汽车线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应.ppt

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,2,一、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ay0.4g，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。,3,x,y,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,4,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,5,上式除以t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,6,考虑到角较小,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,7,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,8,由于,整理后得二自由度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,9,代入运动微分方程式得,1.稳态响应,稳态时r为定值,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,二、前轮角阶跃输入下汽车的稳态响应等速圆周行驶,10,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,11,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,12,L,R0,u,O,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,13,由于K0，所以RR0且uR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K0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,14,横摆角速度增益比中性转向时要大。,由,R0,由于k11，汽车具有不足转向特点；,K1，称为大阻尼，r（t）单调上升；r（t）趋于r0，但当u，r趋于无穷大；=1，称为临界阻尼，r（t）单调上升趋于r0；1，称为小阻尼，r（t）是一条收敛于r0的减幅正弦曲线。,当以后，汽车不稳定,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；当汽车为过多转向，且为负值时，就可能为负值，r（t）发散，汽车不稳定。,第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应,的车速称为临界车速,47,第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应,四、横摆角速度频率响应特性,一个线性系统，当输入为一正弦函数，达到稳定状态时的输出也为具有相同频率的正弦函数，但两者的幅值不同，相位也要发生变化。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。两者统称为频率特性。,48,对上式进行傅里叶变换，得,第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应,频率响应函数为,的傅里叶变换；,的傅里叶变换。,49,第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应,幅频特性为,相频特性为,50,第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应,51,1）频率为零时的幅值比，即稳态增益（图中以a表示）；,第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应,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；