汽車的操縱穩(wěn)定性是指在駕駛者不感到過分緊張、疲勞的情況下，汽車能遵循駕駛者通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及轉(zhuǎn)向車輪給定的方向行駛，且當(dāng)遭遇外界干擾時，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力。

汽車的操縱穩(wěn)定性是汽車主動安全性的重要評價指標(biāo)。汽車的操縱穩(wěn)定性2023/8/19江蘇大學(xué)1汽車的操縱穩(wěn)定性是指在駕駛者不感到過分緊張、疲勞的

汽車在轉(zhuǎn)向盤輸入或外界干擾輸入下的側(cè)向運動響應(yīng)隨時間而變化的特性稱為時域響應(yīng)特性。

轉(zhuǎn)向盤輸入有角位移輸入和力矩輸入。

外界干擾輸入主要是指側(cè)向風(fēng)和路面不平產(chǎn)生的側(cè)向力。一、操縱穩(wěn)定性包含的內(nèi)容2023/8/19江蘇大學(xué)2汽車在轉(zhuǎn)向盤輸入或外界干擾輸入下的側(cè)向運動響應(yīng)隨時1.轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的響應(yīng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng)

橫擺角速度增益—轉(zhuǎn)向靈敏度。評價參量

反應(yīng)時間。

橫擺角速度波動的無阻尼圓頻率。評價參量2023/8/19江蘇大學(xué)31.轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的響應(yīng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng)橫擺角速

轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角正弦輸入下，頻率由0→∞變化時，汽車橫擺角速度與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的振幅比及相位差的變化規(guī)律。

共振峰頻率。

共振時振幅比。

相位滯后角。

穩(wěn)態(tài)增益。評價參量2.橫擺角速度頻率響應(yīng)特性2023/8/19江蘇大學(xué)4轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角正弦輸入下，頻率由0→∞變化時，汽車橫擺角3.轉(zhuǎn)向盤中間位置操縱穩(wěn)定性

轉(zhuǎn)向靈敏度。

轉(zhuǎn)向盤力特性。

轉(zhuǎn)向功靈敏度。評價參量

轉(zhuǎn)向盤力輸入下的時域響應(yīng)。

回正后剩余橫擺角速度與剩余橫擺角。

達到剩余橫擺角速度的時間。評價參量4.回正性

轉(zhuǎn)向盤小轉(zhuǎn)角、低頻正弦輸入下，汽車高速行駛時的操縱穩(wěn)定性。2023/8/19江蘇大學(xué)53.轉(zhuǎn)向盤中間位置操縱穩(wěn)定性轉(zhuǎn)向靈敏度。評價參量轉(zhuǎn)k—側(cè)偏剛度。

FY一定時希望側(cè)偏角越小越好，所以|k|越大越好。

前輪側(cè)偏角在4度以內(nèi)時，輪胎側(cè)偏特性呈現(xiàn)線性變化

輪胎的側(cè)偏特性3.FY－α曲線2023/8/19江蘇大學(xué)6k—側(cè)偏剛度。FY一定時希望側(cè)偏角越小越好，所以

本節(jié)將首先建立線性二自由度汽車模型，在此基礎(chǔ)上，分析汽車的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性、瞬態(tài)響應(yīng)特性和頻率響應(yīng)特性。線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng)2023/8/19江蘇大學(xué)7本節(jié)將首先建立線性二自由度汽車模型，在此基礎(chǔ)上，分線性二自由度汽車模型運動微分方程1.建模中假設(shè)2）忽略懸架的作用；車身只作平行于地面的平面運動，繞z

軸的位移、繞y

軸的俯仰角和繞x

軸的側(cè)傾角均為零，且；3）汽車前進速度不變。

在上述假設(shè)下，汽車被簡化為只有側(cè)向和橫擺兩個自由度的兩輪汽車模型。1）忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響，直接以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入；

假定汽車ay≤0.4g，輪胎側(cè)偏特性處于線性范圍內(nèi)；不計地面切向力FX、外傾側(cè)向力

、回正力矩TZ、垂直載荷的變化對輪胎側(cè)偏剛度的影響。2023/8/19江蘇大學(xué)8線性二自由度汽車模型運動微分方程1.建模中假設(shè)2）忽xy2.兩輪汽車模型及車輛坐標(biāo)系2023/8/19江蘇大學(xué)9xy2.兩輪汽車模型及車輛坐標(biāo)系2023/8/5江蘇大學(xué)9

確定汽車質(zhì)心（絕對）加速度在車輛坐標(biāo)系的分量ax和ay。3.運動學(xué)分析

沿Ox軸速度分量的變化為2023/8/19江蘇大學(xué)10確定汽車質(zhì)心（絕對）加速度在車輛坐標(biāo)系的分量ax和上式除以Δt并取極限得考慮到很小并忽略二階微量同理可得2023/8/19江蘇大學(xué)11上式除以Δt并取極限得考慮到很小并忽略二階微量考慮到δ角較小4.二自由度汽車動力學(xué)分析2023/8/19江蘇大學(xué)12考慮到δ角較小4.二自由度汽車動力學(xué)分析2023/8/5江蘇質(zhì)心側(cè)偏角2023/8/19江蘇大學(xué)13質(zhì)心側(cè)偏角2023/8/5江蘇大學(xué)13由于

整理后得二自由度汽車運動微分方程式2023/8/19江蘇大學(xué)14由于整理后得二自由度汽車運動微分方程式2023/8/

狀態(tài)空間2023/8/19江蘇大學(xué)15狀態(tài)空間2023/

仿真數(shù)據(jù)仿真時間汽車總質(zhì)量繞

軸轉(zhuǎn)動慣量

軸距

質(zhì)心至前軸距離

質(zhì)心至后軸距離

前輪總側(cè)偏剛度

后輪總側(cè)偏剛度

2023/8/19江蘇大學(xué)16仿

仿真模型2023/8/19江蘇大學(xué)17

前輪轉(zhuǎn)角為

1度，車速為

80km/h2023/8/19江蘇大學(xué)18前輪轉(zhuǎn)角為1度，車速為80km/h2023/8/5江蘇大比較不同前輪角階躍輸入（1度，2度，3度

），車速在

80km/h2023/8/19江蘇大學(xué)19比較不同前輪角階躍輸入（1度，2度，3度），車速在80k輸出信號分為3條，黃色實線表示前輪轉(zhuǎn)角

為

1度，粉紅色虛線表示前輪轉(zhuǎn)角為

2度，藍綠色點線表示前輪轉(zhuǎn)角為

3度

2023/8/19江蘇大學(xué)20輸出信號分為3條，黃色實線表示前輪轉(zhuǎn)角為1度，粉紅色虛線輸出信號分為3條，黃色實線表示前輪轉(zhuǎn)角

為

1度，粉紅色虛線表

示前輪轉(zhuǎn)角為

2度，藍綠色點線表示前輪轉(zhuǎn)角為

3度

2023/8/19江蘇大學(xué)21輸出信號分為3條，黃色實線表示前輪轉(zhuǎn)角為1度，粉紅色虛線

總結(jié)由上面兩幅圖，可以看出在車速為80km/h下，隨著前輪轉(zhuǎn)角的增大（1度，2度，3度

），汽車質(zhì)心側(cè)偏角明顯增大并開始出現(xiàn)振蕩，固有圓頻率及阻尼比減小，超調(diào)量及穩(wěn)定時間增加，因此應(yīng)該避免在高速行駛時急轉(zhuǎn)方向盤產(chǎn)生大的前輪轉(zhuǎn)角。2023/8/19江蘇大學(xué)22總結(jié)由上比較前輪轉(zhuǎn)角為2度，不同車速（60km/h，80km/h，100km/h）下，橫擺角速度響應(yīng)曲線和質(zhì)心側(cè)偏角響應(yīng)曲線的變化2023/8/19江蘇大學(xué)23比較前輪轉(zhuǎn)角為2度，不同車速（60km/h，80km/h，1黃色實線表示車速為60km/h，粉紅色虛線表示車速為80km/h，藍綠色點線表示車速為100km/h2023/8/19江蘇大學(xué)24黃色實線表示車速為60km/h，粉紅色虛線表示車速為80k黃色實線表示車速為60km/h，粉紅色虛線表示車速為80km/h，藍綠色點線表示車速為100km/h

2023/8/19江蘇大學(xué)25黃色實線表示車速為60km/h，粉紅色虛線表示車速為80k

總結(jié)由圖可知，降低汽車行駛速度，可以減小質(zhì)心側(cè)偏角，使固有圓頻率及阻尼比增加，超調(diào)量及穩(wěn)定時間減少；而增加行駛速度，可使反映時間縮短。因此，較低的行駛速度使汽車具有更好的瞬態(tài)響應(yīng)特性。2023/8/19江蘇大學(xué)26總結(jié)由圖

四,結(jié)論

通過建立汽車動力學(xué)模型，對汽車操縱性進行了模擬，和汽車?yán)碚摚ǖ谖灏妫┙滩纳系睦碚撐呛?，取得了比較好的效果。由此可知車速和前輪轉(zhuǎn)角都對二自由度汽車操縱穩(wěn)定性有很大影響。汽車以較低速度，較小的前輪轉(zhuǎn)角行駛時，是相對安全的。

2023/8/19江蘇大學(xué)27四,結(jié)論

通過建

五,參考文獻

[1]（清華大學(xué)）余志生.汽車?yán)碚摚ǖ谖灏妫M].北京.機械工業(yè)出版社，2011.[2]（江蘇大學(xué)）王國林，楊建，樊旭峰，陸丹.