汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx

上传人:b****7 文档编号:16019503 上传时间:2023-07-09 格式:DOCX 页数:22 大小:326.73KB
下载 相关 举报
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第1页
第1页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第2页
第2页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第3页
第3页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第4页
第4页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第5页
第5页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第6页
第6页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第7页
第7页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第8页
第8页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第9页
第9页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第10页
第10页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第11页
第11页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第12页
第12页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第13页
第13页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第14页
第14页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第15页
第15页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第16页
第16页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第17页
第17页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第18页
第18页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第19页
第19页 / 共22页
汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx_第20页
第20页 / 共22页
亲,该文档总共22页,到这儿已超出免费预览范围,如果喜欢就下载吧!
下载资源
资源描述

汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx

《汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx(22页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。

汽车系统动力学第一章 车辆动力学概述.docx

汽车系统动力学第一章车辆动力学概述

绪篇概论和基础理论

本篇首先介绍:

1.车辆动力学的发展历史;

2.车辆动力学理论对实际车辆设计所作的贡献;

3.车辆动力学的研究内容和范围及其未来的发展趋势;

4.介绍车辆动力学模型建立的基础理论和方法。

第一章车辆动力学概述

§1-1历史回顾

车辆动力学是近代发展起来的一门新兴学科。

有关车辆行驶振动分析的理论研究,最早可追溯到100年前。

事实上,直到20世纪20年代,人们对车辆行驶中的振动问题才开始有初步的了解;到20世纪30年代,英国的Lanchester(兰切斯特)、美国的Olley(奥利尔)、法国的Broulhiet(勃劳希特)开始了车辆独立悬架的研究,并对转向运动学和悬架运动学对车辆性能的影响进行了分析。

开始出现有关转向、稳定性、悬架方面的文章。

同时,人们对轮胎侧向动力学的重要性也开始有所认识。

1.首先要肯定Frederick(费雷德里克)W.Lanchester对这门学科的早期发展所做的贡献。

在他所处的时代,尽管缺乏成熟的理论,但作为当时最杰出的工程师,他对车辆设计的见解不但敏锐,而且深刻。

即使在今天,Lanchester的思想仍有一定的借鉴意义。

2.对本学科发展有卓越贡献的人物是Maurice(莫里斯)Olley,他率先系统地提出了操纵动力学分析理论。

3.Olley这样总结了20世纪30年代早期的车辆设计状况:

“那时,已经零星出现了一些尝试性的方法,其目的在于提高车辆的行驶性能,但实际上却几乎没有什么作用。

坐在后座的乘客仍然象压载物一般,被施加在后轮后上方的位置。

人们对车辆转向不稳定的表现已习以为常,而装有前制动器的前桥摆振几乎成为了汽车驾驶

中的必然现象。

工程师使所有的单个部件都制作得精致完好,但将它们组装成整车时,却很少能得到令人满意的性能。

就在这个时期,人们对行驶平顺性和操纵稳定性之间的重要协调关系开始有所认识。

但对车辆性能的评价,仍主要凭经验而非数学计算。

1932年,Olley在美国凯迪拉克(Cadillac)公司建立了著名的“K2”试验台(一个具有前、后活动质量的车架),来研究前后悬架匹配及轴距对前后轮相位差的影响。

该试验台并无测试仪器,完全靠感觉进行主观评判。

由于当时缺乏确定的术语,期望的特性被Olley描述为“flatride”(平稳行驶),他还提出过一个实现所谓“平稳行驶”的经验窍门,就是前悬架必须比后悬架要“软”一定的比例。

以Olley为核心人物提出的有关行驶平顺性问题的讨论一直延续到20世纪30年代末,其中关于车身振动、固有频率、俯仰固有频率及其与前后悬架刚度匹配关系等重要问题的讨论极为有意义。

人们对橡胶衬套在抑制高频振动中的作用也有所认识。

也就在这时,出现了各种各样的独立悬架设计。

追求独立悬架设计的部分动机是试图克服与前桥设计相关的周期性摆振,而前桥转向系统的设计直接影响着行驶动力学和操纵动力学两个方面。

在随后的20年中,车辆动力学进展甚微。

进入20世纪50年代,可谓进入了一个车辆操纵动力学发展的“黄金时期”。

这期间建立了较为完整的车辆操纵动力学线性域(即侧向加速度约小于0.3g)理论体系。

到20世纪50年代中期,一套较为完整的关于操纵和转向的基础理论体系得以形成,其标志是1956年所发生的一个“历史性事件”,Milliken(米利肯)将它称作车辆动力学发展过程中的一个分水岭,并在他的书中对此事件的整个过程作了详细记载。

当时,机械工程师学会(IMechE)在伦敦组织了一个会议,主题是关于对汽车稳定性的控制及轮胎性能的研究。

从车辆动力学发展的角度来看,这次会议的论文具有重要的历史意义。

随后有关行驶动力学的进一步发展,是在完善的测量和计算手段出现后才得以实现。

英国汽车研究所(MIRA)对该领域的发展作出了重要贡献,包括路面特性的测量、主观评价和客观测试的关系、行驶平顺性测量仪的开发以及率先采用了模拟计算机、随后是电子计算机的动力学计算研究等。

还有一些车辆动力学研究的先驱者,包括美国的Clark、Butkunas、Healy和德国的Mitschke等。

他们在车辆建模与分析中,均采用了以轮胎接地点的随机路面输入作为激励输入的“集中质量模型”(LumpedModel)。

在人们对车辆动力学理解的进程中,理论和试验两方面因素均发挥了作用。

其一,有关飞机稳定性及其控制的理论被有效地运用于汽车,当时不少车辆动力学先驱者原先是从事航空工程领域的研究工作(包括BillMilLiken、Douglas(道格拉斯)Milliken和LeonardSegel等);其二,轮胎

的重要性被肯定,人们开始用轮胎试验来测定轮胎的力学特性。

正是由于Gough等人为轮胎特性提供了全面的认识,Olley、Milliken、Segel、whitcomb等人才可能对操纵稳定性进行定性的处理分析。

在1993年举办的一次关于车辆舒适性和操纵稳定性的IMechE会议上,Segel发表了一篇重要演讲,对车辆动力学的发展进行了系统地回顾。

由于Segel本人在1950~1990年间对车辆动力学的研究作出了重大贡献,所以他在文章中能以自己的深刻理解回顾了这门学科的

发展,并以阶段划分的方式对本门学科的早期成就进行了概括,见表1-1。

表1-1根据Segel提出的阶段划分对车辆动力学早期成就的总结

阶段一(到20世纪30年代初期)

1.对车辆动态性能的经验性的观察

2.开始注意到车轮摆振的问题

3.认识到乘坐舒适性是车辆性能的一个重要方面

阶段二(从20世纪30年代初期到1952年)

1.了解了简单的轮胎力学,给出了轮胎侧偏角的定义

2.定义了不足转向和过度转向

阶段三(1952年以后)

1.通过试验结果分析和建模,加深了对轮胎特性的了解

2.在两自由度操纵模型基础上,建立了考虑车身侧倾的三自由度操纵动力学方程

3.扩展了对操纵动力学的分析,包括稳定性和转向响应特性分析

4.开始采用随机振动理论对行驶平顺性进行性能预测

随后的几十年,汽车制造商意识到行驶平顺性和操纵稳定性在汽车产品竞争中的重要作用,因而车辆动力学得以迅速发展。

在试验方面,车辆行驶振动分析仪、路面测量、转向信号传感装置、变车道、J转向等试验方法的测试技术日趋完善。

人们对非线性操纵响应的理解也愈加深入,从而使操纵动力学的研究逐渐向高侧向加速度的非线性作用域扩展。

计算机技术及应用软件的开发,使建模的复杂程度不断提高。

多刚体系统(Multi—BodySvstem)动力学分析软件(如ADAMS(亚当斯),DADS)的应用,使复杂的模型得到了明确的表达和方便的求解。

在应用计算机技术的同时,先进控制理论与技术的应用也极大地推动了车辆动力学的发展,各种车辆底盘控制系统开始相继涌现,如图1-1所示。

图1-1底盘控制系统与车辆动力学关系示意图

TCS--驱动力控制系统;ASR--防滑转控制系统;DSC--动态稳定性控制(DynamicStabilityControl);DYC--“直接横摆控制”(DirectYawmomentControl);VDC--车辆动力学控制(VehicleDynamicsControl)

自20世纪70年代末,从飞机设计技术中引入的防抱死制动系统(Anti-lockBrakingSystem,简称ABS)可以称得上是向车辆底盘控制迈出的第一步,ABS通过限制制动压力来保证车轮的最佳滑移率,从而避免了车轮抱死。

随后,通过限制发动机输出转矩防止车轮滑转

的驱动力控制系统(TractionControlSystem,简称TCS)在20世纪80年代中期得到应用。

到20世纪80年代末,在ABS和TCS的基础上,又成功地开发了防滑转控制(AccelerationSpinRegulation,简称ASR)装置,这种装置在车辆急剧变速时,可改善车辆与地面的附着力,避

免车辆产生侧向滑动的危险。

20世纪90年代初,研究人员根据轮胎印迹处的纵向分力和横向分力满足摩擦圆规律的原理,提出了在高速行驶中通过驱动力控制来保证车辆横向稳定性的动态稳定性控制(DynamicStabilityControl,简称:

DSC),它对汽车高速转弯时制动特别有效。

20世纪90年代末期,研究人员发现,车辆在高速行驶过程中的横向稳定裕度较小,通过调节四个车轮的纵向力而形成一定的回转力矩,就可控制汽车的横摆角速度,由此提出了“直接横摆控制”(DirectYawmomentControl,简称DYC)算法,并经试验验证了该算法的有效性。

在此基础上,近年来又提出了限制一定侧偏角范围的车辆动力学控制(VehicleDynamicsControl,简称VDC)。

自2000年以来,VDC系统得到了世界各国汽车厂商的关注,并进行开发研制。

除了对车辆车轮的纵向力进行控制外,在垂向动力学方面,主动悬架控制技术则可作为车辆动力学发展中的另一个典型代表。

尽管在20世纪60年代早期,已有人开始进行了此方面的一些基础性研究工作,但首先使主动悬架的基本思想和控制律得到完善的应该是Thomson。

更有实际意义的是,Lotus公司在20世纪80年代初制造了第一辆装有主动悬架的原型样车。

目前,主动、半主动悬架系统已在某些豪华轿车和军用车辆中得到了应用。

虽然很早就有人根据阿克曼转向原理提出四轮转向系统(FourwheelSteer,简称4WS)的概念,但由于这种系统对车辆后桥的改动过大,制造成本过高,在沉寂多年之后近些年才得到汽车厂商的重视。

四轮转向的基本原理是,利用车辆行驶中的某些信息来控制后轮的转

向角,以提高车辆的总体操纵性和稳定性。

在20世纪80年代末,四轮转向产品在日本汽车中已开始应用。

除此之外,在转向系统方面,主要是围绕减轻驾驶员负担的控制技术,如电子液压助力转向系统(ProgressivePowerSteer,简称PPS)和电动助力转向系统(ElectricalPowerAssistedSteer,简称EPAS)等进行研究。

它们是按照车速等行驶条件的变化,根据一定的控制算法

由电子控制器来调节油压或电动机输出转矩,从而使车辆在各种行驶条件下,均能保证转向盘操纵力矩处于最佳状态。

在过去的70多年中,车辆动力学在理论和实际应用方面都取得了很多成就。

然而,尽管工程师拥有功能强大的计算机软件,可求解几十甚至几百个自由度的复杂车辆模型,但事实上没有一个车辆制造商会完全用理论分析来取代自己详尽的车辆开发过程。

在新车型的设计开发中,汽车制造商仍然需要依赖于具有丰富测试经验与高超主观评价技能的工程师队伍,由此可见,实际测试和主观评价在车辆开发中不可替代的作用。

这并不排除模型分析在动力学中的作用,设计者仍然需要通过建模来了解系统内在的复杂关系,找出关键的影响因素,并为车辆性能的变化趋势提供预估。

§1-2研究内容和范围

严格地说,车辆动力学是研究所有与车辆系统运动有关的学科。

它涉及的范围很广,除了影响车辆纵向运动及其子系统的动力学响应(如发动机、传动、加速、制动、防抱死和牵引力控制系统等方面的因素)外,还有车辆在垂向和横向两个方面的动力学内容,即行驶动力学和操纵动力学。

行驶动力学主要研究由路面的不平激励,通过悬架和轮胎垂向力引起的车身跳动和俯仰以及车轮的运动;而操纵动力学研究车辆的操纵特性,主要与轮胎侧向力有关,并由此引起车辆侧滑、横摆和侧倾运动。

长期以来,人们一直在很大程度上习惯按纵向、垂向和横向分别独立研究车辆动力学问题;而实际中的车辆同时会受到三个方向的输入,各方向所表现的运动响应特性必然是相互作用、相互耦合的(图1-1)。

比如转向过程中,路面在给车辆提供侧向力的同时,也通过悬

架给车辆提供垂直输入干扰。

悬架的作用除支撑车辆、隔离路面干扰外,还将控制转向时的车身姿态,并传递来自轮胎的力。

反过来看,同样的车身运动既可由行驶输入引起,如路面不平引起的车身侧倾,也可由操纵方面引起,如转向时引起的车身侧倾。

此外,利用不同车

轮纵向力控制来改善极限工况下的操纵稳定性控制系统(VSC)也是一个典型的例子。

因此,我们可能要问:

分别研究这三个方面性能的合理性将如何证明?

事实上,分开处理的主要理由可能很实际,主要是为了减少模型的自由度,从而减少分析工作量,易于处理。

当然,如果对车辆的工作状况及条件进行适当限制,那么三个方向的耦合关系则可能不太显著。

比如,当车辆在水平粗糙路面匀速直线行驶时,问题将集中在行

驶动力学特性方面;当车辆在水平路面匀速转弯行驶时,那些主导操纵性能的力和运动对纵向和垂向特性则无显著影响。

随着功能强大的计算机技术和动力学分析软件的发展,我们已经有能力将三个方向的动力学问题结合起来进行研究,对车辆动力学问题的分析也可能扩展到更复杂的工况及非线性域。

但为便于读者对车辆动力学内容的学习和理解,本书仍然按三个方向进行编排,在第一、二、三篇中分别对纵向动力学、行驶动力学和操纵动力学给予介绍。

一、纵向动力学

纵向动力学研究车辆直线运动及其控制的问题,主要是车辆沿前进方向的受力与其运动的关系。

按车辆工况的不同,可分为驱动动力学和制动动力学两大部分。

驱动动力学研究中,首先要了解车辆的行驶阻力,由此才可决定车辆驱动轮上所需的力矩和功率,以及能量消耗。

行驶阻力代表了车辆对动力和功率的需求,而车辆的动力与传动系统则为车辆提供了对动力及功率的供应,需求与供应之间的平衡关系还与路面附着系数有

关,直接影响车辆的驱动性能。

制动动力学研究中,首先要了解车辆制动性能的评价指标;在此基础上,介绍直线分析及前、后车轮制动力的分配关系,并分析车辆的制动稳定性;最后,从章节安排上考虑,将转向制动动力学分析也放在一起给予介绍。

因此,第一篇的主要内容是,首先介绍车辆的行驶阻力,分析车辆对动力及功率的供求关系;然后分析包括动力性、燃油经济性和制动性在内的纵向动力学性能;最后介绍相关的纵向动力学控制系统,如ABS、TCS等。

二、行驶动力学

与车辆行驶动力学有关的主要性能及参数如图1-2所示。

在有限的悬架工作空间内,设计人员必须为驾驶员和乘客提供良好的乘坐舒适性、良好的车身姿态,以及对车轮动载荷的合理控制。

行驶动力学研究中的首要问题是建立考虑悬架特性在内的车辆动力学模型,而分析这些动力学问题的最简单的数学模型应该是具有七自由度的整车系统模型。

随着功能愈来愈强大的多体动力学仿真软件的普及应用,包括衬套等复杂细节在内的模型也可以方便地得到。

图1-2与车辆行驶动力学有关的主要性能及参数

实际上可将行驶动力学问题分为两类。

一类是可通过数学建模来分析的行驶动力学问题,有人将它称之为“主要行驶舒适性问题”。

关于主要行驶动力学的数学建模及随机路面输入下车辆响应分析的内容,将在第二篇中介绍。

然而,主要行驶舒适性研究还无法将所有的行驶振动特征完整而真实地描述出来,实际中还有大量其他因素影响着乘员对乘坐舒适性的主观评价,包括对约15Hz以上的高频振动的响应、更高频率范围内的振动噪声问题(Harshness)、悬架系统中橡胶衬套的影响、对路面的阶跃凸起及凹坑等路障的纵向冲击的响应以及人体对振动的响应等。

目前,几乎还没有办法用数学解析模型来准确地预测这些影响,这类问题通常可以归结为“次级行驶舒适性问题”。

对次级行驶舒适性问题,通常需要人的主观设计,例如路面凹坑离散输入对悬架系统振动噪声响应的评价,一般会涉及三个方面的问题,包括轮胎在路面输入处变形时的动态响应、纵向和垂向的悬架非线性动力学性能以及驾驶员的响应特性。

围绕其每一方面,均有众多不确定的因素,因而生产厂家必须依靠经验丰富的测试驾驶员来评价。

三、操纵动力学

在车辆动力学研究中,操纵动力学的内容最为丰富,将在第三篇中加以介绍。

由于轮胎的重要性,因此操纵动力学建模中必须要与轮胎模型精度相吻合,否则建立的操纵模型将失去意义。

分析车辆操纵特性可以从最基本的两自由度车辆模型入手,该模型中,车辆向前的速度被假定为恒定的,而两个变量分别是车辆的侧向速度和横摆速度。

虽然基本模型看似简单,但它为操纵性能分析提供了十分重要的基础。

在线性范围内,两自由度模型的预估精度可能

会达到70%以上。

经过对基本模型的动力学分析,得到了一个关于车辆操纵特性的最基本的概念,即车辆的“不足或过度转向”(under/oversteer)特性。

分析结果表明,不足转向与过度转向的区别取决于一个重要物理量,叫做车辆的“稳定裕度”(stabilitymargin),定义为bCar--aCaf。

中,a和b分别为前轴和后轴至车辆质心的距离;Car和Caf分别代表了前、后轮胎的侧偏刚度。

如果稳定裕度为正值,车辆表现为不足转向;否则,为过度转向。

可以看出,稳定裕度中的第一项bCar代表了“后轮产生力的能力”(更严格地讲,指后轮产生的力绕车辆质心的

力矩);而第二项aCaf则表达了“前轮产生力的能力”。

因此,设计者可以利用前后轮胎力(或力矩)的平衡关系,扩展稳定裕度这一概念,并以此来理解以下因素的影响:

1)与负载情况有关的车辆质心位置;

2)与轮胎的结构、尺寸和胎压有关的轮胎侧偏刚度;

3)前、后轮外倾角;

4)前、后轴载荷转移;

5)侧倾转向效应;

6)变形转向效应。

以上参数均可用来调节车辆的不足(或过度)转向程度,而且各因素对不足(或过度)转向在线性域内的作用均可以通过对两自由度线性模型的扩展定量地给出。

由此看出,任何模型的合理性并不是简单地与其复杂程度成正比,这种基于基本操纵模型的分析方法虽然简单,但它却可以为研究更复杂的模型提供一个必要的基础。

通常,操纵动力学的研究范围分为三个区域,即:

1)线性域:

侧向加速度约小于O.4g时,通常意味着车辆在高附着路面作小转向运动;

2)非线性域:

在超过线性域且小于极限侧向加速度(约为O.8g)范围内;

3)非线性联合工况:

通常指车辆在转弯制动或转弯加速时的情况。

对模型不太复杂的线性域情况,一般通过人工计算也可有效地建模和求解。

但考虑到实际设计中的可用性,模型中至少应包括车身的横摆、侧倾和侧向运动,悬架的运动学效应,悬架系统特性,转向系统的影响等。

在高速直线行驶时,还要包括空气阻力和力矩。

尽管线

性模型已经在操纵性能定量分析中得到了有效的应用,如前面提到的设计参数对车辆性能的影响分析。

但对非线性域和非线性联合工况,则通常需要采用多体动力学分析软件,以求解这些非线性方程。

最后要说明的是,纵向动力学、行驶动力学和操纵动力学与各底盘控制系统的关系已在图1-1中清楚地说明,因此,有关控制系统及结合车辆动力学分析的控制算法设计内容,均被安排在相应章节中,如结合制动动力学的防抱死制动系统、牵引力控制系统等,被放在第

一篇纵向动力学中;悬架控制系统被安排在第二篇行驶动力学中;而四轮转向和电动助力转向系统则被安排在第三篇操纵动力学中给予介绍。

 

§1-3车辆特性和设计方法

车辆动力学特性的设计方法主要以系统建模和分析为主,而车辆设计则可以是一个迭代循环的过程。

在介绍设计方法之前,首先探讨一下什么是所期望的车辆特性。

一、期望的车辆特性

人们对车辆纵向动力学性能的要求是,有很好的动力性、燃油经济性和制动性。

为实现这些理想特性,就要由对车辆的动力与传动系统及制动系统的良好设计来保证。

在车辆行驶振动方面,也有明确而且被普遍认可的车辆特性评价指标;而对操纵性能而言,其中涉及了

许多人为的主观因素,所以其评价指标通常较难确认,不大可能被所有人接受,因而成为本节主要讨论的内容。

就乘坐舒适性而言,被广为接受的评价指标是使驾驶员和乘员所感受到的加速度水平降至最小。

对轿车来说,尽管侧向运动、纵向运动、转向运动也会对舒适性有影响,但垂直方向上的加速度影响仍占主导地位。

乘坐舒适性的其他指标则体现在车辆加速、制动、转向时

车身能否保持良好的姿态,明显的车身俯仰和侧倾运动一般被视为不可接受的。

因此,必须一定的约束条件下尽可能地减小加速度水平和车身姿态角,这里所说的约束条件是悬架的有限工作空间和轮胎动载荷的合理范围。

施加这些约束的理由是在保证较小车身加速度水平

及良好车身姿态的同时,要尽可能减小轮胎与路面间的载荷波动,以保证转向时具有良好的轮胎接地性。

在操纵性能方面,还是有一些可以被普遍接受的共性指标,并被视为期望的车辆特性,而其余的一些性能指标则代表了个人的喜好。

操纵性能的总体目标包括两个方面,一是对于风的扰动或不平路面的干扰,车辆所产生的运动响应必须控制在最小范围;二是对驾驶员的

输入响应则应达到最优。

实际上,在操纵性能分析过程中,驾驶员本身的作用不容忽视。

人的控制能力确实惊人,他们可以快速处理大量的信息,并根据当时的情形适时调整自己的控制策略,如赛车手征服各种不同路面的能力就很好地说明了这一点。

然而,人们还是普遍期

望在正常驾驶时,个人投入的精力最小,以便从持久的控制行为中得到解脱。

比如,车辆在高速公路上稳定直线行驶时,人们普遍希望自己在驾驶时只需付出极小的控制输入就可以安全轻松地驾车行驶。

驾驶员的操纵控制模式可以由图1--3来说明。

也许可以这么认为,一般情况下,驾驶员通常以开环或闭环两种控制模式操作。

例如在通常轻松的驾驶情况下,驾驶员一般以开环控制模式驾驶。

当然,这还得依赖于驾驶员对车辆响应特点的熟悉程度,知道怎样的输入能够产生期望的输出,这样车辆就可在无需任何校正的情况下沿期望的路径行驶。

在操纵难度较大的情况下,如大转弯、超车或紧急转向时,驾驶员则以闭环控制模式操作。

此时,驾驶员注意力高度集中地监视车辆的实际路径,而实际的行驶路径则被用来作为反馈信号,以使驾

驶员持续不断地对控制输入进行校正。

在操纵动力学性能试验中,以闭环控制模式进行的系统性能评价包含了驾驶员的特性(由驾驶技术及操作来体现)被称之为“闭环评价”,如图1--3b所示;而不包含驾驶员特性的车辆性能评价如图1--3a所示,称之为“开环评价”。

图1--3驾驶员开环和闭环操纵控制示意图

a)开环控制模式b)闭环控制模式

综上所述,所期望的车辆操纵特性可归纳为:

(1)稳定性伴随着外部干扰,车辆应具有迅速恢复原先稳定状态的能力,并且系统响应时间延迟要小,同时还要保证有适当的阻尼。

(2)可操纵性转向时,尽管车辆的控制是由驾驶员通过转向盘来实现的,但实际的作用机理却是通过轮胎侧向力间接实现对车辆的转向运动控制。

因此,任何不利于轮胎力生成与转向盘运动关系的因素,都将会降低车辆的可操纵性和可控制性。

例如,当车辆出现前轮抱死时,前轮胎无法提供侧向力,因而驾驶员此时就根本无法控制车辆的转向运动。

(3)一致性汽车运行的外部输入条件变化范围广泛,如不同的路面及天气条件等,这里所提的一致性,是指人们期望汽车的操纵行为能始终表现如一。

如果汽车在外部条件变化时仍能保持一致的行为模式,就能降低操纵难度,减轻驾驶员的驾驶负担。

(4)常规性通常,驾驶员对某辆车的操纵性能都会有一些比较明确的估计或期望。

当首次驾驶一辆新车时,期望其性能最好与其他同类车辆相差不大,这样会比较省事且安全。

当然,对某些首次接触的新型车辆,如第一次驾驶采用后轮转向的车辆时,有经验的驾驶员也能很快地适应其新特点,而并不感到特别意外。

但对普通驾车者来说,并不希望发生这些操纵性能的变化,而是与心目中期望的标准模式最接近。

对普通的乘用车来说,要使所设计的车辆具有良好的操纵稳定性必须具备以下几点:

1)使车辆对于外界干扰(风、路面)的响应降至最低;

2)确保满意的控制响应特性;

3)确保没有显著的或不可控的不稳定特性;

3)为驾驶员提供足够的信息;

5)提供合理的最大加速度值、轮胎滑移告警、可以接受的突变和回复特性;

6)当环境条件改变(诸如路面不平时),系

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索
资源标签

当前位置:首页 > 高等教育 > 文学

copyright@ 2008-2023 冰点文库 网站版权所有

经营许可证编号:鄂ICP备19020893号-2