车辆动力学

目录

前言 (1)

1 操纵稳定性的一般定义 (2)

1.1 操纵稳定性的评价指标 (2)

1.2 影响操纵稳定性的因素 (2)

1.3基于驾驶员模型的人车闭环客观评价 (2)

2 汽车行驶平顺性 (4)

2.1 平顺性评价指标 (4)

2.2 影响汽车行驶平顺性的结构因素 (4)

2.3国内外汽车行驶平顺性建模与仿真研究现状 (5)

2.3.1面向结构和面向参数的方法比较 (5)

2.3.2路面对汽车激励建模研究的现状 (6)

2.3.3汽车行驶平顺性仿真求解方法的研究现状 (7)

3 结论 (8)

参考文献 (9)

前言

操纵稳定性和行驶平顺性是汽车非常重要的性能指标, 而悬架系统对这两

个性能的优劣有着决定性影响, 因此, 如何设定悬架系统的弹性与阻尼元件(弹簧、减振器等 )的参数, 以保证汽车同时具有良好的操纵稳定性和行驶平顺

性一直是汽车底盘开发中的重要课题。

国内外在车辆操纵稳定性和行驶平顺性方面运用仿真手段进行优化已经开展了不少研究[1- 5]。但由于汽车操纵稳定性与行驶平顺性相互耦合影响,单纯基于某一项性能的优化往往会影响另一项性能, 因此, 单目标优化的方法未能对二者进行权衡比较。运用多体动力学分析工具与多目标优化技术进行联合仿真, 将操纵稳定性与行驶平顺性的各指标综合进行平衡和优化是解决上述问题的一个途径。

汽车的操纵稳定性和平顺性是指在驾驶者不感到过分紧张疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力汽车的操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度，而且也是决定高速汽车安全行驶的一个主要性能随着社会经济的发展和汽车科学技术的进步，公路交通呈现出行驶高速化、车流密集化和驾驶员非职业化的趋势。频繁的交通事故使公路的交通安全成为社会广泛关注的问题。为了保证安全行驶，汽车的操纵稳定性受到汽车设计者的很大重视，成为现代汽车的重要使用性能之一。几十年来，如何设计和试验汽车以获得良好的安全性，尤其是如何试验和评价汽车的操纵稳定性，始终是各国学者和设计师们的主要研究方向之一。

1 操纵稳定性的一般定义

汽车能按驾驶员操纵方向行驶，抵抗力图改变行驶方向的外界干扰，维持一定的速度，不会造成驾驶员过度紧张和疲劳，保持稳定行驶，汽车的这种能力称为操纵稳定性。汽车的操纵稳定性与交通安全有直接的关系，操纵稳定性不好的汽车难于控制，严重时还可能发生侧滑或倾翻，而造成交通事故。因此，良好的操纵稳定性是行车安全的重要保证。汽车的操纵稳定性可用汽车稳态转向特性、汽车稳定极限以及驾驶员一汽车系统在紧急状态下操纵稳定性作为评价指标。

1.1 操纵稳定性的评价指标

汽车稳态转向特性是评价汽车操纵稳定性的重要指标。稳态转向特性有j 种状况：不足转向、过度转向和中性转向。驾驶员都习惯于驾驶具有适度不足转向的汽车。所以，设计时，一般都要有适当的不足转向量，以保证汽车突然出现甩尾时仍能保持良好的驾驶性能。为保证在通常行驶状态下汽车具有良好的操纵稳定性，还要求汽车对方向盘角输人的响应要灵敏，直行性及回正性良好，转向操作轻便等。

汽车转向行驶时的稳定性极限对安全行车影响很大。如果驾驶员对汽车的操纵动作使汽车的运动状态超过了这一限度，汽车的运动就会失去稳定，发生侧滑或倾翻，从而危及行车安全。当前轮上的侧向反力先达到附着极限时，因前轮发生的侧滑，汽车的横摆角速度减小，转向半径增大，汽车将向外侧甩出，发生“偏航”现象。严重时，汽车会被甩出路外，导致交通事故。如果后轮上的侧向反力先达到附着极限，后轮将先于前轮向外侧侧滑，发生“甩尾”现象。因转向半径减小，极易诱发汽车倾翻。

1.2 影响操纵稳定性的因素

汽车本身结构参数，如汽车的轴距、重心位置、轮胎特性、悬挂装置与转向装置的结构形式和参数，汽车的使用因素，如离心力，对汽车的操纵性和稳定性影响很大。另外，还应注意速度对汽车操纵稳定性的影响。低速时，汽车呈不足转向，但在高速时，汽车有可能变为过度转向。所以在高速行车时，一定要注意方向盘的操纵，避免产生过大的离心力，以保证高速行车安全。

1.3基于驾驶员模型的人车闭环客观评价

20 世纪 80 年代初期开始，从理论与实验两方面着手研究人-车闭环系统。考虑到驾驶员特性在建模中可能出现的困难，比如时变系统、人与人之间差异及驾驶员有很强的适应能力等因素; 以及实际主观实验需要样车，实验受自然条件限制; 并且车辆模型的动力学特性建模确定的且比较成熟。所以，在实验方面可以采用驾驶模拟器代替车辆模型，由真实驾驶员操纵组成的闭环系统，规避了驾驶员建模的难度。理论方面驾驶员模型的建立考虑到人的学习性和适应性，所建立的驾驶员模型可以有效的仿真驾驶员-汽车闭环系统对道路的跟随过程。

人-车闭环系统在分析汽车性能的应用主要有以下几个方面: ( 1) 驾驶员操纵负担的分析( 体力、精神负担) ; ( 2) 闭环系统性能分析; ( 3) 侧风稳定性分析。

2 汽车行驶平顺性

汽车行驶平顺性的评价方法，通常是根据人体对振动的生理反应及对保持货物完整性的影响来制订的，并用振动的物理量，如频率、振幅、加速度、加速、变化率等作为行驶平顺性的评价指标。目前常用汽车车身振动的固有频率和振动加速度评价汽车的行驶平顺性。试验表明，为了保持汽车具有良好的行驶平顺性，车身振动的固有频率应为人体所习惯的步行时，身体上、下运动的频率。它约为60 ～ 85 次／分(1Hz ～ 1． 6HZ)，振动加速度极限值为 0.2～ 0.3g。为了保证所运输货物的完整性，车身振动加速度也不宜过大。如果车身加速度达到lg，未经固定的货物就有可能离开车厢底板。所以，车身振动加速度的极限值应低于 0.6～ O.7g。

2.1 平顺性评价指标

用加速度均方根值给出了人体在 1～ 80Hz 振动频率范围内对振动反应的三个不同感觉界限：舒适一降低界限、疲劳一工效降低界限和暴露极限。舒适一降低界限与保持舒适有关。在此极限内，人体对所暴露的振动环境主观感觉良好，并能顺利完成吃、读、写等动作。疲劳一T效降低界限与保持工作效率有关。当驾驶员承受振动在此极限内时，能保持正常地进行驾驶。暴露极限通常作为人体可以承受振动量的上限。当人体承受的振动强度在这个极限之内，将保持健康或安全。三个界限只是振动加速度容许值不同。“暴露极限”值为“疲劳一 T 效降低界限”的2倍(增加 6dB)；“舒适一降低界限”为“疲劳一T效降低界限的l／ 3.15(降低lOdB)；而各个界限容许加速度值随频率的变化趋势完全相同。

2.2 影响汽车行驶平顺性的结构因素

为了便于分析，需要对由多质量组成的汽车振动系统进行简化。在研究振动时，常将汽车由当量系统代替，即把汽车视为由彼此相联系的悬挂质量与非悬挂质量所组成。汽车的悬挂质量南车身、车架及其上的总成所构成。该质量通过质心的横轴 Y 的转动惯量为，悬挂质量由减振器和悬架弹簧与车轴、车轮相连。车轮、车轴构成的非悬挂质量为，车轮再经过具有一定弹性和阻尼的轮胎支承路面上。悬架结构、轮胎、悬挂质量和非悬挂质量是影响汽车平顺性的重要因，悬挂结构主要指弹性元件、导向装置与减振装置，其中弹性元件与悬架系统中阻尼影响较大。弹性元件将汽车车身看成一个在弹性悬架上作单自由度振动减少悬