畢業(yè)論文--汽車(chē)專(zhuān)業(yè)輪胎方面論文行駛安全

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性不僅影響到汽車(chē)駕駛的操縱方便程度，也是決定汽車(chē)高速安全行駛的一個(gè)主要參數(shù)。本文通過(guò)對(duì)二自由度汽車(chē)模型的模擬仿真，就輪胎的胎壓、不同型號(hào)的輪胎、汽車(chē)的重心等參數(shù)，對(duì)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的影響進(jìn)行分析。首先在描述汽車(chē)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上建立了二自由度汽車(chē)模型的數(shù)學(xué)模型。然后根據(jù)數(shù)學(xué)模型，用MATLAB/Simulink建立

2、了仿真模型。最后用建立仿真的模型對(duì)汽車(chē)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，主要考察的是輪胎的胎壓、輪胎匹配、汽車(chē)重心，對(duì)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的影響。從仿真結(jié)果可以看到，上述的參數(shù)對(duì)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的影響，并為今后的應(yīng)用給出了理論依據(jù)。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】汽車(chē)操縱穩(wěn)定性；二自由度汽車(chē)模型；轉(zhuǎn)向特性；仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p>&l

3、t;p>　　The handling and stability of vehicle not only influences the convenience of controlling the car, but also is an important safe parameter in a high speed running. In this paper, a car model with two degree of fr

4、eedoms was constructed for modeling the performance of handling and stability of cars. At the same time, the influence factors such as the tire pressure, the different types of tires and the center of gravity of the vehi

5、cle were considered to illustrate the effect of these parameters on t</p><p>　　【Key words】The handling and stability of vehicle; car model with two degree of freedoms; Steering characteristics; Simulation<

6、;/p><p><b>　　1.前言</b></p><p>　　汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性是指在駕駛者不感到過(guò)分緊張、疲勞的條件下，汽車(chē)能遵守駕駛者通過(guò)轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向車(chē)輪給定的方向行駛，且當(dāng)遭遇外界干擾時(shí)，汽車(chē)能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力。</p><p>　　汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性是汽車(chē)的一個(gè)重要性能，它影響到高速汽車(chē)的安全性，被人們稱(chēng)為“汽車(chē)的生命線(xiàn)”。隨著

7、道路的改善，特別是高速公路的發(fā)展，汽車(chē)以100km/h或更高的車(chē)速行駛的情況是常見(jiàn)的?，F(xiàn)代轎車(chē)設(shè)計(jì)的最高車(chē)速一般常超過(guò)200km/h，有的運(yùn)動(dòng)型轎車(chē)甚至超過(guò)300km/h。因此，汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性日益受到重視，成為現(xiàn)代汽車(chē)的重要使用性能之一。</p><p>　　1.1汽車(chē)操縱穩(wěn)定性包含的內(nèi)容</p><p>　　汽車(chē)操縱穩(wěn)定性涉及的問(wèn)題較為廣泛。在汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的研究中，常把汽車(chē)作為一個(gè)控

8、制系統(tǒng)，求出汽車(chē)曲線(xiàn)行駛時(shí)的時(shí)域響應(yīng)與頻域響應(yīng)，并以它們來(lái)表征汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性能。 </p><p>　　汽車(chē)曲線(xiàn)行駛時(shí)的時(shí)域響應(yīng)是指汽車(chē)在轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入或外界側(cè)向干擾輸入下的側(cè)向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入有兩種形式：給轉(zhuǎn)向盤(pán)作用一個(gè)角位移，稱(chēng)為角位移書(shū)輸入，簡(jiǎn)稱(chēng)角輸入；給轉(zhuǎn)向盤(pán)作用一個(gè)力矩，稱(chēng)為力矩輸入，簡(jiǎn)稱(chēng)力輸入。駕駛員在實(shí)際駕駛車(chē)輛時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)的這兩種輸入是同時(shí)加入的。</p><p>　

9、　轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入下進(jìn)入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，就是表征汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)向盤(pán)角位移輸入下的時(shí)域響應(yīng)。</p><p>　　橫擺角速度頻率響應(yīng)特性是轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角正弦輸入下，頻率由零到無(wú)限大時(shí)，汽車(chē)橫擺角速度與轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角的振幅比及相位差的變化圖形。它是另一個(gè)重要的表征汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的基礎(chǔ)特性。</p><p>　　轉(zhuǎn)向盤(pán)中間位置操縱穩(wěn)定性是轉(zhuǎn)向盤(pán)小轉(zhuǎn)角、低頻正弦輸入下汽車(chē)高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性。</

10、p><p>　　轉(zhuǎn)向半徑是評(píng)價(jià)汽車(chē)機(jī)動(dòng)靈活性的物理參量。</p><p>　　轉(zhuǎn)向輕便性是評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)輕便程度的特性。</p><p>　　汽車(chē)的直線(xiàn)行駛性能是評(píng)價(jià)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的另一個(gè)重要方面。其中，側(cè)向風(fēng)穩(wěn)定性與路面不平度穩(wěn)定性是汽車(chē)直線(xiàn)行駛時(shí)在外界側(cè)向干擾輸入下的時(shí)域響應(yīng)。</p><p>　　典型行駛工況性能是指汽車(chē)通過(guò)某種模擬典型駕駛

11、操作的通道的性能。它們能更如實(shí)的地反映汽車(chē)地操縱穩(wěn)定性。</p><p>　　極限駕駛性能是指汽車(chē)在處于正常行駛與異常危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)之間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的特性。它表明了汽車(chē)安全行駛的極限性能。</p><p>　　本文只討論上述內(nèi)容的最基本的部分：轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、瞬態(tài)響應(yīng)。</p><p>　　1.2轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入下的時(shí)域響應(yīng)</p><p

12、>　　汽車(chē)的時(shí)域響應(yīng)可分為不隨時(shí)間變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和隨時(shí)間變化的瞬態(tài)響應(yīng)。例如，汽車(chē)等速直線(xiàn)行駛是一種穩(wěn)態(tài)；若在汽車(chē)等速直線(xiàn)行駛時(shí)，急速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)至某一轉(zhuǎn)角時(shí)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)并維持此角不變，即給汽車(chē)以轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入，一般汽車(chē)經(jīng)短暫時(shí)間后便進(jìn)入等速圓周行駛，這也是一種穩(wěn)態(tài)，稱(chēng)為轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入下進(jìn)入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。</p><p>　　在等速直線(xiàn)行駛與等速圓周行駛這兩個(gè)穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)之間的過(guò)渡過(guò)程便是一種瞬態(tài)，相應(yīng)的瞬

13、態(tài)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)稱(chēng)為轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)。</p><p>　　汽車(chē)的等速圓周行駛，即汽車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入下進(jìn)入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，雖然在實(shí)際行駛中不常出現(xiàn)，卻是表征汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的一個(gè)重要的時(shí)域響應(yīng)，一般也稱(chēng)它為汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性。汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性分為三種類(lèi)型：不足轉(zhuǎn)向、中性轉(zhuǎn)向額和過(guò)多轉(zhuǎn)向。</p><p>　　圖1－1汽車(chē)的三種穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性</p><p>　　這

14、三種不同轉(zhuǎn)向特性的汽車(chē)具有如下行駛特點(diǎn)：在轉(zhuǎn)向盤(pán)保持一固定轉(zhuǎn)向角下，緩慢加速或以不同車(chē)速等速行駛時(shí)，隨著車(chē)速的增加，不足轉(zhuǎn)向的汽車(chē)的轉(zhuǎn)向半徑R增大；中性轉(zhuǎn)向汽車(chē)的轉(zhuǎn)向半徑維持不變；而過(guò)多轉(zhuǎn)向汽車(chē)的轉(zhuǎn)向半徑則越來(lái)越小。操縱穩(wěn)定性良好的汽車(chē)應(yīng)具有適度的不足轉(zhuǎn)向特性。一般汽車(chē)具有過(guò)多轉(zhuǎn)向特性，也不應(yīng)具有中性轉(zhuǎn)向特性，因?yàn)橹行赞D(zhuǎn)向汽車(chē)在使用條件變動(dòng)時(shí)，有可能轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)多轉(zhuǎn)向特性。</p><p>　　汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性同汽車(chē)

15、行駛時(shí)的瞬態(tài)響應(yīng)有密切關(guān)系。常用轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)來(lái)表征汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性。</p><p>　　汽車(chē)的等速行駛,即汽車(chē)轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng),雖然在實(shí)際行駛中不常出現(xiàn),卻是表征汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的一個(gè)重要的時(shí)域響應(yīng),一般也稱(chēng)它為汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性。汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性分為三種類(lèi)型：不足轉(zhuǎn)向、中性轉(zhuǎn)向和過(guò)多轉(zhuǎn)向。這三種不同轉(zhuǎn)向特性的汽車(chē)具有如下行駛特點(diǎn)：在轉(zhuǎn)向盤(pán)保持一固定轉(zhuǎn)角下，緩慢加速或以不同車(chē)速等速行

16、駛時(shí)，隨著車(chē)速的增加，不足轉(zhuǎn)向的汽車(chē)的轉(zhuǎn)向半徑R增大;中性轉(zhuǎn)向汽車(chē)的轉(zhuǎn)向半徑維持不變；而過(guò)多轉(zhuǎn)向汽車(chē)的轉(zhuǎn)向半徑則越來(lái)越小。操縱穩(wěn)定性良好的汽車(chē)應(yīng)具有適度的不足轉(zhuǎn)向特性。一般汽車(chē)不應(yīng)具有中性轉(zhuǎn)向特性，因?yàn)檗D(zhuǎn)向中性的汽車(chē)在汽車(chē)使用條件變動(dòng)時(shí)，有可能轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)多轉(zhuǎn)向特性。</p><p>　　汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性同汽車(chē)行駛的瞬態(tài)響應(yīng)有密切的關(guān)系。常用轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)來(lái)表征汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性。</p>

17、<p>　　本文將主要對(duì)汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行分析，了解汽車(chē)的各種因素對(duì)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的影響。此外，還會(huì)對(duì)汽車(chē)的瞬態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行一些簡(jiǎn)要的分析。</p><p>　　1.3汽車(chē)操縱穩(wěn)定性研究的歷史與現(xiàn)狀</p><p>　　對(duì)汽車(chē)操縱性穩(wěn)定性的系統(tǒng)研究，早在20世紀(jì)30年代就已經(jīng)開(kāi)始。而利用二自由度汽車(chē)模型（橫擺和側(cè)向）對(duì)操縱穩(wěn)定性的研究是從20世紀(jì)50年代開(kāi)始的。此后，運(yùn)動(dòng)方程

18、式通過(guò)各種修正得越來(lái)越精密，其它很多影響（如輪胎得動(dòng)特性、轉(zhuǎn)向特性、懸架特性、影響非線(xiàn)性的加速度等）因素常常通過(guò)等效側(cè)偏剛度簡(jiǎn)化為二自由度系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。為更詳細(xì)分析汽車(chē)的各種性能，人們也提出自由度越來(lái)越多的動(dòng)力學(xué)模型。利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)性能在設(shè)計(jì)初就可以詳細(xì)的預(yù)知，同時(shí)提出各種評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性。</p><p>　　目前，汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的計(jì)算機(jī)仿真研究，主要是建立精確的多自由度數(shù)學(xué)模

19、型，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，研究各設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)操縱穩(wěn)定性的影響。經(jīng)過(guò)學(xué)者們的不斷努力，力學(xué)模型逐漸由線(xiàn)性模型發(fā)展到非線(xiàn)性復(fù)合參數(shù)模型。近20年發(fā)展起來(lái)的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論為建立多自由度汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型提供了一個(gè)有力的工具。</p><p>　　汽車(chē)操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的研究過(guò)程：20世紀(jì)60年代以前基本上都是用開(kāi)環(huán)評(píng)價(jià)方法；70年代初期，人們用系統(tǒng)工程學(xué)方法探索操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法；70年代中期以后，利用駕駛員對(duì)汽車(chē)直線(xiàn)行駛性

20、能、轉(zhuǎn)彎行駛性能和轉(zhuǎn)向輕便性的特性的感覺(jué)，進(jìn)行主觀(guān)評(píng)價(jià)；80年代初，從理論和試驗(yàn)兩各方面著手，重新開(kāi)始深入地研究駕駛員－車(chē)輛－道路閉環(huán)系統(tǒng)；90年代以來(lái)，郭孔恢教授提出了各個(gè)單項(xiàng)總方差評(píng)價(jià)指標(biāo)及閉環(huán)系統(tǒng)主動(dòng)安全性地綜合評(píng)價(jià)與優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　1.4汽車(chē)操縱穩(wěn)定性研究和評(píng)價(jià)方法</p><p>　　開(kāi)環(huán)研究是把汽車(chē)作為一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，不包括駕駛員特性，求出汽車(chē)曲線(xiàn)行駛的時(shí)

21、域響應(yīng)和頻率響應(yīng)特性，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)分析。把汽車(chē)作為駕駛員－汽車(chē)閉環(huán)系統(tǒng)的被控制環(huán)節(jié)，根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)特性的分析和綜合，對(duì)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性進(jìn)行研究和 評(píng)價(jià)，被稱(chēng)為閉環(huán)方法。該方法更能全面徹底的研究和評(píng)價(jià)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性。</p><p>　　汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的另一類(lèi)方法是客觀(guān)、主觀(guān)評(píng)價(jià)?？陀^(guān)評(píng)價(jià)是通過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)測(cè)試一些與操縱穩(wěn)定性有關(guān)的汽車(chē)運(yùn)動(dòng)量，然后與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較評(píng)價(jià)；主觀(guān)評(píng)價(jià)是駕駛員根據(jù)任務(wù)要求操縱汽車(chē)時(shí)

22、，依據(jù)對(duì)操縱動(dòng)作難易程度來(lái)評(píng)價(jià)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性。</p><p>　　操縱穩(wěn)定性研究和評(píng)價(jià)還有其它一些分類(lèi)方法：按操縱穩(wěn)定性定義可分為指令反應(yīng)和擾動(dòng)反應(yīng)；按汽車(chē)個(gè)部分力學(xué)特性是否在線(xiàn)性范圍內(nèi)可分為線(xiàn)性區(qū)和非線(xiàn)性區(qū)；按駕駛員操縱輸入可分為力輸入反應(yīng)和角輸入反應(yīng)；按汽車(chē)各部分是否達(dá)到平衡狀態(tài)可分為穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)。</p><p>　　1.5人－車(chē)閉環(huán)系統(tǒng)的研究和評(píng)價(jià)</p><p

23、>　　自上20世紀(jì)50年代以來(lái)，人們一直試圖在開(kāi)環(huán)內(nèi)解決汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)和研究問(wèn)題。大量的研究表明，客觀(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)是在開(kāi)環(huán)條件下提出的。而主觀(guān)評(píng)價(jià)是駕駛員按照一定的跟隨要求操縱汽車(chē)時(shí)對(duì)汽車(chē)操縱動(dòng)作難易程度的感覺(jué)，這種感覺(jué)不僅取決于汽車(chē)本身的特性，還取決于人的行為特性、對(duì)道路跟蹤的要求。因此，汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的研究和評(píng)價(jià)必須是包括駕駛員在內(nèi)的人－車(chē)－路閉環(huán)系統(tǒng)操縱穩(wěn)定性的研究和評(píng)價(jià)。</p><p>　　20

24、世紀(jì)80年代以來(lái)，研究者們重新開(kāi)始了駕駛員行為特性的研究，并提出了各種駕駛員方向控制模型。其中較具有代表性的是MacAdam的最優(yōu)預(yù)瞄控制模型和郭孔輝教授提出的最優(yōu)預(yù)瞄加速度模型。駕駛員模型的提出使人們能在理論上對(duì)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性進(jìn)行閉環(huán)預(yù)測(cè)和客觀(guān)評(píng)價(jià)，并且解決了主觀(guān)評(píng)價(jià)和客觀(guān)評(píng)價(jià)不一致的矛盾。</p><p>　　郭孔輝教授在駕駛員模型、人－車(chē)閉環(huán)模型特性及人－車(chē)閉環(huán)系統(tǒng)的定量評(píng)價(jià)方面做了大量的研究工作，提出了

25、物理概念清晰、適用于汽車(chē)非線(xiàn)性、考慮多方面因素的駕駛員模型和定量評(píng)價(jià)人－車(chē)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。</p><p>　　1.6汽車(chē)操縱穩(wěn)定性研究存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　汽車(chē)操縱穩(wěn)定性很多研究還處于探索和完善階段。由于操縱穩(wěn)定性受研究目的、認(rèn)為感覺(jué)及環(huán)境條件等多種因素的影響，迄今為止還沒(méi)有找出公認(rèn)的評(píng)價(jià)操縱穩(wěn)定性的基準(zhǔn)；閉環(huán)系統(tǒng)中在考慮駕駛員負(fù)擔(dān)時(shí)，精神負(fù)擔(dān)模型化的問(wèn)題還沒(méi)有解

26、決；再如臨界狀態(tài)操縱穩(wěn)定性和駕駛員特性的研究等；空氣動(dòng)力特性和各種陣風(fēng)、整車(chē)參數(shù)和部件（特別是輪胎、懸架、轉(zhuǎn)向系等）特性的選擇對(duì)操縱穩(wěn)定性的影響等，也還有不少?zèng)]有被認(rèn)識(shí)的領(lǐng)域；汽車(chē)在接近側(cè)滑狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)特性與汽車(chē)的安全事故之間的關(guān)系，這也是近年來(lái)著重研究的方向之一。如果以上問(wèn)題得以解決，相信汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展將會(huì)更上一層樓。</p><p>　　2.二自由度汽車(chē)模型的建立</p><p>　　

27、建立正確的操縱穩(wěn)定性模型的關(guān)鍵是對(duì)輪胎的充分了解。1925年Broulheit發(fā)現(xiàn)了汽車(chē)輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象，使人們的認(rèn)識(shí)有了突破。30年代Becker和R.D.Evans等初步研究了輪胎特性，然而直到90年代中期較為健全的理論才被建立，使分析車(chē)輛穩(wěn)定性成為可能。</p><p>　　最初建立的操縱穩(wěn)定性模型多為側(cè)向加速度小于0.3g的低自由度線(xiàn)性模型，最經(jīng)典的為汽車(chē)的二自由度模型。此類(lèi)型模型集中了汽車(chē)的主要性能，把影

28、響汽車(chē)性能的參數(shù)減至最少，可以求出數(shù)學(xué)模型的解析式，因而能得出普遍適用的結(jié)論，所以它至今仍然被廣泛使用。</p><p>　　2.1建立模型的假設(shè)條件</p><p>　　為了分析汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的基本特性，通常將其簡(jiǎn)化為線(xiàn)性二自由度的汽車(chē)模型。分析中忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響，直接以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入；忽略懸架的作用，認(rèn)為汽車(chē)車(chē)廂只作平行于地面的平面運(yùn)動(dòng)，即汽車(chē)沿z軸的位移，繞y軸的俯仰角與繞x軸的

29、側(cè)傾角均為零。并假設(shè)汽車(chē)沿x軸的速度u不變；汽車(chē)只有沿y軸的側(cè)向運(yùn)動(dòng)與繞軸的橫擺運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)自由度；汽車(chē)側(cè)向加速度限定在0.4g以下，輪胎側(cè)偏特性處于線(xiàn)性范圍；驅(qū)動(dòng)力不大，不考慮地面切向力對(duì)輪胎側(cè)偏特性的影響；忽略空氣動(dòng)力的作用；忽略左、右車(chē)輪輪胎由于載荷的變化而引起輪胎特性的變化以及輪胎回正力矩的作用。</p><p>　　圖2－1 二自由度汽車(chē)模型</p><p>　　這樣，就把汽車(chē)簡(jiǎn)化

30、為兩輪車(chē)模型，見(jiàn)圖2－1。它實(shí)際是一個(gè)由前后兩個(gè)有側(cè)向彈性的輪胎支承于地面、具有側(cè)向及橫擺運(yùn)動(dòng)的二自由度汽車(chē)模型。分析時(shí)，令車(chē)輛坐標(biāo)系的原點(diǎn)與汽車(chē)質(zhì)心重合。</p><p>　　2.2二自由度汽車(chē)模型的運(yùn)動(dòng)微分方程</p><p>　　顯然，汽車(chē)質(zhì)量分布參數(shù)如轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等，對(duì)因結(jié)于汽車(chē)的這一動(dòng)坐標(biāo)系而言為常數(shù)。因此，只要將汽車(chē)的(絕對(duì))加速度與(絕對(duì))角加速度及外力與外力矩沿車(chē)輛坐標(biāo)系的軸線(xiàn)

31、分解，就可以列出沿這些坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)微分方程。</p><p>　　首先確定汽車(chē)質(zhì)心(絕對(duì))加速度在車(chē)輛坐標(biāo)系上的分量。參看圖2－2，Ox與Oy為車(chē)輛坐標(biāo)系的縱軸與橫軸。質(zhì)心速度v于t時(shí)刻在Ox軸上的分量為u0=u，在Oy軸上的分量為v0=v。由于汽車(chē)轉(zhuǎn)向行駛時(shí)伴有平移和轉(zhuǎn)動(dòng)，在t+Δt時(shí)刻，車(chē)輛坐標(biāo)系中質(zhì)心速度的大小與方向均發(fā)生變化，而車(chē)輛坐標(biāo)系的縱軸與橫軸的方向亦發(fā)生變化。所以，沿Ox軸速度分量的變化為<

32、/p><p>　　圖2－2利用固結(jié)于汽車(chē)的車(chē)輛坐標(biāo)系分析汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)</p><p><b>　?。?－1）</b></p><p>　　由于Δθ很小，，，忽略二階微量，則有</p><p><b>　?。?－2）</b></p><p>　　對(duì)式（2－2）除以Δt并取極限，就可求

33、出汽車(chē)質(zhì)心絕對(duì)加速度在車(chē)輛坐標(biāo)系Ox軸的分量為</p><p><b>　?。?－3）</b></p><p>　　同理，沿Oy軸速度分量的變化為</p><p><b>　?。?－4）</b></p><p><b>　　整理得</b></p><p>

34、;<b>　?。?－5）</b></p><p>　　汽車(chē)質(zhì)心絕對(duì)加速度在車(chē)輛坐標(biāo)系Oy軸的分量為</p><p><b>　?。?－6）</b></p><p>　　由圖2—1可知，二自由度汽車(chē)受到的外力沿y軸方向的合力與繞質(zhì)心的力矩和為</p><p><b>　?。?－7）</

35、b></p><p>　　由于δ很小cosδ=1，所以式（2－7）可寫(xiě)成為</p><p><b>　　（2－8）</b></p><p>　　式中，F(xiàn)Y1、FY2為地面對(duì)前、后輪的側(cè)向反作用力，即側(cè)偏力；δ為前輪轉(zhuǎn)角。因δ角較小，且FY1=k1α1和FY2=k2α2，則式（2－8）可改寫(xiě)為</p><p><

36、;b>　?。?－9）</b></p><p>　　汽車(chē)前、后輪側(cè)偏角與其運(yùn)動(dòng)參數(shù)有關(guān)。如圖2—1所示，汽車(chē)前、后軸中點(diǎn)的速度為u1、u2，側(cè)偏角為α1、α2，質(zhì)心側(cè)偏角為β，β=v/u。ξ是u1與x軸的夾角，質(zhì)心側(cè)偏角ξ值為</p><p><b>　?。?－10）</b></p><p>　　根據(jù)坐標(biāo)系的規(guī)定，前、后輪側(cè)偏角

37、為</p><p>　　由此，可列出側(cè)向外力及外力矩與汽車(chē)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的關(guān)系式為</p><p><b>　　（2－11）</b></p><p>　　式中，Iz為汽車(chē)?yán)@軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為汽車(chē)橫擺角加速度。</p><p>　　整理后得二自由度汽車(chē)運(yùn)動(dòng)微分方程式為</p><p><b>　　

38、（2－12）</b></p><p>　　方程組（2－12）雖簡(jiǎn)單，卻包含最重要的汽車(chē)質(zhì)量與輪胎側(cè)偏剛度兩方面的參數(shù)。所以，它能夠反映汽車(chē)曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)最基本的特征。</p><p>　　2.3汽車(chē)角階躍輸入下進(jìn)入的汽車(chē)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)</p><p><b>　　2.3.1穩(wěn)態(tài)響應(yīng)</b></p><p>　　汽車(chē)等速行

39、駛時(shí)，在前輪角階躍輸入下進(jìn)入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)就是等速圓周行駛。常用穩(wěn)態(tài)橫擺角速度與前輪轉(zhuǎn)角之比s來(lái)評(píng)價(jià)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。該比值被稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益或轉(zhuǎn)向靈敏度。</p><p>　　穩(wěn)態(tài)時(shí)橫擺角速度為定值，此時(shí)dv/dt=0,dωr/dt=0，以此代入式(2－12)得</p><p>　　將方程組（2－12）聯(lián)立并消去v，便可求得穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益為</p><p><

40、b>　?。?－13）</b></p><p>　　式中，，稱(chēng)為穩(wěn)定性因數(shù)，其單位為s2／m2。它也是表征汽車(chē)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的一個(gè)重要參數(shù)。</p><p>　　2.3.2穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的三種類(lèi)型</p><p>　　汽車(chē)穩(wěn)態(tài)響可根據(jù)值分為三類(lèi)。</p><p>　　中性轉(zhuǎn)向 若K，則=u/L，即橫擺角速度增益與車(chē)速成線(xiàn)性關(guān)系，斜率為1

41、/L。這種穩(wěn)態(tài)響應(yīng)稱(chēng)為中性轉(zhuǎn)向。=u/L就是汽車(chē)以極低車(chē)速行駛而無(wú)側(cè)偏角時(shí)的轉(zhuǎn)向關(guān)系，參看圖2－3。</p><p>　　不足轉(zhuǎn)向 當(dāng)K>0時(shí)，式(2—13)分母大于1，橫擺角速度增益s比中性轉(zhuǎn)向時(shí)要小。s不再與車(chē)速成線(xiàn)性關(guān)系，s－u曲線(xiàn)是一條低于中性轉(zhuǎn)向的汽車(chē)穩(wěn)態(tài)橫擺增益線(xiàn)。首先s隨著增加而增加；達(dá)到最大值后，隨速度u增加而下降，即是向下彎曲的曲線(xiàn)，參看圖2－3。具有這樣特性的汽車(chē)稱(chēng)為不足轉(zhuǎn)向汽車(chē)。K值

42、越大，s－u曲線(xiàn)越低，不足轉(zhuǎn)向量越大。</p><p>　　可以證明，當(dāng)車(chē)速為uch時(shí)，汽車(chē)穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益達(dá)到最大值，參看圖2－3，而且其橫擺角速度增益為與軸距L相等的中性轉(zhuǎn)向汽車(chē)橫擺角速度增益的50％。uch稱(chēng)作特征車(chē)速，是表征不足轉(zhuǎn)向量的一個(gè)參數(shù)。當(dāng)不足轉(zhuǎn)向量增加時(shí)，增大，特征車(chē)速u(mài)ch降低。</p><p>　　過(guò)度轉(zhuǎn)向 當(dāng)K<0時(shí)，式（2－13）中的分母小于1，橫擺角速

43、度增益比中性轉(zhuǎn)向時(shí)的大。隨著車(chē)速的增加，s－u曲線(xiàn)向上彎曲(圖圖2－3)。具有這種特性的汽車(chē)稱(chēng)為過(guò)度轉(zhuǎn)向汽車(chē)。K值越小，(即的絕對(duì)值越大)，過(guò)度轉(zhuǎn)向量越大。顯然，當(dāng)車(chē)速為時(shí)，，參看圖2－3。uch稱(chēng)為臨界車(chē)速，是表征過(guò)度轉(zhuǎn)向量的一個(gè)參數(shù)。臨界車(chē)速越低，過(guò)度轉(zhuǎn)向量越大。</p><p>　　過(guò)度轉(zhuǎn)向汽車(chē)達(dá)到臨界車(chē)速時(shí)將失去穩(wěn)定性。因?yàn)棣豶/δ趨于無(wú)窮大時(shí)，只要極其微小的前輪轉(zhuǎn)角便會(huì)產(chǎn)生極大的橫擺角速度。這意味著汽車(chē)

44、的轉(zhuǎn)向半徑R極小，汽車(chē)發(fā)生激轉(zhuǎn)而側(cè)滑或翻車(chē)。由于過(guò)度轉(zhuǎn)向汽車(chē)有失去穩(wěn)定性的危險(xiǎn)，故汽車(chē)都應(yīng)具有適度的不足轉(zhuǎn)向特性。</p><p>　　圖2－3 汽車(chē)穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益曲線(xiàn)</p><p>　　3.Simulink環(huán)境下的仿真模型</p><p>　　3.1 Simulink仿真</p><p>　　Simulink 是用MATLAB 建立的

45、一種新型的圖形建模工具，它免去了程序代碼編程帶來(lái)的低效與煩瑣，既可用于動(dòng)力學(xué)模擬也適于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它可以直接用鼠標(biāo)拖放模塊，建立信號(hào)連線(xiàn)，進(jìn)行建模。每個(gè)子模塊的參數(shù)可以單獨(dú)修改，不影響其它模塊運(yùn)行，給系統(tǒng)的擴(kuò)展帶來(lái)方便?；谏鲜龅腟imulink的優(yōu)點(diǎn)，本文用Simulink工具箱對(duì)上面的二自由度模型建立仿真模型。</p><p><b>　　3.2模型仿真框圖</b></p>

46、;<p>　　本著能夠?qū)τ绊懫?chē)操縱穩(wěn)定性的各種參數(shù)進(jìn)行自由改變的思想，建立汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的模型。圖3－1為總的系統(tǒng)圖，即為最頂層模塊，它包括三部分，一是汽車(chē)系統(tǒng)的輸入?？?，二是汽車(chē)二自由度系統(tǒng)模塊，三是系統(tǒng)輸出模塊，即用來(lái)顯示相關(guān)模擬結(jié)果的顯示模塊。汽車(chē)系統(tǒng)輸入主要包括影響汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的各種參數(shù)；汽車(chē)二自由度系統(tǒng)模塊主要是根據(jù)式2－12建立的模塊；輸入模塊主要由Display（顯示模塊）、Scrope（示波器模塊）、T

47、o Workspace（將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到工作間的變量中）、XY Graph（顯示輸入信號(hào)的二維圖形），以顯示響應(yīng)的顯示結(jié)果。參見(jiàn)圖3－2。</p><p>　　圖3－1系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　圖 3-2二自由度汽車(chē)模型仿真框圖</p><p>　　該二自由度汽車(chē)模型仿真系統(tǒng)中包含三個(gè)子系統(tǒng)，即model、r model、xy model。model是根據(jù)式（2

48、－12）和建立的。這是該仿真系統(tǒng)的核心的部分，該系統(tǒng)的好壞關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)性能仿真的性能。所以，二自由度數(shù)學(xué)的模型的建立對(duì)Simulink仿真有著至關(guān)重要的意義，好的數(shù)學(xué)模型是好的仿真模型的基礎(chǔ)。r model是根據(jù)式（2－13）建立的，主要是為了對(duì)汽車(chē)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)響應(yīng)時(shí)的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益進(jìn)行模擬。xy model是根據(jù)公式，，其中，建立的，主要是為了演示汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)軌跡，以便于更加形象的反應(yīng)汽車(chē)的中性轉(zhuǎn)向、不足轉(zhuǎn)向、過(guò)多轉(zhuǎn)向。具體的模型見(jiàn)下

49、圖。</p><p>　　圖 3－3 model的仿真框圖</p><p>　　圖 3－4 r model的仿真框圖</p><p>　　圖3－5 xy model的仿真框圖</p><p>　　3.3該仿真模型的特點(diǎn)及功能</p><p>　　該仿真模型的最主要的特點(diǎn)就是，比較容易對(duì)影響汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的參數(shù)進(jìn)行改變，

50、從而可以很容易的對(duì)不同的汽車(chē)參數(shù)進(jìn)行模擬，得出所需要的各種結(jié)果。該模型把影響汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的參數(shù)都放在模型的左邊，主要參數(shù)有前后輪剛度（k1，k2）、質(zhì)心離前后軸的距離（a，b）、汽車(chē)前進(jìn)時(shí)的速度（u）、汽車(chē)質(zhì)量（m）、方向盤(pán)的轉(zhuǎn)角（θ）和汽車(chē)的轉(zhuǎn)動(dòng)貫量（Iz）。</p><p>　　該模型的功能是能對(duì)各種不同參數(shù)下的汽車(chē)操縱穩(wěn)定性特性進(jìn)行模擬，并通過(guò)曲線(xiàn)形象的顯示出來(lái)。1）汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)模擬。如前所述汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)

51、響應(yīng)根據(jù)K的數(shù)值，主要有三種類(lèi)型：中性轉(zhuǎn)向、不足轉(zhuǎn)向、過(guò)多轉(zhuǎn)向。用Display（顯示模塊），對(duì)不同參數(shù)下的K值進(jìn)行顯示，用XY Graph（顯示輸入信號(hào)的二維圖形）對(duì)不同的K值下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行驗(yàn)證。理論上來(lái)說(shuō)當(dāng)K＝0，即中性轉(zhuǎn)向時(shí)，汽車(chē)的轉(zhuǎn)向半徑為一定值；K>0時(shí)，即不足轉(zhuǎn)向時(shí)，汽車(chē)的轉(zhuǎn)向半徑應(yīng)越來(lái)越大；K<0時(shí)，即過(guò)多轉(zhuǎn)向時(shí)，汽車(chē)的轉(zhuǎn)向半徑應(yīng)逐漸減小。此外，還可以畫(huà)出汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益曲線(xiàn)。2）汽車(chē)橫擺角速度的

52、瞬態(tài)響應(yīng)模擬。用Scope（示波器模塊），對(duì)汽車(chē)瞬態(tài)時(shí)的ωr進(jìn)行模擬，顯示不同參數(shù)的汽車(chē)的瞬態(tài)響應(yīng)的影響。</p><p>　　4.不同參數(shù)下的汽車(chē)操縱穩(wěn)定性分析</p><p><b>　　4.1輪胎特性</b></p><p>　　輪胎的影響對(duì)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性至關(guān)重要，因?yàn)榍昂筝喬サ膫?cè)偏剛度是影響汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的重要因素，前后輪的側(cè)偏剛度匹

53、配，直接決定穩(wěn)定性因數(shù)的大小，即決定汽車(chē)是否具有中性轉(zhuǎn)向、不足轉(zhuǎn)向、過(guò)多轉(zhuǎn)向。因此，在對(duì)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性分析之前有必要先對(duì)汽車(chē)的輪胎進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。</p><p>　　汽車(chē)在行駛過(guò)程中，由于路面的側(cè)向傾斜、側(cè)向風(fēng)或曲線(xiàn)行駛時(shí)的離心力等的作用，車(chē)輪中性Y軸方向?qū)⒆饔糜袀?cè)向力FY，相應(yīng)的在地面上產(chǎn)生地面?zhèn)认蚍醋饔昧Y，F(xiàn)Y也稱(chēng)為側(cè)偏力。當(dāng)車(chē)輪有側(cè)向彈性時(shí)，即使FY沒(méi)有達(dá)到附著極限，車(chē)輪行駛方向亦將偏離車(chē)輪平面的方

54、向，這就是輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象。當(dāng)車(chē)輪滾動(dòng)時(shí)，輪胎的接觸印跡的中性線(xiàn)與車(chē)輪平面之間存在一個(gè)夾角α，這個(gè)角稱(chēng)為輪胎的側(cè)偏角。側(cè)偏角α的數(shù)值是與側(cè)向力FY的大小有關(guān)的;換言之，側(cè)偏角圖α的數(shù)值與側(cè)偏力FY的大小有關(guān)。圖4－1給出了一條由試驗(yàn)測(cè)出的側(cè)偏力－側(cè)偏角曲線(xiàn)。曲線(xiàn)表明，側(cè)偏角不超過(guò)5°時(shí)，F(xiàn)Y與α成線(xiàn)性關(guān)系。汽車(chē)正常行駛時(shí)，側(cè)向加速度不超過(guò)4°～5°，可以認(rèn)為側(cè)偏角與側(cè)偏力成線(xiàn)性關(guān)系。FY－α曲線(xiàn)在α＝0

55、76;處的斜率稱(chēng)為側(cè)偏剛度k，單位N/rad或N/（°）。由輪胎坐標(biāo)系有關(guān)符號(hào)規(guī)定可知，負(fù)的側(cè)向力產(chǎn)生正的側(cè)偏角，因此側(cè)偏剛度為負(fù)值。FY與α的關(guān)系式可寫(xiě)作</p><p>　　FY＝kα 4－1</p><p><b>　　側(cè)偏角α（°）</b></p><p&

56、gt;　　圖4－1輪胎的側(cè)偏特性</p><p>　　小型轎車(chē)輪胎的k值約在－28000～－80000N/rad范圍內(nèi)。側(cè)偏剛度是決定操縱穩(wěn)定性的重要輪胎參數(shù)。輪胎應(yīng)有高的側(cè)偏剛度（絕對(duì)值），以保證汽車(chē)良好的操縱穩(wěn)定性。</p><p>　　在較大的側(cè)偏力時(shí)，側(cè)偏角以較大的速率增長(zhǎng)，即FY－α曲線(xiàn)的斜率逐漸減小，這時(shí)輪胎在接地面處已發(fā)生部分側(cè)滑。最后，側(cè)偏力達(dá)到附著極限時(shí)，整個(gè)輪胎側(cè)滑。顯

57、然，輪胎的最大側(cè)偏力決定于附著條件，即垂直載荷，輪胎花紋、材料、結(jié)構(gòu)、充氣壓力，路面的材料、結(jié)構(gòu)、潮濕程度及車(chē)輪的外傾角等。一般而言，最大側(cè)偏力越大，汽車(chē)的極限性能越好，譬如按圓周運(yùn)動(dòng)的極限側(cè)向加速度就越高 。</p><p>　　如前所指，側(cè)偏特性主要是指?jìng)?cè)偏力、回正力矩與側(cè)偏角間的關(guān)系。影響側(cè)偏特性的主要因素有輪胎結(jié)構(gòu)、工作條件和路面狀況等，現(xiàn)分析如下。</p><p>　?。?）輪胎

58、的結(jié)構(gòu)形式對(duì)側(cè)偏剛度有顯著影響，如圖4－2所示。子午線(xiàn)輪胎按地面寬，</p><p>　　一般側(cè)偏剛度高。鋼絲子午線(xiàn)輪胎比尼龍子午線(xiàn)輪胎的側(cè)偏剛度還要高些。輪胎的結(jié)構(gòu)形式對(duì)回正力矩－側(cè)偏角特性也有影響。在同樣側(cè)偏角下，尺寸大的輪胎一般回正力矩較大。子午線(xiàn)輪胎的回正力矩比斜交輪胎大。</p><p>　?。?）扁平率對(duì)輪胎側(cè)偏剛度影響很大。因?yàn)楸馄铰市?，接地面積變寬，側(cè)偏剛度成反比例提高。故

59、采用扁平率小的寬輪胎是提高側(cè)偏剛度的主要措施。</p><p>　?。?）垂直載荷的變化對(duì)輪胎側(cè)偏特性有顯著影響。側(cè)偏力隨垂直載荷的增加而變大。但垂直載荷過(guò)大是，輪胎產(chǎn)生很大的徑向變形，側(cè)偏力反而有減小。另外，試驗(yàn)表明：回正力矩隨垂直載荷的增加而增大。</p><p><b>　　側(cè)偏角α（°）</b></p><p>　　圖4－2

60、不同的輪胎形式對(duì)側(cè)偏力的影響</p><p>　?。?）輪胎的充氣壓力對(duì)側(cè)偏力影響也較明顯。由圖4－3可知，隨著氣壓的增加，側(cè)偏力增大。但氣壓過(guò)高后，側(cè)偏力不再變化。與此相反，輪胎的氣壓低，接地印跡長(zhǎng)，輪胎拖距大，回正力矩也就大。</p><p>　?。?）路面種類(lèi)及干濕狀況對(duì)側(cè)偏特性，尤其濕最大側(cè)偏力有很大影響。</p><p>　?。?）行駛速度對(duì)側(cè)偏力的影響很

61、小，但隨著速度增大，側(cè)偏力的最大值降低，這主要是由于速度增高時(shí)，側(cè)偏力的最大值降低，這主要是由于速度增高時(shí)，滑動(dòng)摩擦系數(shù)降低的緣故。</p><p><b>　　胎壓P/KPa </b></p><p>　　圖4－3輪胎充氣壓力對(duì)側(cè)偏剛度的影響（6.40－13胎）</p><p>　?。?）側(cè)偏力還受外側(cè)傾向力的影響。外側(cè)傾向力是輪胎有外傾角，

62、并在無(wú)側(cè)偏角的情況下滾動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的側(cè)向反作用力。由外傾角所引起的外傾側(cè)向力與側(cè)偏角產(chǎn)生的側(cè)向力相比相對(duì)較小，大概1°的側(cè)偏角相當(dāng)于斜交輪胎外傾4°～6°，子午線(xiàn)輪胎對(duì)外傾角更不如斜交輪胎敏感。</p><p>　　4.2不同胎壓下的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性</p><p>　　4.2.1不同胎壓下的側(cè)偏剛度的確定</p><p>　　由圖4－3可知

63、胎壓不同對(duì)汽車(chē)輪胎的側(cè)偏剛度影響較大。</p><p>　　(1)P＝200KPa時(shí)，由式4－1 FY＝kα得，</p><p>　?。?40N＝k1×2°， k1＝－370N/(°)</p><p>　?。?450N＝k2×4°， k2＝－362.5N/(°)</p><

64、p>　?。?000N＝k3×6°， k3＝－366.7N/(°)</p><p>　?。?400N＝k4×8°， k4＝－300N/(°)</p><p>　　k4誤差較大舍去，選用k1，k2，k3的值，得k＝（k1＋k2＋k3）/3＝－366.4N/（°），轉(zhuǎn)化成弧度值為，k＝－21004N/rad。

65、</p><p>　　(2)P＝250KPa時(shí)，</p><p>　?。?35N＝k1×2°， k1＝－467.5 N/(°)</p><p>　?。?665N＝k2×4°， k2＝－418.5 N/(°)</p><p>　?。?335N＝k3×6°

66、， k3＝－389.2 N/(°)</p><p>　?。?702N＝k4×8°， k4＝－337.75 N/(°)</p><p>　　k4誤差較大舍去，選用k1，k2，k3的值，得k＝（k1＋k2＋k3）/3＝－425.1 N/（°），轉(zhuǎn)化成弧度值為，k＝－24367 N/rad。</p><p>　

67、　(3)P＝300KPa時(shí)，</p><p>　?。?66N＝k1×2°， k1＝－483 N/(°)</p><p>　?。?766N＝k2×4°， k2＝－441.5N/(°)</p><p>　?。?600N＝k3×6°， k3＝－433N/(°)

68、</p><p>　?。?900N＝k4×8°， k4＝－362.5N/(°)</p><p>　　k4誤差較大舍去，選用k1，k2，k3的值，得k＝（k1＋k2＋k3）/3＝－452.5 N/（°），轉(zhuǎn)化成弧度值為，k＝－25939 N/rad。</p><p>　　4.2.2不同胎壓下的轉(zhuǎn)向特性仿真分析</p

69、><p>　　模型轉(zhuǎn)向時(shí)的參數(shù)如下表所示，此時(shí)的輪胎的側(cè)偏剛度為胎壓P＝250Kpa時(shí)的輪胎總的側(cè)偏剛度。</p><p><b>　　表1 模型參數(shù)</b></p><p>　　為了研究輪胎的胎壓與汽車(chē)的轉(zhuǎn)向特性的關(guān)系，特用P＝200KPa，P＝300KPa與P＝250KPa時(shí)的轉(zhuǎn)向特性進(jìn)行比較分析。</p><p>　　

70、（1） 前輪胎壓變化對(duì)轉(zhuǎn)向特性的影響</p><p>　　前輪的P＝200KPa時(shí)，k1＝－42008 KN.r－1（總側(cè)偏剛度）。</p><p>　　前輪的P＝300KPa時(shí)，k1＝－51878 KN.r－1（總側(cè)偏剛度）。</p><p><b>　　1)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)</b></p><p>　　P＝200KPa時(shí)，K

71、＝0.0009956，汽車(chē)具有不足轉(zhuǎn)向特性，汽車(chē)運(yùn)行軌跡見(jiàn)圖4－4a。</p><p>　　P＝250KPa時(shí)，K＝0，汽車(chē)中性轉(zhuǎn)向，汽車(chē)運(yùn)行軌跡見(jiàn)圖4－4b。</p><p>　　P＝300KPa時(shí)，K＝－0.0003768，汽車(chē)過(guò)多轉(zhuǎn)向，汽車(chē)運(yùn)行軌跡見(jiàn)圖4－4c。</p><p>　　a b

72、 c</p><p>　　圖4－4前輪不同胎壓下的汽車(chē)軌跡</p><p>　　汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)橫擺加速度增益曲線(xiàn)如圖4－5所示。</p><p>　　圖4－5汽車(chē)穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益曲線(xiàn)</p><p>　　不足轉(zhuǎn)向時(shí)的特征車(chē)速u(mài)ch為，＝31.2Km/h</p><p>　　過(guò)多轉(zhuǎn)向時(shí)的臨界車(chē)速u(mài)cr為，＝

73、51.5 Km/h</p><p>　　由上面的分析可知隨著前輪胎壓的逐漸增大，汽車(chē)的轉(zhuǎn)向特性由不足轉(zhuǎn)向逐漸變?yōu)檫^(guò)多轉(zhuǎn)向，汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性變差。</p><p>　　2)瞬態(tài)響應(yīng)（u＝10Km/h）</p><p>　　前輪不同胎壓時(shí)的汽車(chē)的橫擺角速度響應(yīng)ωr(t)的曲線(xiàn)如圖4－6所示。隨著輪胎胎壓的增加，橫擺角速度的穩(wěn)態(tài)值提高，反應(yīng)時(shí)間，穩(wěn)定時(shí)間縮短。因此加大前輪

74、的胎壓能有效縮短橫擺角速度階躍響應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間，有利于提高汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性，但橫擺角速度的穩(wěn)態(tài)值也會(huì)相應(yīng)的提高。</p><p>　　1 P＝300KPa，2 P＝250KPa，3 P＝200KPa</p><p>　　圖4－6橫擺角速度響應(yīng)曲線(xiàn)</p><p>　?。?） 后輪胎壓變化對(duì)轉(zhuǎn)向特性的影響</p><p>　　后輪的P＝

75、200KPa時(shí)，k2＝－42008 KN.r－1（總側(cè)偏剛度）。</p><p>　　后輪的P＝300KPa時(shí)，k2＝－51878 KN.r－1（總側(cè)偏剛度）。</p><p><b>　　1)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)</b></p><p>　　P＝200KPa時(shí)，K＝－0.0009956，汽車(chē)具有過(guò)多轉(zhuǎn)向特性，汽車(chē)運(yùn)行軌跡見(jiàn)圖4－7a。</p>

76、<p>　　P＝250KPa時(shí)，K＝0，汽車(chē)中性轉(zhuǎn)向，汽車(chē)運(yùn)行軌跡見(jiàn)圖4－7b。</p><p>　　P＝300KPa時(shí)，K＝0.0003768，汽車(chē)不足轉(zhuǎn)向特性，汽車(chē)運(yùn)行軌跡見(jiàn)圖4－7c。</p><p>　　a b c</p><p>　　圖4－7后輪不同胎壓

77、下的汽車(chē)運(yùn)行軌跡</p><p>　　汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)橫擺加速度增益曲線(xiàn)如圖4－8所示。</p><p>　　不足轉(zhuǎn)向時(shí)的特征車(chē)速u(mài)ch為，＝51.5Km/h </p><p>　　過(guò)多轉(zhuǎn)向時(shí)的臨界車(chē)速u(mài)cr為，＝31.2Km/h</p><p>　　由上面的分析可知隨著后輪胎壓的逐漸增大，汽車(chē)的轉(zhuǎn)向特性由過(guò)多轉(zhuǎn)向逐漸變?yōu)椴蛔戕D(zhuǎn)向，有利于汽車(chē)的操縱

78、穩(wěn)定性。</p><p>　　圖4－8汽車(chē)穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益曲線(xiàn)</p><p>　　2)瞬態(tài)響應(yīng)（u＝10Km/h）</p><p>　　后輪不同胎壓時(shí)的汽車(chē)的橫擺角速度響應(yīng)ωr(t)的曲線(xiàn)如圖4－9所示。隨著輪胎胎壓的增加，橫擺角速度的穩(wěn)態(tài)值降低，反應(yīng)時(shí)間，穩(wěn)定時(shí)間變長(zhǎng)。因此加大后輪的胎壓能不利于縮短橫擺角速度階躍響應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間，提高汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性變

79、壞，但橫擺角速度的穩(wěn)態(tài)值會(huì)相應(yīng)的降低。</p><p>　　1 P＝200KPa，2 P＝250KPa，3 P＝300KPa</p><p>　　圖4－9橫擺角速度響應(yīng)曲線(xiàn)</p><p>　　基于以上對(duì)汽車(chē)前、后輪胎壓對(duì)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的分析，可知為了使車(chē)具有較好的操縱穩(wěn)定性應(yīng)使前輪的胎壓略小于后輪的胎壓，從而使汽車(chē)具有不足轉(zhuǎn)向的特性。</p><

80、;p>　　4.3不同前后輪匹配條件下的轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性</p><p>　　4.3.1不同規(guī)格輪胎的側(cè)偏剛度的確定</p><p>　　分別將該車(chē)的前后斜交輪胎（6.40－13，胎壓為250KPa）換裝為子午線(xiàn)輪胎（6.40R13，胎壓為250KPa）。由圖4－2可知相同條件下子午線(xiàn)輪胎可以承受的側(cè)偏力較斜交輪胎大20％左右（此處只要求對(duì)不同的輪胎進(jìn)行定性的分析，可以不必要求數(shù)值的絕對(duì)精

81、確），因此相同條件下子午線(xiàn)輪胎的側(cè)偏剛度較斜交胎大20％左右，則此時(shí)的子午線(xiàn)輪胎的總側(cè)偏剛度為，k=－48734x120%=-58480。模型的其它參數(shù)與表1的相同 。</p><p>　　4.3.2不同輪胎匹配的轉(zhuǎn)向特性仿真分析</p><p>　　為了研究不同的輪胎對(duì)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的影響，對(duì)以下幾種情況做比較分析：a）前輪為斜交胎，后輪為子午線(xiàn)胎；b）前輪和后輪均為斜交胎；c）前輪和后

82、輪均為子午線(xiàn)胎；d）前輪為子午線(xiàn)胎，后輪為斜交胎。</p><p><b>　　1)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)</b></p><p>　　a）情況時(shí)，K＝0.0001036，汽車(chē)具有不足轉(zhuǎn)向特性，汽車(chē)運(yùn)行軌跡見(jiàn)圖4－10a。</p><p>　　b）情況時(shí)，K＝0，汽車(chē)中性轉(zhuǎn)向，汽車(chē)運(yùn)行軌跡見(jiàn)圖4－10b。</p><p>　　c）情況

83、時(shí)，K＝0，汽車(chē)中性轉(zhuǎn)向，汽車(chē)運(yùn)行軌跡見(jiàn)圖4－10c。</p><p>　　d）情況時(shí)，K＝－0.0001036，汽車(chē)具有過(guò)多轉(zhuǎn)向特性，汽車(chē)運(yùn)行軌跡見(jiàn)圖4－10d。</p><p>　　a b</p><p>　　c d</p>

84、<p>　　圖4－10不同規(guī)格的輪胎匹配的汽車(chē)運(yùn)行軌跡</p><p>　　由圖4－10可知輪胎的匹配形式不同對(duì)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響很大，特別是當(dāng)前后輪的輪胎形式不同的時(shí)候。當(dāng)前輪為斜交胎，后輪為子午線(xiàn)胎時(shí)，汽車(chē)不足轉(zhuǎn)向有利于汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)操縱穩(wěn)定性；當(dāng)前輪為子午線(xiàn)輪胎，后輪為斜交胎時(shí)，汽車(chē)出現(xiàn)的是過(guò)多轉(zhuǎn)向此時(shí)對(duì)汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)操縱不利。</p><p>　　汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)橫擺加速度增益曲線(xiàn)如圖4

85、－11所示。</p><p>　　不足轉(zhuǎn)向時(shí)的特征車(chē)速u(mài)ch為，＝31.1 Km/h </p><p>　　過(guò)多轉(zhuǎn)向時(shí)的臨界車(chē)速u(mài)cr為，＝31.1Km/h</p><p>　　圖4－11汽車(chē)穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益曲線(xiàn)</p><p>　　2)瞬態(tài)響應(yīng)（u＝10Km/h）</p><p>　　圖4－12不同輪胎匹配的橫擺角

86、速度響應(yīng)曲線(xiàn)</p><p>　　由圖4－12可以看出前后輪安裝不同的輪胎對(duì)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性影響很大。當(dāng)前輪為斜交胎、后輪為子午線(xiàn)胎時(shí)（曲線(xiàn)a），汽車(chē)的橫擺角速度的穩(wěn)態(tài)值最小，即，最穩(wěn)定；當(dāng)前輪后輪均為斜交胎時(shí)（曲線(xiàn)b），操縱穩(wěn)定性次之；當(dāng)前輪后輪均為子午線(xiàn)胎（曲線(xiàn)c），操縱穩(wěn)定性再次之；當(dāng)前輪為子午線(xiàn)胎、后輪為斜交胎（曲線(xiàn)d），操縱穩(wěn)定性最差。</p><p>　　4.4不同重心位置轉(zhuǎn)向

87、響應(yīng)特性</p><p>　　當(dāng)汽車(chē)在使用時(shí)由于裝載貨物的多少或裝載位置的不同，會(huì)引起汽車(chē)重心位置的變化。為了能更好的分析重心位置的變化對(duì)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的影響，分析時(shí)忽略輪胎載荷的變化對(duì)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定的影響，即重心的變化不引起輪胎側(cè)偏剛度的變化。分三種情況進(jìn)行比較：a）a＝1.4，b＝1.6；b）a＝1.5，b＝1.5；c）a＝1.6，b=1.4。模型的其它參數(shù)與表1的參數(shù)相同。</p><p

88、><b>　　穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：</b></p><p>　　1)a<b時(shí)，K＝0.0008219，汽車(chē)具有不足轉(zhuǎn)向特性，汽車(chē)運(yùn)行軌跡見(jiàn)圖4－13a。</p><p>　　2)a＝b時(shí)，K＝0，汽車(chē)中性轉(zhuǎn)向，汽車(chē)運(yùn)行軌跡見(jiàn)圖4－13b。</p><p>　　3)a<b時(shí)，K＝－0.0008219，汽車(chē)有過(guò)多轉(zhuǎn)向特性，汽車(chē)運(yùn)行軌跡見(jiàn)圖4

89、－13c。</p><p>　　a b c</p><p>　　圖4－13不同重心位置的汽車(chē)運(yùn)行軌跡</p><p>　　由圖4－13易知隨著汽車(chē)重心位置的后移，汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性由不足轉(zhuǎn)向逐漸轉(zhuǎn)為過(guò)多轉(zhuǎn)向，不利于汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)操縱穩(wěn)定性。</p><p>　　

90、汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)橫擺加速度增益曲線(xiàn)如圖4－14所示。</p><p>　　不足轉(zhuǎn)向時(shí)的特征車(chē)速u(mài)ch為，＝34.7Km/h </p><p>　　過(guò)多轉(zhuǎn)向時(shí)的臨界車(chē)速u(mài)cr為，＝34.7Km/h</p><p>　　圖4－14汽車(chē)穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益曲線(xiàn)</p><p>　　2)瞬態(tài)響應(yīng)（u＝10Km/h）</p><p>　

91、　圖4－15不同重心位置的橫擺角速度響應(yīng)曲線(xiàn)</p><p>　　由圖4－15可以看出重心越靠近前軸，汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性越好。當(dāng)a<b時(shí)（曲線(xiàn)3），汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度最小，操縱穩(wěn)定性最好，隨著b的增大汽車(chē)的橫擺角速度增大，操縱穩(wěn)定性變差。</p><p><b>　　總結(jié)與體會(huì)</b></p><p>　　我在本論文中主要對(duì)影響汽車(chē)操縱穩(wěn)

92、定的因素進(jìn)行了簡(jiǎn)單的仿真分析，結(jié)論如下：</p><p>　　1.輪胎是影響汽車(chē)轉(zhuǎn)向特性的主要因素。其中輪胎的胎壓、輪胎的匹配對(duì)汽車(chē)的轉(zhuǎn)向特性影響較大。當(dāng)前輪的胎壓逐漸增大時(shí)，汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性變差，汽車(chē)會(huì)由不足轉(zhuǎn)向變?yōu)檫^(guò)多轉(zhuǎn)向，不利于汽車(chē)的操控與安全。當(dāng)前輪為斜交胎，后輪為子午線(xiàn)胎時(shí)的汽車(chē)操縱穩(wěn)定性最好；前輪為子午線(xiàn)胎，后輪為斜交胎時(shí)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性最差。</p><p>　　2．汽車(chē)的重

93、心對(duì)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性也有影響。汽車(chē)的重心靠近前軸有利于汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性，隨著汽車(chē)重心的后移，操縱穩(wěn)定性變差，甚至很可能使汽車(chē)變?yōu)檫^(guò)多轉(zhuǎn)向，不利于汽車(chē)行駛安全。</p><p><b>　　致謝詞</b></p><p>　　在徐延海老師的指導(dǎo)下，本文得以順利完成。本文的完成與徐老師的悉心指導(dǎo)是分不開(kāi)的，在整個(gè)的設(shè)計(jì)過(guò)程中徐老師都投入了極大的熱情，不辭辛苦，誨人不倦，犧

94、牲了自己很多寶貴的時(shí)間，在此向徐老師致以我最誠(chéng)摯的感謝和最崇高的敬意！</p><p>　　在本設(shè)計(jì)的過(guò)程中還得到了很多同學(xué)的幫助，本設(shè)計(jì)的完成離不開(kāi)他們的幫助，在此謹(jǐn)向他們表示深深的感謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1. 喻凡，林逸.汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué).機(jī)械工業(yè)出版社.2002.6</p>&

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