汽车理论--操纵稳定性

1、 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司 预备知识预备知识 汽车转向系的功能、组成、构造及工作原理。中心思想中心思想 首先介绍操纵稳定性的基本概念（评价指标、轮胎侧偏特性），然后分析简单模型的时域响应，最后指出悬架、转向系、传动系对操纵稳定性的影响。 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司引引 言言 1. 1. 操纵稳定性操纵稳定性 2. 2. 操纵稳定性涉及工况操纵稳定性涉及工况 3. 3. 操纵稳定性的重要性操纵稳定性的重要性 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司第一节第一节 概述概述 思考题 如何判断汽车操纵稳定性好坏？如何判断汽车操纵稳定性好坏？ 本节应掌握的内容 1. 1.

2、操纵稳定性的评价指标。操纵稳定性的评价指标。 2. 2. 车辆坐标系。车辆坐标系。 3. 3. 稳态转向特性。稳态转向特性。 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司一、基本内容一、基本内容 1时域响应 2频域响应 3回正性 4转向半径 5转向轻便性 6直线行驶性 7典型行驶工况 8极限行驶工况 9转向盘中间位置操纵稳定性 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司二、车辆坐标系与时域响应二、车辆坐标系与时域响应1车辆坐标系 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司二、车辆坐标系与时域响应二、车辆坐标系与时域响应2时域响应 Steady stateTransient stat 3稳态响应特性 不

3、足转向不足转向 中性转向中性转向 过多转向过多转向 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司二、车辆坐标系与时域响应二、车辆坐标系与时域响应 4瞬态响应特性 反应时间反应时间 、 超调量超调量 波动频率波动频率 稳定时间稳定时间 %1000rrsT20%105% 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司三、人三、人车闭路系统车闭路系统1.开路（环）系统 2.闭路（环）系统 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司第一节第一节 概述概述四、汽车实验的两种评价方法 1 1实车试验实车试验/ /驾驶模拟器驾驶模拟器 2 2客观评价客观评价/ /主观评价主观评价五、时频响应的评价指标 1方向盘角阶跃输

4、入下的稳态响应 （1 1） 增益曲线增益曲线 （2 2） 增益增益 （3 3）稳定性因数）稳定性因数 asru_srK 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司五、时频响应的评价指标五、时频响应的评价指标 2方向盘角阶跃输入下的瞬态响应 （1 1） 或或 曲线曲线 （2 2）反应时间）反应时间 （3 3）衰减圆频率）衰减圆频率 3横摆角速度频率响应特性 （1 1）共振峰频率）共振峰频率f f （2 2）1 1 HzHz时的相位滞后角时的相位滞后角 trtrr%1000T 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司第二节第二节 轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏特性一、基本概念一、基本概念 二、轮胎坐标系二

5、、轮胎坐标系 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司三、侧偏现象三、侧偏现象/ /侧偏曲线侧偏曲线1侧偏力侧偏力车轮中心车轮中心 沿沿Y轴方向作用有轴方向作用有 侧向力侧向力 yF 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司2侧偏现象侧偏现象车轮行驶方向偏离车轮平面的方向。车轮行驶方向偏离车轮平面的方向。 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司3 3侧偏力侧偏力侧偏角曲线侧偏角曲线 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司四、侧偏特性的影响因素四、侧偏特性的影响因素 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司四、侧偏特性的影响因素四、侧偏特性的影响因素 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司

6、四、侧偏特性的影响因素四、侧偏特性的影响因素 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司四、侧偏特性的影响因素四、侧偏特性的影响因素 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司四、侧偏特性的影响因素四、侧偏特性的影响因素 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司四、侧偏特性的影响因素四、侧偏特性的影响因素 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司 五、回正力矩五、回正力矩 eFT 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司五、回正力矩五、回正力矩 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司五、回正力矩五、回正力矩 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司一、数学模型一、数学模型 1假设前轮转角输入前轮

7、转角输入 平面运动平面运动线性轮胎线性轮胎 两轮摩托车。两轮摩托车。 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司一、数学模型一、数学模型 2模型 rzrrrI 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司二、稳态响应二、稳态响应1稳态响应 稳态时：稳态时： const， 则线、角加速度均为零。则线、角加速度均为零。解方程可得稳态横摆角速度增益，即转向灵敏度：解方程可得稳态横摆角速度增益，即转向灵敏度： 其中其中 稳定性因数（稳定性因数（s2m-2） r2212211KuLuukbkaLmLusrK 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司二、稳态响应二、稳态响应2稳态响应的三种类型 K=0 中性转向

8、：中性转向： K0 不足转向：不足转向： ，特征车速，特征车速 K0 过多转向：过多转向： ，临界车速，临界车速LusrLusrLusrKuch1K 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司二、稳态响应二、稳态响应2稳态响应的三种类型 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司二、稳态响应二、稳态响应 2稳态响应的三种类型 汽车应具有适度的不足转汽车应具有适度的不足转向特性？向特性？ 前轮转角：前轮转角： 转向半径：转向半径：RLLR 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司二、稳态响应二、稳态响应3表征稳态响应的参数（1） 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司二、稳态响应二、稳态响应3表征

9、稳态响应的参数 （2）转向半径的比值）转向半径的比值 当当 时，时， 0LR 00222111RKuLKuKuLuuuRr0RR 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司三、瞬态响应三、瞬态响应1 瞬态响应： （1）推导）推导 瞬态时，二自由度方程的两个未知数可以是瞬态时，二自由度方程的两个未知数可以是 和和 ，通过消元法消去，通过消元法消去 ，得到，得到 的一元二阶常系的一元二阶常系数微分方程。数微分方程。 由常微分方程的性质或解法由常微分方程的性质或解法先得到其通解和特先得到其通解和特解，最后得到正常汽车（小阻尼）的解，最后得到正常汽车（小阻尼）的

10、 。 rrr tr tCeB 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司或或 teAteAB 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司三、瞬态响应三、瞬态响应（2）表征瞬态品质好坏的参数）表征瞬态品质好坏的参数 a)固有圆频率固有圆频率 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司三、瞬态响应三、瞬态响应（2）表征瞬态品质好坏的参数）表征瞬态品质好坏的参数 b)阻尼比阻尼比 c)反应时间反应时间 d)峰值反应时间峰值反应时间 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司三、瞬态响应三、瞬态响应2 瞬态响应的稳定条件 ： （1） 时，只要时，只要 就收敛。就收敛。 （2） 时，时， 应为正值，即应为正值，

11、即 。 过多转向汽车，过多转向汽车， 的车速为临界车速的车速为临界车速 。 ，不稳定。，不稳定。 ，与稳态响应的临界车速是一样的。，与稳态响应的临界车速是一样的。 r10120020020cru020cruuK 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司四、频率响应特性四、频率响应特性1 频率响应特性 ：幅频特性、相频特性幅频特性、相频特性2富氏变换： rsw ffA汽汽汽车车车012002BBrrr 0120022BjBjjrrr 0120022BjB 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司四、频率响应特性四、频率响应特性2富氏变换： 式中式中 的富氏变换。的富氏变换。 的富氏变换。的富氏变换。 频率响应函数：频率响应函数： r tr t jCBjBjBjH 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司四、频率响应特性四、频率响应特性2富氏变换： 幅频特性： 要求共振频率高些，通频带宽些，以保证操纵平稳。 相频特性： 要求相位差小些，以保证反映灵敏。 22CBA BC 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司 长安汽车股份有限公司长安汽车股份有限公司四、频率响应特性四、频率响应特性3评价汽车操纵稳定性的5个参数 （1） ，即稳态增益，即稳态增益，a 。 （2）共振峰频率）共振峰频率