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1、 汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的情况下，汽车能遵循驾驶者通过转向系统及转向车轮给定的情况下，汽车能遵循驾驶者通过转向系统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。稳定行驶的能力。 汽车的操纵稳定性是汽车汽车的操纵稳定性是汽车主动安全性主动安全性的重要评价指标。的重要评价指标。汽车的操纵稳定性2024/8/9江苏大学1 汽车在转向盘输入或外界干扰输入下的侧向运动响应随汽车在转向盘输入或外界干扰输入下的侧向运动响应随时间而变化的特性称为时域
2、响应特性。时间而变化的特性称为时域响应特性。 转向盘输入有角位移输入和力矩输入。转向盘输入有角位移输入和力矩输入。 外界干扰输入主要是指侧向风和路面不平产生的侧向力外界干扰输入主要是指侧向风和路面不平产生的侧向力。一、操纵稳定性包含的内容2024/8/9江苏大学21.转向盘角阶跃输入下的响应稳态响应稳态响应瞬态响应瞬态响应 横摆角速度增益横摆角速度增益转转向灵敏度。向灵敏度。评价参量评价参量 反应时间。反应时间。 横摆角速度波动的横摆角速度波动的无阻尼圆频率。无阻尼圆频率。评价参量评价参量2024/8/9江苏大学3 转向盘转角正弦输入转向盘转角正弦输入下，频率由下，频率由0变化变化时，汽车横摆
3、角速度与时，汽车横摆角速度与转向盘转角的振幅比及转向盘转角的振幅比及相位差的变化规律。相位差的变化规律。 共振峰频率。共振峰频率。 共振时振幅比。共振时振幅比。 相位滞后角。相位滞后角。 稳态增益。稳态增益。评价参量评价参量2.横摆角速度频率响应特性2024/8/9江苏大学43.转向盘中间位置操纵稳定性 转向灵敏度。转向灵敏度。 转向盘力特性。转向盘力特性。 转向功灵敏度。转向功灵敏度。评价参量评价参量 转向盘力输入转向盘力输入下的时域响应。下的时域响应。 回正后剩余横摆角回正后剩余横摆角速度与剩余横摆角。速度与剩余横摆角。 达到剩余横摆角速达到剩余横摆角速度的时间。度的时间。评价参量评价参量
4、4.回正性 转向盘小转角、低频转向盘小转角、低频正弦输入下，汽车高速正弦输入下，汽车高速行驶时的操纵稳定性。行驶时的操纵稳定性。2024/8/9江苏大学5k侧偏刚度。 FY一定时希望侧偏角越小越好，所以 |k| 越大越好。 前轮侧偏角在前轮侧偏角在4度以内度以内时，轮胎侧偏特性呈现线时，轮胎侧偏特性呈现线性变化性变化 轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏特性3.FY曲线曲线2024/8/9江苏大学6 本节将首先建立线性二自由度汽车模型，在此基础上，分析汽车的稳态响应特性、瞬态响应特性和频率响应特性。线性二自由度汽车模型对前轮角输线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应入的响应2024/8/9江苏大学7线性二
5、自由度汽车模型运动微分方程线性二自由度汽车模型运动微分方程1.建模中假设建模中假设 2）忽略悬架的作用；车身只作平行于地面的平面运动，绕 z 轴的位移、绕 y 轴的俯仰角和绕 x 轴的侧倾角均为零，且 ； 3）汽车前进速度不变。 在上述假设下，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。 1）忽略转向系统的影响，直接以前轮转角作为输入； 假定汽车 ay0.4g，轮胎侧偏特性处于线性范围内；不计地面切向力FX、外倾侧向力 、回正力矩 TZ、垂直载荷的变化对轮胎侧偏刚度的影响。2024/8/9江苏大学8xy2.两轮汽车模型及车辆坐标系两轮汽车模型及车辆坐标系2024/8/9江苏大学9 确定
6、汽车质心（绝对）加速度在车辆坐标系的分量ax和ay。3.运动学分析运动学分析 沿Ox轴速度分量的变化为2024/8/9江苏大学10上式除以t并取极限得考虑到 很小并忽略二阶微量同理可得2024/8/9江苏大学11考虑到角较小4.二自由度汽车动力学分析二自由度汽车动力学分析2024/8/9江苏大学12质心侧偏角2024/8/9江苏大学13由于 整理后得二自由度汽车运动微分方程式2024/8/9江苏大学14状态空间2024/8/9江苏大学15v仿真数据v仿真仿真时间v汽汽车总质量量v绕轴转动惯量量v轴距距v质心至前心至前轴距离距离v质心至后心至后轴距离距离v前前轮总侧偏偏刚度度v后后轮总侧偏偏刚度
7、度2024/8/9江苏大学16v仿真模型2024/8/9江苏大学17前轮转角为前轮转角为 1 1度，车速为度，车速为 80km/h80km/h2024/8/9江苏大学18比较不同前轮角阶跃输入（比较不同前轮角阶跃输入（1 1度，度，2 2度，度，3 3度度 ），车速在），车速在 80km/h80km/h2024/8/9江苏大学19输出信号分为输出信号分为3 3条，条，黄色实线黄色实线表示前轮转角表示前轮转角 为为 1 1度，度，粉红色粉红色虚线虚线表示前轮转角为表示前轮转角为 2 2度，度，蓝绿色点线蓝绿色点线表示前轮转角为表示前轮转角为 3 3度度2024/8/9江苏大学20输出信号分为输出
8、信号分为3 3条，条，黄色实线黄色实线表示前轮转角表示前轮转角 为为 1 1度，度，粉红色虚线粉红色虚线表表示前轮转角为示前轮转角为 2 2度，度，蓝绿色点线蓝绿色点线表示前轮转角为表示前轮转角为 3 3度度2024/8/9江苏大学21总结总结v由由上上面面两两幅幅图，可可以以看看出出在在车速速为80km/h下下，随随着着前轮转角的增大（1度度，2度度，3度度），汽汽车质心侧偏角明显增大并开始出现振荡，固有圆频率及阻尼比减小，超调量及稳定时间增加，因因此此应该避免在高速行驶时急转方向盘产生大的前轮转角。2024/8/9江苏大学22v比比较前前轮转角角为2度，不同度，不同车速（速（60km/h，
9、80km/h，100km/h）下，横）下，横摆角速度响角速度响应曲曲线和和质心心侧偏角响偏角响应曲曲线的的变化化2024/8/9江苏大学23黄色实线黄色实线表示车速为表示车速为60km/h60km/h，粉红色虚线粉红色虚线表示车表示车速为速为80km/h80km/h，蓝绿色点线蓝绿色点线表示车速为表示车速为100km/h100km/h2024/8/9江苏大学24黄黄色色实实线线表表示示车车速速为为60km/h60km/h，粉粉红红色色虚虚线线表表示示车车速速为为 80km/h80km/h ， 蓝蓝 绿绿 色色 点点 线线 表表 示示 车车 速速 为为 100km/h100km/h2024/8/
10、9江苏大学25总结总结v由由图可知，可知，降低汽车行驶速度，可以减小质心侧偏角，使固有圆频率及阻尼比增加，超调量及稳定时间减少；而；而增加行驶速度，可使反映时间缩短。因此因此，较低的行驶速度使汽车具有更好的瞬态响应特性。2024/8/9江苏大学26四四, ,结论结论v通通过建建立立汽汽车动力力学学模模型型，对汽汽车操操纵性性进行行了了模模拟，和和汽汽车理理论（第第五五版版）教教材材上上的的理理论吻吻合合，取取得得了了比比较好好的的效效果果。由由此此可可知知车速速和和前前轮转角角都都对二二自自由由度度汽汽车操操纵稳定定性性有有很很大大影影响响。汽汽车以以较低低速速度度，较小小的的前前轮转角角行行
11、驶时，是是相相对安安全的。全的。v2024/8/9江苏大学27五五, ,参考文献参考文献v1（清（清华大学）余志生大学）余志生.汽汽车理理论（第五版）（第五版）M.北京北京.机械工机械工业出版社，出版社，2011.v2（江（江苏大学）王国林，大学）王国林，杨建，樊旭峰，建，樊旭峰，陆丹丹.基于基于Simulink的汽的汽车高速行高速行驶姿姿态的影响因素的影响因素分析分析M.2005v3（南京航空航天大学）姜宏，（南京航空航天大学）姜宏，赵又群又群.基于基于MATLAB/Simulink和神和神经网网络的四的四轮转向向车辆控制研究控制研究M.2007v2024/8/9江苏大学28谢谢观看谢谢观看2024/8/9江苏大学29
