汽车理论大作业

1、汽车操纵稳定性分析（第6题）组长：陈达观 102214组员：周伯尧 102094组员：陈名扬 102122组员：韩明伟 102151组员：韦橙阳 1039892014/1/7目录：稳态响应篇3一、理论分析3二、绘制侧偏角、横摆角速度随车速变化的曲线3三、绘制方向盘转角随车速的变化曲线7瞬态响应篇8一、分析方法81. 时域分析82. 频域分析8二、分析过程81. 速度v对瞬态响应的影响82. 轮胎拖距对瞬态响应的影响133. 前轮侧偏刚度kf对瞬态响应的影响154. 后轮侧偏刚度kr对瞬态响应的影响175. 转向系统刚度ks对瞬态响应的影响196. 质量m对瞬态响应的影响217. 转动惯量I对瞬

2、态响应的影响238. 前后轴距比对瞬态响应的影响26题目给定参数：总质量18182绕Oz轴的转动惯量/kgm23885轴距/m3.408质心至前轴的距离/m1.463质心至后轴的距离/m1.585前轮总侧偏刚度（N/rad）62618后轮总侧偏刚度（N/rad）110185轮胎拖距/m50转向系绕主销的等效弹性系数9000驾驶员手、腕与转向盘之间的等效弹性系数0-60稳态响应篇一、 理论分析根据式4-19,4-20（吴光强主编汽车理论P142），有：当不考虑驾驶员手部刚度，只考虑转向系统刚度时：考察等速圆周运动是研究汽车转向性能的基本方法。汽车等速圆周运动时，带入4-19,4-20，解得：式中

3、，K（Stability factor）:我们定义极限速度Vc：依据以上的理论基础，研究并绘制方向盘转角固定时、随车速变化的曲线。二、 绘制侧偏角、横摆角速度随车速变化的曲线1. K>=<0时的wr-u曲线：首先定义参数：其中需要说明的是：我设定的固定转角：alpha0=0.5速度区间：0,20m/s假定的稳定性因数：k1=0.002;k2=0;k3=-0.01;其余参数均按照给定的整车参数。代入公式：USNSOS当转向盘转角固定时，具有NS特性的汽车横摆角速度和车速变化成正比；具有US特性的汽车横摆角速度随车速增大但不会超过某一定值；具有OS特性的汽车横摆角速度随车速急剧增大，存

4、在极限稳定速度Vc。2. K>=<0时的beta-u曲线：仍然首先定义参数：设定固定转角：alpha0=0.5速度区间：0,40m/s假定的稳定性因数：k1=0.002;k2=0;k3=-0.01;其余参数均按照给定的整车参数。代入公式：USNSOS结论：符合教材结论。无论汽车具有何种转向特性，质心侧偏角都随车速增加而减小；在某种程度上，都变为负值，并且绝对值增大；对于OS特性转向，存在稳定极限速度Vc。3. 根据本例中指定的车型参数绘制车速Wr与u的曲线图：仍然首先定义参数：我设定的固定转角：alpha0=0.5速度区间：0,15其余参数均按照给定的整车参数。代入公式：4. 根据

5、题目中指定的带有微小不足转向的车型的参数绘制bete与u的曲线图：仍然首先定义参数：设定固定转角：alpha0=0.5速度区间：0,15其余参数均按照给定的整车参数。代入公式：三、 绘制方向盘转角随车速的变化曲线转向半径一定时转向盘转角随车速变化瞬态响应篇一、 分析方法分析汽车各参数是如何影响瞬态响应的。1. 时域分析1) 由于在不同的参数下会有正负的变化，所以先定性分析其时域特性，再分析其评价指标。2) r用r/r0 t图线易于比较不同参数下响应的超调量，且不影响其它时域评价指标。3) 由于超调量和上升时间可以从曲线中直观地进行比较，所以作出瞬态响应曲线后，仅标出稳定时间。2. 频域分析利用

6、Bode图进行频域分析（仅标出共振峰）二、 分析过程1. 速度v对瞬态响应的影响1) 低速：10km/h - 50km/h高速：50km/h - 90km/h时域指标分析：根据图1，当v大于30km/h时，的稳态值为负，且t趋向于0时为正，说明转向盘角阶跃输入下，车头先向转弯圆外侧摆，然后再摆向转弯圆内侧。但随着v的增大，左右摆头幅度逐渐降低。超调量：低速时，超调量逐渐增大，v=50km/h的超调量最大，当v>50km/h后，超调量又从一较小值逐渐增大。稳定时间：随速度的增加，稳定时间逐渐增大。反应时间：v在10km/h - 50km/h之间，上升时间逐渐减小；当v>50km/h后

7、，反应时间又从一较高值逐渐减小。低速：10km/h - 50km/h高速：50km/h - 90km/h频域指标分析：稳态增益：随着v的增加，稳态增益先减小后增大。共振峰频率：低速时，先减小后增大；高速（40km/h - 90km/h）时，共振峰频率逐渐减小，在v=80 km/h后，共振峰频率基本不变。共振时的增幅比：，随着v的增加，共振增幅比先增大后减小，逐渐趋向1。f=0.1：随着v的增加，f=0.1逐渐减小，但当v>50km/h后，系统为非最小相位系统，相位滞后陡然增大。f=0.6：随着v的增加，f=0.6逐渐减小，但当v>50km/h后，系统为非最小相位系统，相位滞后陡然增

8、大。结论：高速时车辆的操纵稳定性较差。2) r低速：10km/h - 50km/h高速：50km/h - 90km/h时域指标分析：超调量：随着v的增加，超调量逐渐增加。稳定时间：随着v的增加，稳定时间逐渐增大。反应时间：随着v的增加，反应时间先增大后减小。低速：10km/h - 50km/h高速：50km/h - 90km/h频域指标分析：稳态增益：随着v的增加，稳态增益逐渐增加，趋于一定值。共振峰频率：随着v的增加，共振峰频率先减小后增大，在v=80 km/h后，共振峰频率基本不变。共振时的增幅比：随着v的增加，共振时的增幅比逐渐增大。f=0.1：随着v的增加，f=0.1逐渐减小。f=0.

9、6：随着v的增加，f=0.6逐渐增大。（高频时滞后增加）2. 轮胎拖距对瞬态响应的影响选择车速v=50km/h1) 时域指标分析：超调量：随着的增加，超调量增加。稳定时间：随着的增加，稳定时间不变。反应时间：随着的增加，反应时间略有减小。频域指标分析：稳态增益：随着的增加，稳态增益减小。共振峰频率：随着的增加，共振峰频率增加。共振时的增幅比：随着的增加，共振时的增幅比增加。f=0.1：随着的增加，f=0.1不变。f=0.6：随着的增加，f=0.6不变。2) r时域指标分析：超调量：随着的增加，超调量增加。稳定时间：随着的增加，稳定时间不变。反应时间：随着的增加，反应时间略有减小。频域指标分析：

10、稳态增益：随着的增加，稳态增益减小。共振峰频率：随着的增加，共振峰频率增大。共振时的增幅比：随着的增加，共振时的增幅比增大。f=0.1：随着的增加，f=0.1不变。f=0.6：随着的增加，f=0.6不变。结论：对瞬态响应的影响较小。3. 前轮侧偏刚度kf对瞬态响应的影响选择车速v=50km/h1) 时域指标分析：超调量：随着kf的增加，超调量逐渐增加。稳定时间：随着kf的增加，稳定时间逐渐减少。反应时间：随着kf的增加，反应时间逐渐减少。频域指标分析：稳态增益：随着kf的增加，稳态增益逐渐增大。共振峰频率：随着kf的增加，共振峰频率逐渐增大。共振时的增幅比：随着kf的增加，共振时的增幅比逐渐增

11、大。f=0.1：随着kf的增加，f=0.1逐渐减小。f=0.6：随着kf的增加，f=0.6逐渐减小。2) r时域指标分析：超调量：随着kf的增加，超调量基本不变。稳定时间：随着kf的增加，稳定时间逐渐减少。反应时间：随着kf的增加，反应时间逐渐减少。频域指标分析：稳态增益：随着kf的增加，稳态增益逐渐增大。共振峰频率：随着kf的增加，共振峰频率减小。共振时的增幅比：随着kf的增加，共振时的增幅比基本不变（1）。f=0.1：随着kf的增加，f=0.1逐渐减小。f=0.6：随着kf的增加，f=0.6逐渐减小。结论：由于e的存在，使kf对瞬态响应的影响较小，但总的来说，kf大一点好（只是r的共振峰频

12、率会因此变小，但可以通过调整其它参数来弥补）。4. 后轮侧偏刚度kr对瞬态响应的影响选择车速v=50km/h1) 定性分析：可以看出，随着kr的增大，的稳态增益由负变正。即较小的kr有增大车头向转向圆内侧摆头的趋势。时域指标分析：超调量：随着kr的增加，超调量减小。稳定时间：随着kr的增加，稳定时间逐渐减少。反应时间：随着kr的增加，反应时间逐渐减少。频域指标分析：稳态增益：随着kr的增加，稳态增益逐渐减小。共振峰频率：随着kr的增加，共振峰频率逐渐增大。共振时的增幅比：随着kr的增加，共振时的增幅比增大。f=0.1：当kr较小时，系统为非最小相位系统。随着kf的增加，f=0.1逐渐增大。f=

13、0.6：随着kr的增加，f=0.6逐渐增大。2) r时域指标分析：超调量：随着kr的增加，超调量基本相同。稳定时间：随着kr的增加，稳定时间先减小后增大。反应时间：随着kr的增加，反应时间逐渐减小。频域指标分析：稳态增益：随着kr的增加，稳态增益减小。共振峰频率：随着kr的增加，共振峰频率先增大后减小。共振时的增幅比：随着kr的增加，共振时的增幅比不变。f=0.1：随着kr的增加，f=0.1逐渐减小。f=0.6：随着kr的增加，f=0.6逐渐减小。结论：kr较小会增加车头向转弯圆内侧摆头的趋势，并伴随着较大的非最小相位系统引起的滞后。而过大的kr又会引起共振时的增幅比较大。因此kr大一点好，但

14、不能过大。5. 转向系统刚度ks对瞬态响应的影响选择车速v=50km/h1) 时域指标分析：不同的ks，瞬态响应曲线几乎重合，所以各时域指标也基本相同。频域指标分析：参考时域分析可知：频域指标中也仅有稳态响应有所不同，随着ks的增大，稳态增益逐渐增大，相位滞后减小。其它频域指标根据ks的不同几乎不产生变化。2) r时域指标分析：不同的ks，瞬态响应曲线几乎重合，所以各时域指标也基本相同。频域指标分析：分析与相同。结论：ks对瞬态响应的影响较小，较大的ks响应速度较快，共振峰频率也较大，所以ks大好。但由于ks小时稳定性较好（K小），所以ks不能过大。6. 质量m对瞬态响应的影响选择车速v=50

15、km/h1) 定性分析：可以看出，随着m的增大，的稳态增益由正变负。即较大的m有增大车头向转向圆内侧摆头的趋势。时域指标分析：超调量：随着m的增加，超调量增大。稳定时间：随着m的增加，稳定时间基本相同。反应时间：随着m的增加，反应时间先减小后增大。频域指标分析：稳态增益：随着m的增加，稳态增益先减小后增大。共振峰频率：随着m的增大，共振峰频率基本不变。共振时的增幅比：随着m的增加，共振时的增幅比先增大后减小。f=0.1：当m较大时，系统为非最小相位系统。随着m的增加，f=0.1逐渐减小。f=0.6：随着m的增加，f=0.6逐渐减小。2) r时域指标分析：超调量：随着m的增加，超调量逐渐增大。稳

16、定时间：随着m的增加，稳定时间先减小后增大。反应时间：随着m的增加，反应时间逐渐减少。频域指标分析：稳态增益：随着m的增加，稳态增益逐渐减小。共振峰频率：m较大时，共振峰频率较大。共振时的增幅比：随着m的增加，共振时的增幅比不变。f=0.1：随着m的增加，f=0.1逐渐减小。f=0.6：随着m的增加，f=0.6逐渐减小。结论：较小m,稳定时间，超调量和共振时的增幅比都较小，但会使共振峰频率过小；而较大的m虽有较大的共振峰频率，但的响应及r的快速性较差。选取m时应尽量取较小值，但不能过小。7. 转动惯量I对瞬态响应的影响选择车速v=50km/h1) 定性分析：可以看出，较大的I有增大车头向转向圆

17、内侧摆头的趋势。时域指标分析：超调量：随着I的增加，超调量逐渐增大。稳定时间：随着I的增加，稳定时间逐渐增大。反应时间：随着I的增加，反应时间逐渐减小。频域指标分析：稳态增益：随着I的增加，稳态增益基本不变。共振峰频率：随着I的增加，共振峰频率逐渐减小。共振时的增幅比：随着I的增加，共振时的增幅比逐渐增大。f=0.1：随着I的增加，f=0.1逐渐减小。f=0.6：随着I的增加，f=0.6逐渐增大。2) r时域指标分析：超调量：随着I的增加，超调量逐渐减小，但基本接近。稳定时间：随着I的增加，稳定时间逐渐增加。反应时间：随着I的增加，反应时间逐渐增加。频域指标分析：稳态增益：随着I的增加，稳态增

18、益基本不变。共振峰频率：随着I的增加，共振峰频率逐渐减小。共振时的增幅比：随着I的增加，共振时的增幅比基本不变。f=0.1：随着I的增加，f=0.1逐渐增大。f=0.6：随着I的增加，f=0.6逐渐增大。当v=20km/h时，的Bode图如下可见，车速较小时，若I较小，的共振峰频率较低，不利于操纵稳定性。结论：转动惯量越小，较高车速时的操纵稳定性越好，但低速时的操纵稳定性变差。因此，转动惯量应尽可能小，但不能过小。8. 前后轴距比对瞬态响应的影响保证轴距不变，改变前后轮轴距比选择车速v=50km/h1) 时域指标分析：超调量：随着轴距比的减小，超调量逐渐减小。稳定时间：随着轴距比的减小，稳定时间逐渐减小。反应时间：随着轴距比的减小，反应时间逐渐增加。频域指标分析：稳态增益：随着轴距比的减小，稳态增益逐渐增大。共振峰频率：随着轴距比的减小，共振峰频率略有减小。共振时的增幅比：随着轴距比的减小，共振时的增幅比减小。f=0.1：随着轴距比的减小，f=