆角速度与转向盘的振幅比以及相位差的变化规律称为频率特性。,输出、输入的幅值比是频率,f,的函数，称为,幅频特性,。相位差也是,f,的函数，称为,相频特性,。,的傅里叶变换；,的傅里叶变换。,2.4,横摆角速度频率响应特性,幅频特性为,相频特性为,幅频特性反映了驾驶员以不同频率输入指令时，汽车执行驾驶员指令失真的程度。,相频特性反映了汽车横摆角速度 滞后于转向盘转角的失真程度。,幅频特性反映了驾驶员以不同频率输入指令时，汽车执行驾驶员指令失真的程度。,1,）频率为零时的幅值比，即稳态增益（图中以,a,表示）；,评价横摆角速度频率响应的五个参数,）共振峰频率,fr,，,fr,值越高，操纵稳定性越好；,）共振时的增幅比,b/a,，,b/a,应小一点；,）,f=0.1Hz,时的相位滞后角，,这个数值应该接近于零；,），,f=0.6Hz,时的相位滞后角，其数值应当小些。,
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