汽车系统动力学第13章 转向系统动力学及控制
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十三章 转向系统动力学及控制
□ 第一节 概述 □ 第二节 转向系统振动分析 □ 第三节 四轮转向系统 □ 第四节 电动助力转向系统 □ 第五节 主动前轮转向系统
第一节 概述
转向系统的功能是遵循驾驶人的输入指令使转向轮转向,以获得 总体上的车辆方向控制。从前面的章节中可知,在车辆转向过程 中,实际获得的转向角不仅与转向系统的结构有关,还与悬架系统 的结构及其与转向系统之间的相互作用有关。本章首先简单介 绍转向系统的结构及转向几何学,然后根据转向系统动力学的分 析要求,分析转向系统的振动及其与悬架的耦合振动问题,包括一 个线性分析实例和应用分岔理论的非线性分析实例。最后,以两 自由度操纵动力学模型为例,介绍三种典型的转向控制系统:四 轮转向系统、电动助力转向系统和主动前轮转向系统。
第三节 四轮转向系统
三个不同系统的操纵动力学响应 a)转向盘转角输入 b)侧向位移对比曲线 c)横摆角速度对比曲线 d)侧偏角对比曲线
第四节 电动助力转向系统
一、概述 电动助力转向(Electrical Power Assisted Steering,EPAS)是一种由电动机提供直接辅助转矩的动力 转向系统,其系统组成如图13-26所示。电动助力转向的基 本原理为:转矩传感器与转向轴(或小齿轮轴)连接在一起,当 转向轴转动时,转矩传感器把输入轴和输出轴在扭杆作用下 产生的相对转动角位移变成电信号传给电控单元 (ECU),ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号控制电动 机的旋转方向和助力大小,实时控制助力转向。因此它可以 很容易地实现在车速不同时提供电动机不同的助力效果,保 证汽车在低速转向行驶时轻便灵活,高速转向行驶时稳定可 靠。
第三节 四轮转向系统
二、转向运动学与动力学分析 1.几何运动学分析 提高车辆低速行驶的机动性能是4WS系统最显而易见的特点。 下面以单轨两自由度线性转向模型为例,简单分析4WS车辆在 低速反向转向时的几何运动学关系。 如图13-20所示,假设4WS系统对后轮转向的控制策略为δr=ξδf(其中ξ>0,为前、后轮转向角的比例系数,公式前面的负号表 示前后轮转向方向相反),与传统的FWS车辆相比,4WS车辆在 反向转向时,车辆的转弯半径会有所减小,且减少了跟踪误差。 若假设方向相反的前、后转向角非常小,转弯半径足够大(即 R≈R0),并考虑小转角条件下的近似关系(如tanδ≈δ),则存在图 13-20所示的几何关系,即:
第二节 转向系统振动分析
车轮不平衡质量引起的周期性外界激励 a)不平衡质量引起的离心惯性力 b)不平衡质量的位置
第二节 转向系统振动分析
某货车转向机构与悬架的运动干涉
第二节 转向系统振动分析
2.偶然离散激励 当车辆直线行驶时,可能受到的侧向阵风或车轮受到路面凸凹引 起的离散侧向输入作用,这些偶然的离散激励都会引发车轮的偏 转摆振。一种情况是,当外界激励消除后,若系统的阻尼足够,振动 会逐渐衰减,系统表现为通常的有阻尼自由振动。另一种情况则 是,当外界激励消除后,振动并不衰减,相反却因此激发系统内部的 某种周期性交变力,从而引起持续的振动,系统表现为自激振动。 尽管实际中车轮自激摆振机理很复杂,但是仍可以通过最基本的 能量输入输出关系来进行简单的分析和解释。考虑到使车辆转向 系统产生自激振动的能量输入来自发动机,激励源由地面与弹性 轮胎的相互作用输入到前轮转向系统。由于轮胎固有的迟滞特性, 当轮胎发生侧向振动时,轮胎弹性恢复力Fye滞后于轮胎变形y,二 者的关系如图13-8所示
第二节 转向系统振动分析
某非独立悬架汽车摆振模型参数
第二节 转向系统振动分析
首先考察随横拉杆刚度K0和转向机构刚度Kp的影响,在不同K0 和Kp的条件下,前轮摆振振幅随车速变化的关系分别如图13-11 和图13-12所示。由图可见,前轮摆振的幅值将随横拉杆刚度K0 和转向机构刚度Kp的增加而减小。 此外,考察转向机构刚度对系统的固有频率fns和相对阻尼系数ζ 的影响,如图13-13所示。由图可见,系统的固有频率fns和相对 阻尼系数ζ将随转向机构刚度的增加而提高。当转向机构刚度 Kp低于7kN·m/rad时,前轮摆振系统进入不稳定区。 最后,考察系统可能出现自激型摆振的车速范围。系统的相对阻 尼系数ζ随车速的变化关系如图13-14所示。当车速在 32~69km/h范围内时,系统相对阻尼系数ζ<0,即系统出现负 阻尼而发生自激振动。当车速低于30km/h和高于75km/h时, 系统相对阻尼系数ζ>0,系统为受迫振动系统。
第二节 转向系统振动分析
轮胎的侧向弹性恢复力与变形的滞后关系及示功图
第二节 转向系统振动分析
三、前轴与前轮的耦合振动 前面我们分别介绍了车辆前轴的侧倾振动和前轮绕主销的摆 振问题。然而,车辆在实际行驶中,前轴侧倾振动和前轮摆振 可能相互耦合,并对车辆操纵性和行驶稳定性的影响很大。 虽然摆振的机理和影响因素很复杂,用于摆振研究的数学模 型也很多,然而为了便于说明摆振现象,可以在模型建立过程 中对一些数学上难于处理的非线性问题进行简化处理,如忽 略悬架弹性和阻尼的非线性特性及一些如零部件的间隙和干 摩擦等次要因素。这里,首先建立考虑前轮和前轴耦合振动 的线性模型,再给出一些典型的分析结果[2,3]。
第二节 转向系统振动分析
具有不同横拉杆刚度的前 轮摆振幅值随车速的变化
具有不同转向机构刚度的前轮 摆振幅值随车速的变化
第二节 转向系统振动分析
系统相对阻尼系数、固有频率 转向机构刚度恒定时系统相
与转向机构刚度的关系
对阻尼系数ζ随车速的变化
第二节 转向系统振动分析
两种激励条件下右轮摆角相图与时间的关系 a)激励ψ(t=0)=0.001rad b)激励ψ(t=0)=0.1rad
第三节 四轮转向系统
第三节 四轮转向系统
2.动力学分析 若4WS车辆高速行驶下仍采用“反向转向”,则会导致车辆趋向于 过多转向趋势,从而出现高速转弯时失稳的危险工况。在此涉及 的操纵动力学分析中,主要针对以中高速行驶的4WS车辆展开讨 论。下面以图13-21所示的单轨操纵模型为基础,通过与FWS车 辆的性能对比,分析4WS系统对车辆操纵稳定性的影响。
第二节 转向系统振动分析
仿真和实车试验的右轮摆角幅值结果
第三节 四轮转向系统
一、概述 4WS的基本原理是:利用车辆行驶中的某些信息来控制后轮的转 角输入,以提高车辆的操纵性和稳定性。早在20世纪初,车辆工程 师就发现了在低速工况下后轮与前轮反向转动可以有效地减小车 辆转弯半径这一特点,并将其应用于军用和工程车辆。但四轮转 向技术在现代汽车(尤其是轿车)中的应用则是源于对中、高车速 工况下的车辆操纵稳定性和驾驶人主观评价的研究。 自从20世纪80年代中期以来,有大量旨在获得后轮转向控制律的 研究论文发表[12,13,14],到20世纪80年代末,开始有装备四轮转向 系统的量产车型投放市场。对4WS车辆来说,当车辆低速行驶时, 为减小转弯半径,通常后轮转向方向与前轮相反,即所谓的“反向转 向”;在高速转向时,为了提高车辆的稳定性和加快车辆的侧向响 应速度,后轮将产生与前轮同向的转向角,即所谓的“同向转向”。
第三节 四轮转向系统
4WS车辆的转向几何关系
具有前、后轮转向的单轨操纵模型
第三节 四轮转向系统
不同转向特性车辆的稳态横摆角 速度增益(rss/δf)随车速的变化
第三节 四轮转向系统
FWS和4WS车辆侧向加速度频率响应比较 a) 幅频响应的比较 b)相频响应的比较
第三节 四轮转向系统
三、 一个4WS系统分析模型 假定在小转角情况下,车辆质心侧偏角β近似等于v/u。再结合 基于操纵模型运动方程式(11-15)、式(11-16)和前后轮胎侧 偏角表达式(13-48)很容易地推导出以车身质心侧偏角β和横摆 角速度r为变量的4WS系统状态方程:
第一节 概述
一、转向系统结构
转向系统的典型结构 转向梯形臂 7—横拉杆 8—转向盘
第一节 概述
二、转向几何系 根据阿克曼几何学原理,如图13-2所示,前轮转向的车辆在转 向时,其外侧车轮转向角δo和内侧车轮转向角δi应符合如下关 系:
第二节 转向系统振动分析
二、系统的外界激振 1.周期性变化激励 转向系统受到的周期性变化激励可以是由车轮不平衡质量引 起的离心惯性力,也可以是由悬架与转向杆系运动关系不协调 产生的激励,这里对这两种情况分析如下。 车轮与轮胎可能由于制造上的误差、材料的不均匀性而产生 不平衡质量mg。当车轮转动时,不平衡质量将产生沿车轮半 径方向的离心惯性力Fg,如图所示。
第一节 概述
阿克曼转向几何关系
内、外轮转向角关系曲线
第二节 转向系统振动分析
一、振动系统的组成 本节中对车辆前轴与转向系统的振动问题进行最基本的分 析,所研究的振动系统主要由转向杆系、转向轮、转向器以 及悬架和簧载质量组成。在建模之前,首先做如下简化[2]: 1) 将转向系统简化为由总体扭转刚度系数KST表示的单自 由度系统,参见式(12-29)和图12-4。并假定系统质量集 中于转向盘,驾驶人控制的转向盘固定不动。 2) 忽略簧载质量的振动,即假设簧载质量也固定不动。 3) 轮胎特性仅考虑侧向刚度ρy和侧偏刚度Cα。车轮定位 参数只考虑轮胎的机械拖距(即主销后倾拖距)tm,而不考虑 车轮外倾角和主销内倾角的影响。
第四节 电动助力转向系统
电动助力转向系统示意图 1—转矩传感器 2—减速机构 3—电动机 4—齿轮齿条式转向器
第四节 电动助力转向系统
二、电动助力转向系统建模 从车辆动力学与控制的角度考虑,电动助力转向的核心问题是 助力如何随转向盘转矩和车速的变化而变化。本节中以机械式 齿轮齿条转向器和永磁直流电动机组成的系统为例,其简化模 型如图13-27所示,对系统建模和控制方法进行讨论。图1327所示模型中转向盘固定,以齿条所受地面冲击为输入,并以转 向盘固定不动所需的力矩作为输出。这里,以此模型来分析在 车辆行驶过程中,驾驶人握住转向盘使转向盘固定,转向轮受到 路面冲击时系统的动态特性。根据简化的模型,分别对转向器 和永磁直流电动机写出转矩平衡方程,得到系统的运动微分方 程为:
第二节 转向系统振动分析
1.模型的建立 实际经验表明,通常两转向轮之间的转向梯形机构的刚度对车 轮的摆振影响显著,因此可将左右两轮间转向杆系视为具有一 定阻尼的弹性元件,左、右两轮绕主销的摆振作为两自由度系 统来考虑。仍采用本章第二节中的三个假设条件,对某非独立 悬架汽车建立考虑车辆前轴与前轮耦合振动的摆振模型,如图 13-9所示。模型中包含了前桥绕其纵轴线的侧摆运动ϕf和左 右车轮绕主销摆动ψw,L、ψw,R三个自由度。
第三节 四轮转向系统
机械式4WS 1—转向盘 2—转向传动轴 3—前转向器 4—后转向器
第三节 四轮转向系统
电控四轮主动转向系统 1—前轮转向角传感器 2—前轮执行机构3—转向盘转向角传感器 4—后轮 执行机构 5—后轮转向角传感器 6—控制器 7—车速传感器
第三节 四轮转向系统
GMC Sierra Denali 1500 系统结构图 1—可转向的刚性后轴 2—前轮转向角传感器 3—后轮转向角传感器 4—电机作动器5—后轮转向控制模块 6—横摆角速度与侧向加速度传 感器 7—模式选择开关
第二节 转向系统振动分析
非独立悬架的转向轮摆振模型
第二节 转向系统振动分析
第二节 转向系统振动分析
2.一些典型的仿真计算结果 根据建立的系统运动方程,即可分析转向系结构参数对前轮 摆振的影响。这里以国产某非独立悬架汽车的转向系统参数 为例(表13-1),并设右前轮不平衡量为0.43kg·m。在进行 仿真计算时,记录了系统各自由度摆振的幅值以及路面对轮 胎的侧向反作用力。并在初始激励的情况下测量了系统的衰 减率,从而计算出系统的相对阻尼系数。给出主要的分析结 果如下。
第二节 转向系统振动分析
车辆前轴绕车辆坐标系x轴的自由振动
第二节 转向系统振动分析
1.车辆前轴的侧倾振动
在忽略系统阻尼的情况下,车辆前轴绕车辆坐标系x轴的自由振 动如图13-4所示。设车辆前轴的侧倾转动惯量为Ixxf,前轴侧倾 角为ϕf,则前轴绕x轴转动的运动方程为:
第二节 转向系统振动分析
2.前轮绕主销的摆振 转向前轮与转向机构及杆系组成的绕主销的摆振系统如图所示。
□ 第一节 概述 □ 第二节 转向系统振动分析 □ 第三节 四轮转向系统 □ 第四节 电动助力转向系统 □ 第五节 主动前轮转向系统
第一节 概述
转向系统的功能是遵循驾驶人的输入指令使转向轮转向,以获得 总体上的车辆方向控制。从前面的章节中可知,在车辆转向过程 中,实际获得的转向角不仅与转向系统的结构有关,还与悬架系统 的结构及其与转向系统之间的相互作用有关。本章首先简单介 绍转向系统的结构及转向几何学,然后根据转向系统动力学的分 析要求,分析转向系统的振动及其与悬架的耦合振动问题,包括一 个线性分析实例和应用分岔理论的非线性分析实例。最后,以两 自由度操纵动力学模型为例,介绍三种典型的转向控制系统:四 轮转向系统、电动助力转向系统和主动前轮转向系统。
第三节 四轮转向系统
三个不同系统的操纵动力学响应 a)转向盘转角输入 b)侧向位移对比曲线 c)横摆角速度对比曲线 d)侧偏角对比曲线
第四节 电动助力转向系统
一、概述 电动助力转向(Electrical Power Assisted Steering,EPAS)是一种由电动机提供直接辅助转矩的动力 转向系统,其系统组成如图13-26所示。电动助力转向的基 本原理为:转矩传感器与转向轴(或小齿轮轴)连接在一起,当 转向轴转动时,转矩传感器把输入轴和输出轴在扭杆作用下 产生的相对转动角位移变成电信号传给电控单元 (ECU),ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号控制电动 机的旋转方向和助力大小,实时控制助力转向。因此它可以 很容易地实现在车速不同时提供电动机不同的助力效果,保 证汽车在低速转向行驶时轻便灵活,高速转向行驶时稳定可 靠。
第三节 四轮转向系统
二、转向运动学与动力学分析 1.几何运动学分析 提高车辆低速行驶的机动性能是4WS系统最显而易见的特点。 下面以单轨两自由度线性转向模型为例,简单分析4WS车辆在 低速反向转向时的几何运动学关系。 如图13-20所示,假设4WS系统对后轮转向的控制策略为δr=ξδf(其中ξ>0,为前、后轮转向角的比例系数,公式前面的负号表 示前后轮转向方向相反),与传统的FWS车辆相比,4WS车辆在 反向转向时,车辆的转弯半径会有所减小,且减少了跟踪误差。 若假设方向相反的前、后转向角非常小,转弯半径足够大(即 R≈R0),并考虑小转角条件下的近似关系(如tanδ≈δ),则存在图 13-20所示的几何关系,即:
第二节 转向系统振动分析
车轮不平衡质量引起的周期性外界激励 a)不平衡质量引起的离心惯性力 b)不平衡质量的位置
第二节 转向系统振动分析
某货车转向机构与悬架的运动干涉
第二节 转向系统振动分析
2.偶然离散激励 当车辆直线行驶时,可能受到的侧向阵风或车轮受到路面凸凹引 起的离散侧向输入作用,这些偶然的离散激励都会引发车轮的偏 转摆振。一种情况是,当外界激励消除后,若系统的阻尼足够,振动 会逐渐衰减,系统表现为通常的有阻尼自由振动。另一种情况则 是,当外界激励消除后,振动并不衰减,相反却因此激发系统内部的 某种周期性交变力,从而引起持续的振动,系统表现为自激振动。 尽管实际中车轮自激摆振机理很复杂,但是仍可以通过最基本的 能量输入输出关系来进行简单的分析和解释。考虑到使车辆转向 系统产生自激振动的能量输入来自发动机,激励源由地面与弹性 轮胎的相互作用输入到前轮转向系统。由于轮胎固有的迟滞特性, 当轮胎发生侧向振动时,轮胎弹性恢复力Fye滞后于轮胎变形y,二 者的关系如图13-8所示
第二节 转向系统振动分析
某非独立悬架汽车摆振模型参数
第二节 转向系统振动分析
首先考察随横拉杆刚度K0和转向机构刚度Kp的影响,在不同K0 和Kp的条件下,前轮摆振振幅随车速变化的关系分别如图13-11 和图13-12所示。由图可见,前轮摆振的幅值将随横拉杆刚度K0 和转向机构刚度Kp的增加而减小。 此外,考察转向机构刚度对系统的固有频率fns和相对阻尼系数ζ 的影响,如图13-13所示。由图可见,系统的固有频率fns和相对 阻尼系数ζ将随转向机构刚度的增加而提高。当转向机构刚度 Kp低于7kN·m/rad时,前轮摆振系统进入不稳定区。 最后,考察系统可能出现自激型摆振的车速范围。系统的相对阻 尼系数ζ随车速的变化关系如图13-14所示。当车速在 32~69km/h范围内时,系统相对阻尼系数ζ<0,即系统出现负 阻尼而发生自激振动。当车速低于30km/h和高于75km/h时, 系统相对阻尼系数ζ>0,系统为受迫振动系统。
第二节 转向系统振动分析
轮胎的侧向弹性恢复力与变形的滞后关系及示功图
第二节 转向系统振动分析
三、前轴与前轮的耦合振动 前面我们分别介绍了车辆前轴的侧倾振动和前轮绕主销的摆 振问题。然而,车辆在实际行驶中,前轴侧倾振动和前轮摆振 可能相互耦合,并对车辆操纵性和行驶稳定性的影响很大。 虽然摆振的机理和影响因素很复杂,用于摆振研究的数学模 型也很多,然而为了便于说明摆振现象,可以在模型建立过程 中对一些数学上难于处理的非线性问题进行简化处理,如忽 略悬架弹性和阻尼的非线性特性及一些如零部件的间隙和干 摩擦等次要因素。这里,首先建立考虑前轮和前轴耦合振动 的线性模型,再给出一些典型的分析结果[2,3]。
第二节 转向系统振动分析
具有不同横拉杆刚度的前 轮摆振幅值随车速的变化
具有不同转向机构刚度的前轮 摆振幅值随车速的变化
第二节 转向系统振动分析
系统相对阻尼系数、固有频率 转向机构刚度恒定时系统相
与转向机构刚度的关系
对阻尼系数ζ随车速的变化
第二节 转向系统振动分析
两种激励条件下右轮摆角相图与时间的关系 a)激励ψ(t=0)=0.001rad b)激励ψ(t=0)=0.1rad
第三节 四轮转向系统
第三节 四轮转向系统
2.动力学分析 若4WS车辆高速行驶下仍采用“反向转向”,则会导致车辆趋向于 过多转向趋势,从而出现高速转弯时失稳的危险工况。在此涉及 的操纵动力学分析中,主要针对以中高速行驶的4WS车辆展开讨 论。下面以图13-21所示的单轨操纵模型为基础,通过与FWS车 辆的性能对比,分析4WS系统对车辆操纵稳定性的影响。
第二节 转向系统振动分析
仿真和实车试验的右轮摆角幅值结果
第三节 四轮转向系统
一、概述 4WS的基本原理是:利用车辆行驶中的某些信息来控制后轮的转 角输入,以提高车辆的操纵性和稳定性。早在20世纪初,车辆工程 师就发现了在低速工况下后轮与前轮反向转动可以有效地减小车 辆转弯半径这一特点,并将其应用于军用和工程车辆。但四轮转 向技术在现代汽车(尤其是轿车)中的应用则是源于对中、高车速 工况下的车辆操纵稳定性和驾驶人主观评价的研究。 自从20世纪80年代中期以来,有大量旨在获得后轮转向控制律的 研究论文发表[12,13,14],到20世纪80年代末,开始有装备四轮转向 系统的量产车型投放市场。对4WS车辆来说,当车辆低速行驶时, 为减小转弯半径,通常后轮转向方向与前轮相反,即所谓的“反向转 向”;在高速转向时,为了提高车辆的稳定性和加快车辆的侧向响 应速度,后轮将产生与前轮同向的转向角,即所谓的“同向转向”。
第三节 四轮转向系统
4WS车辆的转向几何关系
具有前、后轮转向的单轨操纵模型
第三节 四轮转向系统
不同转向特性车辆的稳态横摆角 速度增益(rss/δf)随车速的变化
第三节 四轮转向系统
FWS和4WS车辆侧向加速度频率响应比较 a) 幅频响应的比较 b)相频响应的比较
第三节 四轮转向系统
三、 一个4WS系统分析模型 假定在小转角情况下,车辆质心侧偏角β近似等于v/u。再结合 基于操纵模型运动方程式(11-15)、式(11-16)和前后轮胎侧 偏角表达式(13-48)很容易地推导出以车身质心侧偏角β和横摆 角速度r为变量的4WS系统状态方程:
第一节 概述
一、转向系统结构
转向系统的典型结构 转向梯形臂 7—横拉杆 8—转向盘
第一节 概述
二、转向几何系 根据阿克曼几何学原理,如图13-2所示,前轮转向的车辆在转 向时,其外侧车轮转向角δo和内侧车轮转向角δi应符合如下关 系:
第二节 转向系统振动分析
二、系统的外界激振 1.周期性变化激励 转向系统受到的周期性变化激励可以是由车轮不平衡质量引 起的离心惯性力,也可以是由悬架与转向杆系运动关系不协调 产生的激励,这里对这两种情况分析如下。 车轮与轮胎可能由于制造上的误差、材料的不均匀性而产生 不平衡质量mg。当车轮转动时,不平衡质量将产生沿车轮半 径方向的离心惯性力Fg,如图所示。
第一节 概述
阿克曼转向几何关系
内、外轮转向角关系曲线
第二节 转向系统振动分析
一、振动系统的组成 本节中对车辆前轴与转向系统的振动问题进行最基本的分 析,所研究的振动系统主要由转向杆系、转向轮、转向器以 及悬架和簧载质量组成。在建模之前,首先做如下简化[2]: 1) 将转向系统简化为由总体扭转刚度系数KST表示的单自 由度系统,参见式(12-29)和图12-4。并假定系统质量集 中于转向盘,驾驶人控制的转向盘固定不动。 2) 忽略簧载质量的振动,即假设簧载质量也固定不动。 3) 轮胎特性仅考虑侧向刚度ρy和侧偏刚度Cα。车轮定位 参数只考虑轮胎的机械拖距(即主销后倾拖距)tm,而不考虑 车轮外倾角和主销内倾角的影响。
第四节 电动助力转向系统
电动助力转向系统示意图 1—转矩传感器 2—减速机构 3—电动机 4—齿轮齿条式转向器
第四节 电动助力转向系统
二、电动助力转向系统建模 从车辆动力学与控制的角度考虑,电动助力转向的核心问题是 助力如何随转向盘转矩和车速的变化而变化。本节中以机械式 齿轮齿条转向器和永磁直流电动机组成的系统为例,其简化模 型如图13-27所示,对系统建模和控制方法进行讨论。图1327所示模型中转向盘固定,以齿条所受地面冲击为输入,并以转 向盘固定不动所需的力矩作为输出。这里,以此模型来分析在 车辆行驶过程中,驾驶人握住转向盘使转向盘固定,转向轮受到 路面冲击时系统的动态特性。根据简化的模型,分别对转向器 和永磁直流电动机写出转矩平衡方程,得到系统的运动微分方 程为:
第二节 转向系统振动分析
1.模型的建立 实际经验表明,通常两转向轮之间的转向梯形机构的刚度对车 轮的摆振影响显著,因此可将左右两轮间转向杆系视为具有一 定阻尼的弹性元件,左、右两轮绕主销的摆振作为两自由度系 统来考虑。仍采用本章第二节中的三个假设条件,对某非独立 悬架汽车建立考虑车辆前轴与前轮耦合振动的摆振模型,如图 13-9所示。模型中包含了前桥绕其纵轴线的侧摆运动ϕf和左 右车轮绕主销摆动ψw,L、ψw,R三个自由度。
第三节 四轮转向系统
机械式4WS 1—转向盘 2—转向传动轴 3—前转向器 4—后转向器
第三节 四轮转向系统
电控四轮主动转向系统 1—前轮转向角传感器 2—前轮执行机构3—转向盘转向角传感器 4—后轮 执行机构 5—后轮转向角传感器 6—控制器 7—车速传感器
第三节 四轮转向系统
GMC Sierra Denali 1500 系统结构图 1—可转向的刚性后轴 2—前轮转向角传感器 3—后轮转向角传感器 4—电机作动器5—后轮转向控制模块 6—横摆角速度与侧向加速度传 感器 7—模式选择开关
第二节 转向系统振动分析
非独立悬架的转向轮摆振模型
第二节 转向系统振动分析
第二节 转向系统振动分析
2.一些典型的仿真计算结果 根据建立的系统运动方程,即可分析转向系结构参数对前轮 摆振的影响。这里以国产某非独立悬架汽车的转向系统参数 为例(表13-1),并设右前轮不平衡量为0.43kg·m。在进行 仿真计算时,记录了系统各自由度摆振的幅值以及路面对轮 胎的侧向反作用力。并在初始激励的情况下测量了系统的衰 减率,从而计算出系统的相对阻尼系数。给出主要的分析结 果如下。
第二节 转向系统振动分析
车辆前轴绕车辆坐标系x轴的自由振动
第二节 转向系统振动分析
1.车辆前轴的侧倾振动
在忽略系统阻尼的情况下,车辆前轴绕车辆坐标系x轴的自由振 动如图13-4所示。设车辆前轴的侧倾转动惯量为Ixxf,前轴侧倾 角为ϕf,则前轴绕x轴转动的运动方程为:
第二节 转向系统振动分析
2.前轮绕主销的摆振 转向前轮与转向机构及杆系组成的绕主销的摆振系统如图所示。