汽車轉(zhuǎn)向與操縱動力學(xué)

汽車轉(zhuǎn)向與操縱動力學(xué)第1頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄4.1

汽車轉(zhuǎn)向與操縱動力學(xué)綜述4.1.1汽車轉(zhuǎn)向和操縱穩(wěn)定性定義4.1.2轉(zhuǎn)向和操縱動力學(xué)研究內(nèi)容4.2汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力學(xué)4.2.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等效動力學(xué)模型4.2.2汽車轉(zhuǎn)向行駛動力學(xué)方程4.3汽車操縱動力學(xué)4.3.1汽車操縱穩(wěn)定性的研究方法與內(nèi)容4.3.2汽車操縱穩(wěn)定性模型建立的坐標系4.3.3兩自由度模型的操縱穩(wěn)定性分析4.3.4二自由度操縱穩(wěn)定性仿真參數(shù)第2頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.汽車轉(zhuǎn)向性能

汽車轉(zhuǎn)向性能是指汽車能遵循駕駛者轉(zhuǎn)向盤的輸入,通過轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向車輪給定的方向,按預(yù)定軌跡行駛的能力。

4.1汽車轉(zhuǎn)向與操縱動力學(xué)概述2.汽車操縱穩(wěn)定性

駕駛員不感到過度緊張、疲勞的條件下，汽車能遵循駕駛者通過轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向車掄給定的方向行駛，且遇到外界干擾時，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力，汽車的這種性能稱為操縱穩(wěn)定性。4.1.1汽車轉(zhuǎn)向和操縱穩(wěn)定性定義第3頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1.2轉(zhuǎn)向和操縱系統(tǒng)動力學(xué)研究內(nèi)容

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力學(xué)汽車操縱動力學(xué)

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等效動力學(xué)模型汽車操縱穩(wěn)定性模型建立與坐標系

汽車轉(zhuǎn)向動力學(xué)方程基于兩自由度模型的操縱穩(wěn)定性分析轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對汽車轉(zhuǎn)向性能的影響汽車操縱穩(wěn)定性的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)響應(yīng)

汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）汽車操縱穩(wěn)定性的頻率響應(yīng)特性第4頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月表4-1汽車操縱性和穩(wěn)定性的基本內(nèi)容及評價參量基本內(nèi)容評價參量操縱性轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益—轉(zhuǎn)向靈敏度﹑前﹑后輪側(cè)偏角之差﹑轉(zhuǎn)向半徑的比﹑靜態(tài)儲備系數(shù)。轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)橫擺角速度波動的固有頻率﹑阻尼比﹑反應(yīng)時間﹑達到第一峰值的時間。橫擺角速度頻率響應(yīng)特性共振峰頻率﹑共振時振幅比﹑相位滯后角﹑穩(wěn)態(tài)增益。轉(zhuǎn)向盤中間位置時的操縱穩(wěn)定性轉(zhuǎn)向靈敏度﹑轉(zhuǎn)向盤力特性—轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩梯度﹑轉(zhuǎn)向功靈敏度。轉(zhuǎn)向輕便性轉(zhuǎn)向力﹑轉(zhuǎn)向功。轉(zhuǎn)彎半經(jīng)最小轉(zhuǎn)彎半經(jīng)。直線行駛性轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角（維持直線行駛所需的轉(zhuǎn)向盤累計轉(zhuǎn)角）。典型行駛工況（蛇行﹑移線﹑雙移線—回避障礙）性能轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角﹑轉(zhuǎn)向力﹑側(cè)向加速度﹑橫擺角速度﹑側(cè)偏角﹑車速等。極限行駛能力極限側(cè)向加速度﹑極限車速。穩(wěn)定性回正性回正后剩余橫擺角速度與剩余橫擺角﹑達到剩余橫擺角速度的時間。直線行駛性（側(cè)向風敏感性、路面不平敏感性）側(cè)向偏移。第5頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.2汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力學(xué)4.2.1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等效動力學(xué)模型圖4-1汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)圖4-2繞轉(zhuǎn)向主銷的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等效動力學(xué)模型等效轉(zhuǎn)化第6頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月當汽車行駛時,若給轉(zhuǎn)向盤某一角度，則轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生的側(cè)偏力將繞轉(zhuǎn)向主銷形成回正力矩，如圖4-3：圖4-3轉(zhuǎn)向側(cè)偏力繞轉(zhuǎn)

向主銷的回正力矩轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪繞轉(zhuǎn)向主銷的等效動力學(xué)方程式：第7頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖4-4汽車在地面固

定坐標系中的運動描述質(zhì)心速度

C點加速度汽車質(zhì)心側(cè)偏角4.2.2汽車轉(zhuǎn)向行駛動力學(xué)方程第8頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-5單位向量的時間微分4.2.2汽車轉(zhuǎn)向行駛動力學(xué)方程代入(1)(2)(1)、(2)可分別改寫為第9頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4-6a)車輪側(cè)偏力

汽車在水平面內(nèi)的運動汽車運動方程式當V一定時,有第10頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月汽車在水平面內(nèi)的運動4-6b)車輪速度各車輪側(cè)偏角為：第11頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月前后輪的左右輪側(cè)偏角分別相等，可表示為：第12頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖4-7四輪汽車的等效二輪模型前后車輪被分別集中于汽

車前后軸中點而構(gòu)成一假

想二輪車。運動方程式設(shè)前后輪側(cè)偏剛度分

別為kf、kr，則有：第13頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)過整理后得到研究汽車操縱穩(wěn)定性的基本方程式：（4-15）（4-16）第14頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3.1汽車操縱穩(wěn)定性的研究方法與內(nèi)容圖4-8人—汽車閉環(huán)系統(tǒng)框圖4.3汽車操縱動力學(xué)第15頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.3.2汽車操縱穩(wěn)定性模型建立的坐標系4.3.2.1輪胎與車輪的坐標系圖4-9輪胎與車輪軸坐標系第16頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.3.2.2車輛的坐標系圖4-10車輛坐標系第17頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.3.2.3慣性、車輛及中間坐標系

說明：Z軸平行于ZE軸X軸位于包含XV軸的鉛垂平面內(nèi)XE軸與X軸的夾角為ψ圖4-11慣性、車輛及中間坐標系第18頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3.3基于兩自由度模型的操縱穩(wěn)定性分析將轉(zhuǎn)向角δ作為控制輸入，因此可以將方程寫成下面的狀態(tài)空間形式

則可得

4.3.3.1

汽車兩自由度模型的狀態(tài)空間表達第19頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.3.3.2

汽車操縱穩(wěn)定性的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)

在穩(wěn)態(tài)情況下，可以結(jié)合車輛的過度轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向特性來進行解釋：1）質(zhì)心側(cè)偏角如果用質(zhì)心側(cè)偏角表示汽車操縱穩(wěn)定性的穩(wěn)態(tài)特性，則可得到第20頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-12汽車質(zhì)心側(cè)偏角的穩(wěn)態(tài)特性

第21頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月2)質(zhì)心側(cè)偏角增益

圖4-13質(zhì)心側(cè)偏角增益與車速的關(guān)系第22頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-14汽車前輪轉(zhuǎn)角的穩(wěn)態(tài)特性3)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角第23頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3.3.3汽車操縱穩(wěn)定性的瞬態(tài)響應(yīng)1）用橫擺角速度表示設(shè)系統(tǒng)的輸入δ為階躍形式，根據(jù)二自由度的汽車運動微分方程，可以寫成以為變量的形式，通常寫作

圖4-15橫擺角速度時域內(nèi)響應(yīng)（車速20m/s）第24頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月如用質(zhì)心側(cè)偏角增益表示，則可得傳遞函數(shù)為：

圖4-16車速20m/s下不同K值的質(zhì)心側(cè)偏角時間歷程

2）用質(zhì)心側(cè)偏角增益表示第25頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.3.4二自由度操縱穩(wěn)定性仿真參數(shù)表4-3

某車型