汽车横向动力学.pptx

第一章
绪
论
汽车系统动力学的研究内容
1.
轮胎动力学
建立汽车纵向动力学、横向动
力学、垂向动力学的运动方程
和数学模型，分析汽车的加速
性能、制动性能、操纵稳定性
和平顺性及性能的评价、主要
影响因素和改善，并研究各种
控制方法。
2. 汽车纵向动力学
3. 横向动力学
4. 垂向动力学
5. 多刚体动力学
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第四章
汽车横向动力学
问题的提出：
随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，消费者对
汽车安全性的关注越来越多，如何提高安全性是现代汽车研
究的重要课题之一。汽车的安全性主要包括两个方面：主动
安全性和被动安全性。
事故后安全和生态安全。
主动安全性－－如何通过车辆的设计尽量减少或避免交通事
故的发生；
被动安全性－－通过车辆的设计使车辆在发生事故时尽量减
小对乘员的伤害。
发展趋势－－电子控制装置应用于汽车，提高了汽车的主动
安全性。
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第四章
汽车横向动力学
汽车转向系统数学模型
一、 自由度分析
主
要
内
容
二、 二自由度汽车模型
三、 三自由度模型
四、 四自由度汽车模型
五、 多自由度汽车模型
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第四章
汽车横向动力学
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。这一特性影响到汽车操纵的
方便性和稳定性，所以也是汽车安全性的重要因素之一。
作为系统的输入可以是转向盘上力输入，也可以是角输入，
系统的输出是系统的稳态响应和瞬态响应，如图4-1-1所示。
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第四章
汽车横向动力学
z
一、横向运动自由度分析
V
直线制动：
√
转向时： √
υ
×
√
w
√
×
p
×
√
q
√
×
γ
×
√
r
w
&
ms (υ − w ⋅ p +V ⋅γ ) = ∑Fy
&
ms (w −V ⋅q +υ ⋅ p) = ∑Fz
&
I x p − ( I y − I z )qγ = ∑ M x
I zγ& − ( I x − I y ) pq = ∑ M z
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&
ms (V −υ ⋅γ + w ⋅ q)= ∑Fx
V
x
υ
p
q
y
&
ms (V −υ ⋅γ )= ∑Fx
&
Ix p = ∑Mx
&
Izγ = ∑Mz
&
ms (υ +V ⋅γ ) = ∑Fy
&
I y q − ( I z − I x ) pγ = ∑ M y
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第四章
汽车横向动力学
二、两自由度汽车模型(即角位移输入下的响应 )
汽车只作平行于路面的平面运动，并考虑了轮胎侧偏特性。
假定：
1）汽车无垂直方向运动，也无绕y轴和x轴的俯仰和侧倾运动；
2）汽车作等速运动，不考虑切向力和空气动力的作用；
3）忽略转向系统影响，直接以前轮转角作为输入；
4）不考虑左右车轮由于载荷变化引起轮胎特性变化和回正力矩
的作用。
两轮摩托车模型具有侧向和横摆运动两自由度，则横向运动
方程可简化为：
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第四章
汽车横向动力学
&
ms (V −υ ⋅γ )= ∑ Fx
&
I x p = ∑ M x
Izγ& = ∑ Mz
其中：
&
ms (υ +V ⋅γ ) = ∑ Fy
&
ms (υ +V ⋅γ ) = ∑Fy
&
Izγ = ∑Mz
∑F = F + F = Kα α + Kα α
∑M = L F − L F
y
y1
y2
1 1
z
a y1
b y2
2 2
前后轮胎侧偏角：
α1 =
Laγ
υ
+β −δ
α 2 = β −
Lb γ
υ
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第四章
汽车横向动力学
则可得：
γ 2
(La Kα1 − Lb Kα 2 )β + (La Kα1 − L2 Kα 2 )−La Kα1δ = Izγ&
b
υ
γ
&
(Kα1 + Kα 2 )β + (La Kα1 − Lb Kα 2 )− Kα1δ = ms (υ +γ&υ)
υ
消除υ,解方程，则有
ωr ⎞
u / L
u / L
=
⎟ =
δ ⎠S 1+ m ( L1 − L2 )u2 1+ Ku2
2
L k2
k1
m L1 L2
其中: K =
( −
)
2
L