车辆操纵稳定性

其中，沿Oy轴加速度：ay v&ur
k1k2u1ak1bk2r k1mv&ur
ak1bk2u1 a2k1b2k2 r ak1IZ& r
2.2 前轮角阶跃输入下汽车的稳态响应
稳态时横摆角速度ωr为定值，即 v& 0 、&r 0
k1k2uvu1akΒιβλιοθήκη Baidubk2r k1mur
ak1bk2uvu1 a2k1b2k2 r ak10
r
s
uL 1 Ku2
RR0 1Ku2
即当车速增加时，转向半径会随车速 增加而减小，在高速时，车辆很容易 失去稳定性。这是实际应用中所避免 的转向方式。
1）中性转向 2）不足转向
3）过多转向
稳态响应的三种类型
过多转向时，车辆很容易失去稳定性； 具有中性转向的车辆，如果装载不合 理，轮胎气压不合规定，其转向特性 也可能会化为过多转向特性。所以一 般的汽车都应具有不足转向特性。
Motor Fan 1996
轿车在侧向加速度
为0.3g时的平均K值
为0.0024s2/m2，
在0.5g时的平均K
值为0.0026s2/m2。
几个表征稳态响应的参数
1）前、后轮侧偏角绝对值之差α1-α2
2）转向半径的比R/R0
3）静态K储备Lm系2 数ka2S.Mkb.1
may L2ay
a k2
联立两式消去v，可得稳态横摆角速度增益
r
s
r s
uL
1Lm2ka2 kb1u2
uL 1Ku2
其中K
m L2
a k2
b k1
m a b
K
L2
k2
k1
K的大小是与车辆自身的质量，车 长，各轮胎侧偏刚度等因素相关的。
1）中性转向 2）不足转向 3）过多转向
稳态响应的三种类型
当 K=0 时，由
前轮角阶跃输入下进入的稳态响应 前轮角阶跃输入下的瞬态响应 横摆角速度频率响应特性
二、线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
前轮角阶跃输入下进入的稳态响应 前轮角阶跃输入下的瞬态响应 横摆角速度频率响应特性
2.1 二自由度汽车模型
假设
1）忽略转向系统的影响，直接以前轮转角作为输入； 2）忽略悬架的作用，车身只作平行于地面的平面运动；
r
s
uL 1Ku2
u L
即横摆角速度增益与车速成线性关系， 斜率为1 / L ，
1）中性转向 2）不足转向 3）过多转向
稳态响应的三种类型
当 K=0 时，由
r
s
uL 1Ku2
u L
即横摆角速度增益与车速成线性关系， 斜率为1 / L ，
r
s
1uKLu2
u L
R u L r
即当车速增加时，转向半径不会发生 改变，这是一种理想的状态。
当 K<0 时，由
r
s
uL 1 Ku2
即横摆角速度增益会大于同等车速下 中性转向的横摆角速度增益。
当ucr
-1 K，
r
s
趋于无穷大
u c r 称为临界车速，临界车速越低，过
多转向量越大。
1）中性转向 2）不足转向 3）过多转向
稳态响应的三种类型
当 K<0 时，由
r
s
uL 1 Ku2
即横摆角速度增益会大于同等车速下 中性转向的横摆角速度增益。
侧偏力 FY ：当路面倾斜、曲 线行驶离心力时，车轮中心沿 Y方向作用一个侧向力，相应 地地面产生一个侧向反作用力， 称为侧偏力。
侧偏现象：当车轮有侧向力作 用时，FY 没有达到附着极限， 车轮行驶方向亦将偏离车轮平 面的方向。轮胎接地印迹中心 线与轮胎平面的夹角称为侧偏 角。
侧偏现象：当车轮有侧向力 作用时，FY 没有达到附着极 限，车轮行驶方向亦将偏离 车轮平面的方向。轮胎接地 印迹中心线与轮胎平面的夹 角称为侧偏角。
车辆操纵稳定性
一、轮胎的侧偏特性
侧偏力 FY ：当路面倾斜、曲 线行驶离心力时，车轮中心沿 Y方向作用一个侧向力，相应 地地面产生一个侧向反作用力， 称为侧偏力。
刚性轮情况:当车轮有侧向力 作用时，当FY 没有达到附着极 限时，车轮与地面没有滑动， 车轮仍沿自身平面cc的方向行 驶。当FY 达到附着极限时，车 轮与地面有滑动，车轮有侧向 行驶。
二自由度汽车动力学分析
沿y轴的合力及绕z轴的合力矩为：
M FYZk1ak111k2bk222
其中：1au r
2vubr b ur
F Yk1 au r k2 b ur M Za k1 a u r b k2 b ur
二自由度汽车动力学分析
由
FY ma y
M Z I Z&r
稳态响应的三种类型
当 K>0 时，由
r
s
uL 1 Ku2
即横摆角速度增益会小于同等车速下 中性转向的横摆角速度增益。
r
s
uL 1 Ku2
RR0 1Ku2
即当车速增加时，转向半径会随车速 增加而增大，这是实际应用中所追求 的转向方式。
1）中性转向 2）不足转向 3）过多转向
稳态响应的三种类型
有侧偏现象时，轮胎印迹前端 离车轮平面近，侧向变形小； 后端变形大。地面微元侧向反 作用力合力在接地印迹几何中 心的后方，偏移的距离称为拖 距e
TZ FY e
二、线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
前轮角阶跃输入下进入的稳态响应 前轮角阶跃输入下的瞬态响应 横摆角速度频率响应特性
二、线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
绕y 轴的俯仰角和绕x 轴的侧倾角均为零；
3）汽车前进速度不变； 4）轮胎的侧偏特性在线性范围内； 5）假设驱动力不大，不考虑地面切向力对轮胎侧偏特性 的影响，没有空气动力的作用，忽略左右车轮轮胎由于载 荷变化而引起轮胎特性的变化以及回正力矩的作用。
汽车被简化为只有侧向和横摆两个自由度的两轮汽车模型。
在曲线线性段： FY k
轮胎的最大侧偏力取决于附着 条件，即垂直载荷，轮胎花纹、 材料、结构尺寸角等。
一般而言，最大侧偏力越大， 汽车的极限性能越好。
侧偏现象：当车轮有侧向力 作用时，FY 没有达到附着极 限，车轮行驶方向亦将偏离 车轮平面的方向。轮胎接地 印迹中心线与轮胎平面的夹 角称为侧偏角。
1）中性转向 2）不足转向 3）过多转向
稳态响应的三种类型
当 K>0 时，由
r
s
uL 1 Ku2
即横摆角速度增益会小于同等车速下 中性转向的横摆角速度增益。
当uch
1 K，
r
s
取到最大值
u c h 称为特征车速，当k值增加，相应
的特征车速将会降低
1）中性转向 2）不足转向 3）过多转向