车辆动力学操纵动力学

1、车辆动力学-操纵动力学北京科技大学USTB沿ox轴速度分量的变化，可投影计算得（当角度很小时）前后轮的侧偏角：将前后侧偏角待遇汽车受力方程，得：前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应等速圆周运动1 稳态响应的评价指标：稳态横摆角速度增益或转向灵敏度稳态响应的三种类型过度转向Over-Steering不足转向Under- Steering中性转向Neutral-Steering当汽车以很低的速度和/或很大转向半径行驶时，侧偏角很小，即则有特征车速临界车速1. 基本操纵模型最简单的车辆操纵模型：纵向运动，侧向运动和横摆运动轮胎纵向力：驾驶员通过加速踏板和变速机构控制驱动力大小，通过制动系统来控制制动力

2、；轮胎侧向力：通过转向系统控制轮胎的侧向力基本操纵模型单轨操纵动力学模型：不考虑轮胎的左右载荷转移坐标系： 车身上具有加速度的随动坐标系，惯性参考基G(g1,g2,g3),随动坐标A（a1,a2,a3)车辆的三个自由度：前进速度u, 侧向速度v，横摆角速度r坐标系A与G的变换：系统的运动方程：牛顿第二定律将轮胎的侧向力代入：轮胎侧偏角：系统的状态方程拉格朗日方程拉格朗日函数T：系统的动能U：系统的势能qa：广义坐标说明：拉格朗日方程是力学系统的基本运动方程。运动方程 在牛顿力学中为牛顿第二定律，在分析力学中为拉格 朗日方程。牛顿方程：矢量方程；拉格朗日方程：标 量方程。分析力学中，特征函数为拉

3、格朗日函数；牛顿力学中， 特征函数为力。 ：标量函数 给出力学体系的坐标和速度就能完全确定经典力学 体系的状态。 不再仅限于直角坐标、正交曲线坐标(如球坐标)， 在此为广义坐标。很多情况下，由拉格朗日方程得到的关于广义坐标的 运动微分方程是二阶非线性的，求解很困难。 采用拉格朗日方法推导由于系统变量是速度而不是位移，需要特殊形式的拉格朗日方程。系统的动能和广义力：2. 操纵特性分析稳态响应分析：前进速度和转向角均为定值稳定性分析：直线行驶条件下，车辆持续受到小的干扰，使其偏离本身平衡状态的程度。频率响应分析：车辆在转向角为正弦输入下的响应操纵特性分析稳态响应分析：设动态项为0横摆角速度稳态响应

4、增益：稳态横摆角速度和侧向加速度分别为该式适用于： 车速极低，且无侧偏角转向曲率不足转向参数：稳定性分析：观察小干扰下的瞬态响应特性无转向输入下系统的状态方程：其解具有形式：特征方程（特征根）稳定性分析：李亚普诺夫稳定性 ：指对系统平衡状态为稳定或不稳定所规定的标准。 李亚普诺夫意义下稳定性的含义a 稳定 b 渐进稳定 c 不稳定李亚普诺夫稳定性判定方法 解系统的微分方程式，然后根据解的性质来判断系统的稳定性，或根据特征方程根的情况来判定稳定性，。对于系统来说，如果系统矩阵A的特征值全部位于复平面的左半部，即系统矩阵特征值的实部全部为负，则系统是稳定的；只要有一个特征值的实部大于0，则系统不稳

5、定，如果只有一个（或一对，且均不能是重根）特征值的实部等于0，其余特征值均小于0，则系统是李亚普诺夫意义下稳定的。 特征方程（特征根）特征方程的解有两种形式：（特征根）只要有一个特征值的实部大于0，则系统不稳定，如果只有一个（或一对，且均不能是重根）特征值的实部等于0，其余特征值均小于0，则系统是李亚普诺夫意义下稳定的。稳定性分析特征根至原点的距离表示系统无阻尼固有频率；特征根的虚部为阻尼固有频率；特征矢量与虚轴之间夹角的正弦为阻尼比频率响应分析转向输入下系统的状态方程：系统的输入U：方程的解：系统可表示为频域下的形式：H为系统的传递矩阵频率响应分析系统的单输入：侧向速度和横摆角速度：传递函数

6、：系统的方程：频率响应分析传递函数的形式：单位转向角引起的侧向速度增益及相位移；单位转向角引起的横摆角速度增益和相位移频率响应分析横摆角速度和侧向加速度为重要的输出参数。零频率-稳态响应车辆参数为操纵性的影响稳定裕度车辆的质心位置：轮胎垂直载荷也会随之变化，影响轮胎侧偏角。轮胎侧偏刚度：可调节胎压载荷的轴向转移：车轮外倾角的影响变形转向载荷的轴向转移：通过车辆前、后悬架侧倾刚度的匹配关系来控制载荷转移。侧倾刚度受悬架弹簧体现的主悬架刚度和一些附加因素（横向稳定杆）的综合影响。3.基本操纵模型的扩展扩展的因素包括：簧载质量的侧倾自由度车轮转动效应转向系统变形的影响悬架运动学效应变形转向效应操纵模

7、型三个坐标系: 地面惯性基G;车辆随动参考基A; 车身运动参考基B基于拉格朗日方程的操纵模型拉格朗日方程动能：簧载质量， 平动动能： 转动动能：前、后非簧载广义力：广义力取决于参考侧倾轴高度的转矩轮胎位移：车身侧倾转矩的广义力：车辆行驶速度恒定，导出侧向速度，横摆角速度和车身侧倾角的三个微分方程：轮胎侧向力相对侧偏角和垂直载荷呈线性关系：车轮转动效应对车轮很大的非公路车，车轮的转动效应对车辆的动态特性影响较显著。三个自由度：绕x轴的外倾；绕y轴的转动；绕z轴的转向运动车轮轮心的位置矢量：车轮的转动动能：转向系统的影响实际的转向系统，当系统输入以角位移或转矩的形式施加于转向盘，并假设转向盘转角与

8、车轮转角比值i为恒定。前轮的转向转动动能；转向柱的势能；转向系统的耗散能；广义力：转向系统的运动方程：轮胎侧向力和回正力矩与侧偏角的关系：悬架运动学车身侧倾引起车轮定位参数的变化：绕z轴转动的车轮转向角；绕x轴转动的车轮外倾角；沿y轴方向的轮胎接地印迹侧向位移悬架系数“车身侧倾角较小时，各变量的变化对其的偏导数悬架运动学侧倾转向附加转向角：前轮胎侧偏角（前轮转向角包括两部分）前轮的横摆角速度：悬架运动学车身侧倾角产生的附加车轮外倾角：考虑由此引起的轮胎侧偏角的变化：变形转向变形转向：悬架导向杆系变形所引起的车轮转向角的变化。该附加的变形转向角由轮胎侧向力通过悬架变形的作用而产生的。变形转向角：轮胎侧向偏移量：变形转向转向系统的建模：通过变速机构与转向横拉杆和转向垂臂先练的转向柱（传动比 ）通过转向横拉杆和转向臂与前轮相连的转向杆系变形均在转向柱上，转向系统的总传动比侧向变形 ，前轴的位移：由于其他元件均为刚性，由几何关系转向柱转角后轴变形转向效应：认为后轴相对车身产生横摆运动过多变形转向（Compliance Oversteer）：横摆转动中心在后轴之前不足变形转向（Compliance Understeer）横摆转