吉林大学汽车理论第五章 操纵稳定性

L1 r
u L1 r u L2 r u
tan
tan tan
1 ( ) 2 L2 r
u


FY 1 k11 FY 2 k2 2
36/81
k11 k 2 2 m(ur ) L1k11 L2 k 2 2 I zr
u 0
33/81
a x lim
u t u＋ t
t 0
u r ur＋
a y lim
Y向力平衡
t 0
FY 1 cos FY 2 m(u r＋ ) FY 1 FY 2 m(u r＋ )
滞后时间
稳定时间
5.1 概述
r 1最大横摆角速度
r 0 稳态横摆角速度
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转向盘角阶跃输入下的瞬态响应
汽车时域响应是一种把汽车作为开环控制系统的控 制特性。 实际驾驶员－汽车系统是一个闭环控制系统：在汽 车行驶过程中，驾驶员根据实际需要(输入参数)，通过 眼、手及身体感知的汽车运动状况(输出参数)，经过头 脑的分析、判断（反馈），修正其对转向盘的操纵。如 此不断地反复循环，操纵汽车行驶前进。
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5.1 概述
2 车辆坐标系及时域响应
p 侧倾角速度( roll ) u前进速度
q 俯仰角速度( pitch ) 侧向速度
z
w
r 横摆角速度( yaw ) w垂直速度
r
u x
5.1 概述


p
q
y
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车辆坐标系以及运动形式
Vehicle-fixed coordinate system
r
2
L1 FY 1 L2 FY 2 I z r
y

2
u 2 cg
V

1 u1
FY 1

x
1
u
L1
FY 2
L2
L
2DOF model
One track model Bicycle model Single track model
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u
,
Driver-vehicle closed loop system 侧风
路面条件
驾驶员
驾驶员
偏载
路面不平 汽车运动 横摆、侧倾
交通状况
气候
的手脚
汽车
5.1 概述
驾驶员－汽车闭环系统
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3. 评价方法 ☆客观评价法：用测试仪器测取汽车的物理参数
r、a y、 r (侧倾角)和操舵力等
转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应,包括:
handling and stability performance Manoeuverability
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5 汽车操纵稳定性
5.1 5.2 5.3 5.4 概 述 轮胎侧偏特性 线性二自由度汽车模型对前轮角输入响应 汽车操纵稳定性与悬架、转向系的关系
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5.1 概述
定义：在驾驶员不感觉过分紧张、疲 劳的条件下，汽车能按照驾驶员通过 转向系及转向车轮给定的方向行驶; 且当受到外界干扰时，汽车能抵抗干 扰而保持稳定行驶的能力。
对 质 心 取 矩
L1 FY 1 cos L2 FY 2 I zr L1 FY 1 L2 FY 2 I zr
34/81
o

FY 1 cos FY 2 m(u r＋ )
FY 1 FY 2 m(u r＋ )
L1 FY 1 cos L2 FY 2 I z r
truck tire
24/81
s 1,2,4,6,10%
1,2,4,6,10
FZ 3.2kN
25/81
s 1,2,4,6,10,15%
1,2,4,6,10,14
FZ 35kN
26/81
c
４回正力距Tz
c a a
Self aligning moment
c
a
c
a
FY
31/81
O


y
u u

y
V V
y

u u

O
x
y
x

2 r 2
FY 2
u2
L2
V
u
y
O
x x
1


V


x
FY 1
1
cg
u
L1
L
Single track model
2DOF with ω, v
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Fy
FY
FY
z
e
Tz
FY
a c
e 轮胎拖距
c
a
u
c
a
c
27/81
a
e=Tire offset Tz eFY
TZ
W
TZ
raceradialຫໍສະໝຸດ W T Z bias

高速急转

TZ
4 ~ 6 TZ 4 ~ 6 TZ
FX ( Fb ) F TZ
uu un
Neutral steering
K＝0中性转向
uo
汽车瞬时速度矢量
Over steering
K 0过度转向
5.1 概述
9/81
r1
T
1 . 05 r 0
r0
r (t )
0 . 95 r 0

sw
反应时间
转向盘转角

sw 0
r1 r0
t t
100 % 超调量
FY 1 FY 2 m(ur＋ )
L1FY 1 L2 FY 2 I zr
L1r 1 ( ) u L2r L2r 2 u u
O
u
O
FY
u
u'
Y X
Fy
C
Fy
v
C
FY
FY l F z
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FY
Y
FY l F z
侧偏刚度 k Lateral stiffness
弹性轮胎
Z
elastic tire
Fy
O
Fy
Y
FY
FY
v
FY
X
FY
FY k
Fy
FY 与k符号相反
u' u
O

k 28 ~ 80 KN/rad
u u

u0 u,0
u
[(u u ) cos ( ) sin ] u u u u u
(cos 1, sin )
0
[( u u ) sin ＋( ) cos ] u u ＋ u＋
☆忽略转向系的影响，以前轮转角作为输入； ☆只在地面上做平面运动，忽略悬架作用； ☆前进(纵轴)速度ua不变，只有沿y轴的侧向速度 v和绕z轴的横摆运动ωr(ay<0.4g) ； ☆驱动力不大，对侧偏特性无影响； ☆忽略空气阻力； ☆忽略因载荷变化引起左、右轮胎特性的变化； ☆忽略回正力矩的变化。 Bicycle model or single track model
FX ( Fb ) F TZ
高速急收油门
Fb

FX
T Z
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5 轮胎外倾角对侧偏力的作用
FY k y
内侧
F y

Tire camber angle FY 外侧
W

FY FY
O'

0
FY
0 0

0


0
29/81
0
r r 0
100%－t
横摆角速度频率响应特性：
共振频率f、1Hz时的相位滞后角、汽车因数
5.1 概述
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5.2 轮胎侧偏特性
侧偏特性：侧偏力、回正力矩与侧偏角的关系 1 轮胎坐标系
z
T z回正力矩 Self aligning angle
y
Rolling resistance torque
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Y
最大侧偏力的影响因素
FY k
FY max l FZ
FY
◎附着条件 及垂直载荷FZ ◎轮胎胎面花纹、材料、结 构、充气压力 ◎路面材料、结构、干湿 ◎车轮外倾角

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3.侧偏特性与轮胎结构、工作条件

尺寸r↑的轮胎 k↑ 子午线轮胎接地面宽 k ↑ 钢丝比尼龙轮胎k大
附着椭圆
adhesive ellipsis
FY

Fb 或 F x FY
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Fb
小侧偏角,小滑转率
const
F F F F Fb FY
2 Fb 2 FY
FY Fb Fb FY
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passenger car tire
横摆角速度增益(转向灵敏度)
r

横摆角速度增益曲线 稳定性因数K
r
ua
☆主观评价法: 凭借主观感觉的评价,最终决定权
5.1 概述
Steady state response
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Transient state response