汽车转向系统动力学(一.二)

瞬态响应特征评价参数
横摆角速度响应时间
横摆角速度峰值响应时间 横摆角速度超调量
横摆角速度总方差
侧向加速度响应时间 侧向加速度峰值时间
侧向加速度超调量
侧向加速度总方差 汽车因素TB 稳态横摆角速度增益
- 汽车转向系统动力学
5
4-1 概述
主观评价法：驾驶员根据不同的驾驶任务操纵汽车时， 依据对操纵动作难易程度的感觉来对汽车进行评价
稳态响应的三种类型
- 汽车转向系统动力学
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4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
评价指标
稳态响应
前后轮车偏角绝对值之差
R R0
1 2 Ka y L
2
转向半径比值
1 Ku
静态储备系数
S .M .
a ' a L

k2 k1 k 2

a L
18
- 汽车转向系统动力学
4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
2


0 1

2
- 汽车转向系统动力学
30
4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
侧风作用时的转向特性
侧风力
F yw C y ( ) A

2
vr
2
横摆风力矩
M C M ( ) A L

2
zw
v r F yw e
2
- 汽车转向系统动力学
31
4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
直线行驶稳定性（包括转向回正能力、侧风敏感性、路面不 平敏感性等）
行车变道的操纵性
转弯稳定（包括转向的准确性、固有转向特性、转弯制动特 性等）
操纵负荷
多弯道路段上汽车总特性的评价。
汽车的乘坐操纵舒适性（空间、力度等，如踏板、手柄）
- 汽车转向系统动力学
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4-1 概述
主观评价法：驾驶员根据不同的驾驶任务操纵汽车时， 依据对操纵动作难易程度的感觉来对汽车进行评价 人数：不少于20，有经验、有文化 的普通驾驶员 路：L>50Km,Vmax不小于最高车速的70％ 车辆：正常 主观评分：如5级分制：5，4，3，2，1 ，对应于 很好，较好，中等，较差，很差。 NT=(l*wl+c*wc+R*wr+S*ws+F*wf)/5
- 汽车转向系统动力学
26
4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
回正力矩变形转向引起的车轮转向角，(º /g)
D gi TZ 100 T
T
回正力矩变形转向系数
不足转向量 稳定性因数
U＝D1－D2
K＝U/(57.3 gL)
- 汽车转向系统动力学
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4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
- 汽车转向系统动力学
10
4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
假设条件
☆ 忽略转向系的影响，以前轮转角作为输入； ☆ 汽车只进行平行于地面的平面运动，而忽略悬架的作用； ☆ 汽车前进（纵轴）速度不变，只有沿y轴的侧向速度和绕z 轴的横摆运动(ay<0.4g) ； ☆ 驱动力不大，对侧偏特性无影响； ☆ 忽略空气阻力；
- 汽车转向系统动力学
24
4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法 轮胎回正力矩引起前、后轮侧偏力的变化而产生的侧偏角Ddi
e1和e2 轮胎拖距； 1＝57.3G(b+e2)/(k1L)=57.3Gb(L+e2/b)/(k1L) 2=57.3G(a-e1)/(k2 L)=57.3Ga(L-e1/a)/(k2L)
☆ 忽略左右轮胎因载荷变化引起轮胎特性的变化；
☆ 忽略回正力矩的变化。
- 汽车转向系统动力学
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4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
运动微分方程
Y向力平衡
对质心取矩
- 汽车转向系统动力学
12
4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
运动微分方程
- 汽车转向系统动力学
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4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
侧风作用时的转向特性
侧风力系数
C
y
C y
横摆风力矩系数
CM CM
常数概括为系数
K C A 2 y
- 汽车转向系统动力学
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4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
侧风作用时的转向特性
侧风力
F yw K v r
2
横摆风力矩
M

K ev r
2
e CM L C y
综合参量：汽车因素 TB，TB 必须在同一工况下得出， 通常 V＝31.3 m／s，ay＝ 0.4g。
- 汽车转向系统动力学
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4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
评价指标
稳态响应
转向灵敏度
K
m L
2
(
L1 k2

L2 k1
)
16
- 汽车转向系统动力学
4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
- 汽车转向系统动力学
7
4-1 概述
实例
驾驶员对 14个车辆方案中的每 个方案进行汽车易操纵性的主观 评价，然后将14个车辆方案进行 主观排序。
方案
名 次 110Km/h
90Km/h
1 5
7
2 9
8
3 11
11
4 1
1
5 7
4
6 4
6
7 10
9
8 2
2
9 8
10
10 3
3
11 12 13 14 6
2 2


2L
mI z k 1 k 2 (1 Ku )
2
- 汽车转向系统动力学
29
4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
反应时间τ

2 1 arctg mua 0 / Lk 2

0 1
2
峰值反应时间ε
1 arctg
侧向力变形外倾引起的侧偏角，(º /g)
D ci FZ 1000 k k FY g
F y
侧向力变形外倾系数
轮胎回正力矩引起前、后轮侧偏力的变化而产生的侧偏角Ddi
D d 1 D a 1( E2 bk
2
)
Dd2 (
E1 bk
1
)
E回正力矩系数( Nm/rad)
- 汽车转向系统动力学
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4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
计及侧风及横摆风力矩，则整车的运动微分方程
(K 1 K 2 )

v
.
( L a K 1 L b K 2 ) K 1 K w v r m ( v v )
- 汽车转向系统动力学
22
4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
Dai侧向力引起的轮胎弹性侧偏角 (º /g)
侧倾外倾引起的侧偏角，(º /g)
k
D bi
k
g

侧倾外倾系数
g 一个g时的外倾角
- 汽车转向系统动力学
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4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
运动微分方程
F T
Y
Z
- 汽车转向系统动力学
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4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
评价指标
反映稳态特性的参量：不足转向量1－2，转向灵敏度 和汽车重心侧偏角。 时域反映横摆运动瞬态响应的参量：峰值反应时间和横 摆角速度超调量。
频域反映横摆运动瞬态响应的参量：固有频率，幅值比 和相位差。

2
j
幅频特性 相频特性
A
B

C
c
2

arctg
B
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- 汽车转向系统动力学
Baidu Nhomakorabea
4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
频率响应特性
- 汽车转向系统动力学
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4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
计及悬架、转向等影响因数的汽车操纵稳定性分析
e1
Fy1’
mg
e2
Fy2’
a
a-e1
b
b+e2
L
- 汽车转向系统动力学
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4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
侧倾转向引起的车轮转向角，(º /g)
Y
D ei
g

侧倾转向系数
侧向力变形转向引起的车轮转向角
FZ
FY
D
fi

1000 F Y
侧向力变形转向系数
5
14 13 12
13 12 14
- 汽车转向系统动力学
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4-1 概述
理论研究方法 开环线性系统 闭环系统
路面条件
驾驶员
侧风
路面不平
交通状况
驾驶员 的手脚
气候
汽车
驾驶员－汽车闭环系统
- 汽车转向系统动力学
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4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
数学模型
为了简化数学模型并保证足够的工程分析精 度，把多自由度模型缩减为只有y 和的二自由 度模型。其方法是忽略y 和以外其它自由度的 惯性和阻尼而计及它们运动的静态耦合效应。 只要把简单的二自由度模型中的轮胎侧偏刚 度换以综合了各种侧偏效应的车轮当量侧偏刚 度，就可变成缩减的二自由度数学模型。即： = i
评价指标
瞬态响应的品质参数
固有频率ω0 阻尼比ζ

0
mu ( ak 1 bk 2 ) muI
2
z
L k1k 2 u L u k1k 2 mI
z
2
1 Ku
2
m a k1 b k 2 I z k1 k 2
2


2L
mI z k 1 k 2 (1 Ku )
- 汽车转向系统动力学
1
4-1 概述
客观评价法：用测试仪器测物理参数 GB6323-86试验
蛇形试验
方向盘转角阶跃输入试验 方向盘转角脉冲输入试验
转向回正性能试验
转向轻便性试验 稳态回转试验
GM 试验
Control Response Test Frequency Response Test Maximum Lateral Accelaration Test On-center Handling Test
侧偏柔度（cornering compliance）这个概念来表明线性 范围内汽车前、后轮侧偏角的大小。侧偏柔度是根据小侧 向加速度时汽车零部件的线性特性外推到侧向加速度为一 个g时的侧偏角，其单位为（°）／g，以符号D表示。用侧 偏柔度D代替侧偏刚度K
前后侧偏柔度
D i D ai D bi D ci D di D ei D fe D gi
- 汽车转向系统动力学
2
4-1 概述
ISO 试验
steady-state circular driving behaviour open-loop test procedure lateral transient response tests methods open-loop test methods braking in a turn – open-loop test procedure test track for a severe lane-change manoeuvre part 1 : doublelane change
2
2 1 arctg mua 0 / Lk 2
反应时间τ 峰值反应时间ε


0 1
2

1 arctg
2

0 1

2
- 汽车转向系统动力学
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4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
频率响应特性
4-1 概述
汽车转向系统动力学是研究驾驶员给系统以转向指令后汽车 在曲线行驶中的运动学和动力学特性 汽车的操纵稳定性问题 “贼” 反应迟钝 “飘” 失去控制 丧失路感
研究内容
评价方法：客观评价法、主观评价法
车辆的结构参数对操稳性的影响
操稳性与其它性能的协调统一问题，参数匹配问题
test track for a severe lane-change manoeuvre part 2 : obstacle avoidance
power off reactions of a vehicle in a turn- open-loop test method
- 汽车转向系统动力学
频率响应函数
H
j
r


r

2 2 2

2 B 1 0 B 0 0


2 0

2

2

B 1 0
2
2
2B
0
0 2

j
4 0
2 2
2

2 0

2

2
4 0
2 2
B c
3
4-1 概述
r1
T
1 . 05 r 0
r0
r (t )
0 . 95 r 0


sw
转向盘转角
sw 0

t t
100 % 超调量
r 0 稳态横摆角速度
r 1 最大横摆角速度
反应时间
峰值反应时间
- 汽车转向系统动力学
r1 r0
稳定时间
4
4-1 概述
评价指标
瞬态响应的品质参数
固有频率ω0
0
mu ( ak 1 bk 2 ) muI
z
L k1k 2 u L u k1k 2 mI
z
2
1 Ku
2
- 汽车转向系统动力学
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4-2 汽车操纵稳定性工程分析方法
阻尼比ζ

m a k1 b k 2 I z k1 k 2