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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稳定行驶的能力。 汽车的操纵稳定性是汽车主动安全性的重要评价指标。,汽车的操纵稳定性,2022/11/13,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。 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,2022/11/13,江苏大学,2,1.转向盘角阶跃输入下的响应,稳态响应,瞬态响应,横摆角速度增益转向灵敏度。,评价参量,反应
2、时间。 横摆角速度波动的无阻尼圆频率。,评价参量,2022/11/13,江苏大学,3,转向盘转角正弦输入下，频率由0变化时，汽车横摆角速度与转向盘转角的振幅比及相位差的变化规律。,共振峰频率。共振时振幅比。相位滞后角。稳态增益。,评价参量,2.横摆角速度频率响应特性,2022/11/13,江苏大学,4,3.转向盘中间位置操纵稳定性,转向灵敏度。转向盘力特性。转向功灵敏度。,评价参量,转向盘力输入下的时域响应。,回正后剩余横摆角速度与剩余横摆角。 达到剩余横摆角速度的时间。,评价参量,4.回正性,转向盘小转角、低频正弦输入下，汽车高速行驶时的操纵稳定性。,2022/11/13,江苏大学,5,k侧
3、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4度以内时，轮胎侧偏特性呈现线性变化,轮胎的侧偏特性,3.FY曲线,2022/11/13,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入的响应,2022/11/13,江苏大学,7,线性二自由度汽车模型运动微分方程,1.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
4、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。,2022/11/13,江苏大学,8,x,y,2.两轮汽车模型及车辆坐标系,2022/11/13,江苏大学,9,确定汽车质心（绝对）加速度在车辆坐标系的分量ax和ay。,3.运动学分析,沿Ox轴速度分量的变化为,2022/11/13,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,2022/11/13,江苏大学,11,考虑到角较小,4.二自由度汽车动力学分析
5、,2022/11/13,江苏大学,12,质心侧偏角,2022/11/13,江苏大学,13,由于,整理后得二自由度汽车运动微分方程式,2022/11/13,江苏大学,14,状态空间,2022/11/13,江苏大学,15,仿真数据仿真时间汽车总质量绕 轴转动惯量 轴距 质心至前轴距离 质心至后轴距离 前轮总侧偏刚度 后轮总侧偏刚度,2022/11/13,江苏大学,16,仿真模型,2022/11/13,江苏大学,17,前轮转角为 1度，车速为 80km/h,2022/11/13,江苏大学,18,比较不同前轮角阶跃输入（1度，2度，3度 ），车速在 80km/h,2022/11/13,江苏大学,19,
6、输出信号分为3条，黄色实线表示前轮转角 为 1度，粉红色虚线表示前轮转角为 2度，蓝绿色点线表示前轮转角为 3度,2022/11/13,江苏大学,20,输出信号分为3条，黄色实线表示前轮转角 为 1度，粉红色虚线表示前轮转角为 2度，蓝绿色点线表示前轮转角为 3度,2022/11/13,江苏大学,21,总结,由上面两幅图，可以看出在车速为80km/h 下，随着前轮转角的增大（1度，2度，3度 ），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，因此应该避免在高速行驶时急转方向盘产生大的前轮转角。,2022/11/13,江苏大学,22,比较前轮转角为2度，不同
7、车速（60km/h，80km/h，100km/h）下，横摆角速度响应曲线和质心侧偏角响应曲线的变化,2022/11/13,江苏大学,23,黄色实线表示车速为60km/h ，粉红色虚线表示车速为80km/h ，蓝绿色点线表示车速为100km/h,2022/11/13,江苏大学,24,黄色实线表示车速为60km/h ，粉红色虚线表示车速为80km/h ，蓝绿色点线表示车速为100km/h,2022/11/13,江苏大学,25,总结,由图可知，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；而增加行驶速度，可使反映时间缩短。因此，较低的行驶速度使汽车具有更好的瞬
8、态响应特性。,2022/11/13,江苏大学,26,四,结论,通过建立汽车动力学模型，对汽车操纵性进行了模拟，和汽车理论（第五版）教材上的理论吻合，取得了比较好的效果。由此可知车速和前轮转角都对二自由度汽车操纵稳定性有很大影响。汽车以较低速度，较小的前轮转角行驶时，是相对安全的。,2022/11/13,江苏大学,27,五,参考文献,1（清华大学）余志生.汽车理论（第五版）M.北京.机械工业出版社，2011.2（江苏大学）王国林，杨建，樊旭峰，陆丹.基于Simulink的汽车高速行驶姿态的影响因素分析M.20053（南京航空航天大学）姜宏，赵又群.基于MATLAB/Simulink和神经网络的四轮转向车辆控制研究M.2007,2022/11/13,江苏大学,28,谢谢观看,2022/11/13,江苏大学,29,
