汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課件

第四章汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)224-1概述“賊”反應(yīng)遲鈍汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性問(wèn)題:

“飄”

失去控制喪失路感汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動(dòng)力學(xué):是研究駕駛員給系統(tǒng)以轉(zhuǎn)向指令后汽車(chē)在曲線行駛中的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入有兩種形式：給轉(zhuǎn)向盤(pán)作用一個(gè)角位移—角位移輸入（角輸入）給轉(zhuǎn)向盤(pán)作用一個(gè)力矩—力矩輸入（力輸入）4-1概述時(shí)域響應(yīng):汽車(chē)在轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入或外界側(cè)向干擾輸入下的側(cè)向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。頻域響應(yīng):車(chē)輛在轉(zhuǎn)向角為正弦輸入下的響應(yīng)。時(shí)域響應(yīng)頻域響應(yīng)

表征汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性時(shí)域響應(yīng)不隨時(shí)間變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)隨時(shí)間變化的瞬態(tài)響應(yīng)54-2汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型車(chē)輛坐標(biāo)系與汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)形式64-2汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型假設(shè)條件汽車(chē)無(wú)垂直方向運(yùn)動(dòng)，也無(wú)繞y軸和x軸的俯仰和側(cè)傾運(yùn)動(dòng)；汽車(chē)作等速運(yùn)動(dòng)，不考慮切向力和空氣動(dòng)力的作用；忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)影響，直接以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入；不考慮左右車(chē)輪由于載荷變化引起輪胎特性變化和回正力矩的作用。二自由度汽車(chē)模型o′u2VCVCY向力平衡對(duì)質(zhì)心取矩4-2汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型4-2汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型134-3穩(wěn)態(tài)響應(yīng)（穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性）穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：前輪角階躍輸入下進(jìn)入的汽車(chē)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)---等速圓周運(yùn)動(dòng)評(píng)價(jià)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益（轉(zhuǎn)向靈敏度）154-3穩(wěn)態(tài)響應(yīng)（穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性）穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的三種類(lèi)型：過(guò)度轉(zhuǎn)向Over-Steering不足轉(zhuǎn)向Under-Steering中性轉(zhuǎn)向Neutral-Steeringk﹤0K=0k﹥0特征車(chē)速臨界車(chē)速汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益曲線214-3穩(wěn)態(tài)響應(yīng)（穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性）4-3穩(wěn)態(tài)響應(yīng)（穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性）試驗(yàn)測(cè)得的（α1-α2）與ay的關(guān)系4-3穩(wěn)態(tài)響應(yīng)（穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性）轉(zhuǎn)向半徑R:從瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心O至汽車(chē)縱軸線AB之間的距離4-3穩(wěn)態(tài)響應(yīng)（穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性）2、有側(cè)向偏離R=u/ωr=(1+Ku2)L/δ=(1+Ku2)R0

4-3穩(wěn)態(tài)響應(yīng)（穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性）穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性分析4-4瞬態(tài)響應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng)：等速直線行駛和等速圓周行駛兩個(gè)穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)之間的過(guò)渡過(guò)程所對(duì)應(yīng)的瞬間運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。4-4瞬態(tài)響應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng)的品質(zhì)參數(shù)固有頻率ω0

阻尼比ζ反應(yīng)時(shí)間τ過(guò)擺量過(guò)擺量314-4瞬態(tài)響應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)固有頻率ω0

上式表明，ω0

隨以下因素而變：輪胎側(cè)偏剛度↑ω0

↑汽車(chē)質(zhì)量↑ω0

↓轉(zhuǎn)動(dòng)慣量↑ω0

↓汽車(chē)車(chē)速↑ω0

↓4-4瞬態(tài)響應(yīng)一些歐洲與日本轎車(chē)的ω0值與K值334-4瞬態(tài)響應(yīng)阻尼比ζ上式表明，ζ隨以下因素而變：輪胎側(cè)偏剛度↑ζ↑汽車(chē)質(zhì)量↓ζ↑轉(zhuǎn)動(dòng)慣量↓ζ↑軸距↓ζ↑汽車(chē)車(chē)速↓ζ↑4-4瞬態(tài)響應(yīng)不同阻尼比時(shí)汽車(chē)的橫擺角速度瞬態(tài)響應(yīng)曲線354-4瞬態(tài)響應(yīng)反應(yīng)時(shí)間τ：角輸入后橫擺角速度第一次到達(dá)穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間上式表明，τ隨以下因素而變：輪胎側(cè)偏剛度↑τ↓汽車(chē)質(zhì)量↑τ↓轉(zhuǎn)動(dòng)慣量↑τ↑軸距↑τ↓汽車(chē)車(chē)速↑τ↓4-4瞬態(tài)響應(yīng)過(guò)擺量（超調(diào)量）：橫擺角速度第一個(gè)最大值與穩(wěn)態(tài)值的百分比，它表明瞬態(tài)響應(yīng)中振蕩時(shí)可能出現(xiàn)的最大偏差，這一值小些好。

過(guò)擺量

可見(jiàn)，過(guò)擺量大小與阻尼比ζ關(guān)系密切，增大ζ可使過(guò)擺量減少。4-4瞬態(tài)響應(yīng)轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)曲線4-5橫擺角速度頻率響應(yīng)特性橫擺角速度頻率響應(yīng)特性：以前輪轉(zhuǎn)角δ為輸入、汽車(chē)橫擺角速度ωr為輸出頻率響應(yīng)函數(shù)4-5

橫擺角速度頻率響應(yīng)特性幅頻特性:輸入與輸出的幅值比是頻率的函數(shù)相頻特性：輸入與輸出的相位差是頻率的函數(shù)4-5

橫擺角速度頻率響應(yīng)特性1、f=0時(shí)的幅值比--穩(wěn)態(tài)增益2、共振峰值所對(duì)應(yīng)的頻率fr和其之前，幅頻特性接近水平線，fr高這一段水平區(qū)就長(zhǎng)一些，響應(yīng)特性就好。3、幅值比小---平坦，響應(yīng)特性好4、f=0.1Hz時(shí)的相位滯后角--緩慢轉(zhuǎn)向時(shí)響應(yīng)的快慢---應(yīng)接近于零5、f=0.5Hz時(shí)的相位滯后角---快速轉(zhuǎn)向時(shí)響應(yīng)的快慢---應(yīng)小些4-6側(cè)風(fēng)作用時(shí)的轉(zhuǎn)向特性在側(cè)風(fēng)作用下直線行駛的汽車(chē)受到由行駛速度v產(chǎn)生的行駛風(fēng)和側(cè)風(fēng)W的合成作用，通過(guò)幾何疊加，得到合成的風(fēng)速vr,這里主要研究側(cè)風(fēng)與行駛風(fēng)垂直時(shí)的工況。如下圖，τ表示合成風(fēng)與汽車(chē)縱軸夾角----流入角424-6側(cè)風(fēng)作用時(shí)的轉(zhuǎn)向特性

側(cè)風(fēng)力：側(cè)風(fēng)產(chǎn)生的氣動(dòng)阻力，用Fyw表示，橫擺風(fēng)力矩:側(cè)風(fēng)力作用在風(fēng)壓中心上，由于風(fēng)壓中心不在質(zhì)心上，所以側(cè)風(fēng)力作用點(diǎn)與質(zhì)心相隔距離e，這便引起了橫擺風(fēng)力矩Mzw即：即：434-6側(cè)風(fēng)作用時(shí)的轉(zhuǎn)向特性側(cè)風(fēng)力系數(shù)橫擺風(fēng)力矩系數(shù)常數(shù)概括為系數(shù)側(cè)向風(fēng)力系數(shù)Cy和側(cè)風(fēng)力矩系數(shù)Cm與流入角τ之間的關(guān)系444-6側(cè)風(fēng)作用時(shí)的轉(zhuǎn)向特性側(cè)風(fēng)力：橫擺風(fēng)力矩

Mzw=Fywe即：454-6側(cè)風(fēng)作用時(shí)的轉(zhuǎn)向特性如計(jì)側(cè)風(fēng)及橫擺風(fēng)力矩，則整車(chē)的運(yùn)動(dòng)微分方程

直線行駛時(shí):ωr=0,,β=0(k1+k2)β-k1δ+kwτvr2=0(L1k1-L2k2)β-L1k1δ+kweτvr2=0

464-6側(cè)風(fēng)作用時(shí)的轉(zhuǎn)向特性

受側(cè)風(fēng)時(shí)駕駛員為保持直線行駛所需調(diào)整的轉(zhuǎn)向角

δ=0所需的風(fēng)壓中心距

4-7

全輪轉(zhuǎn)向特性全輪轉(zhuǎn)向特性：是在轉(zhuǎn)向時(shí)除前輪轉(zhuǎn)向外，再附加后輪轉(zhuǎn)向，這種附加后輪轉(zhuǎn)向角是有限的，與前輪轉(zhuǎn)向角有一定的比例關(guān)系----改善整車(chē)的轉(zhuǎn)向特性和響應(yīng)特性。

Mazda-全輪轉(zhuǎn)向：總系統(tǒng)示意圖4-7

全輪轉(zhuǎn)向特性轉(zhuǎn)向角比KL：后輪轉(zhuǎn)向角與前輪轉(zhuǎn)向角之比,即KL=δh/δv前輪轉(zhuǎn)向，后輪不轉(zhuǎn)向時(shí)KL

=0前輪轉(zhuǎn)向，后輪同向轉(zhuǎn)向KL

〉0

前輪轉(zhuǎn)向，后輪反向轉(zhuǎn)向KL〈0

494-7

全輪轉(zhuǎn)向特性對(duì)轉(zhuǎn)彎半徑的影響純前輪轉(zhuǎn)向時(shí)

附加后輪轉(zhuǎn)向后

可見(jiàn)，反向轉(zhuǎn)向時(shí)KL為負(fù)，R*〈R，轉(zhuǎn)彎變得容易，機(jī)動(dòng)性好，同向轉(zhuǎn)向時(shí)，KL為正，R*〉R，轉(zhuǎn)彎困難，具有不足轉(zhuǎn)向性。4-7

全輪轉(zhuǎn)向特性階躍轉(zhuǎn)向時(shí)的汽