同济大学汽车理论.pptx
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1、吴光强吴光强 汽车理论汽车理论同济大学汽车学院同济大学汽车学院 教授教授东东京大学生京大学生产产技技术术研究所研究所 客客员员教授教授第4章 汽车转向系统动力学4.1 汽车转向行驶动力学模型4.2 固定转向盘转角时,转向系统对汽车转 向性能的影响4.3 不固定转向盘转角时,转向系统对汽车转向性能的影响4.4 汽车的四轮转向4.5汽车电动助力转向系统(EPS)简介汽车转向性能的定义 是指汽车能遵循驾驶者转向盘的输入,通过转向系及转向车轮给定的方向,按预定轨迹(路径)行驶的能力。4.1 汽车转向行驶动力学模型汽车转向行驶动力学模型4.1.1转向系统等效动力学模型转向系统等效动力学模型图图4-1汽车
2、转向系统汽车转向系统按功能原理将上述转向系统转化为绕转向按功能原理将上述转向系统转化为绕转向主销转动的等效动力学模型主销转动的等效动力学模型,如图如图4-2.图图4-2 绕转向主销的转向系统等效动力学模型绕转向主销的转向系统等效动力学模型 当汽车行驶时当汽车行驶时,若给转向盘某一角度若给转向盘某一角度,则转向轮产则转向轮产生的侧偏力将绕转向主销形成回正力矩生的侧偏力将绕转向主销形成回正力矩,如图如图4-3:图图4-3 转向侧偏力绕转向主销的回正力矩转向侧偏力绕转向主销的回正力矩 由图4-2可分别写出转向盘和转向轮绕转向主销的等效动力学方程式如下:上述两式表明,转向轮转角相对于驾驶员操作转向盘力
3、矩的响应和对汽车转向行驶动力学与转向系统特性及转向轮侧偏特性密切相关。因此,要分析转向系统对汽车转向性能的影响,还需要建立汽车转向形式动力学方程式。4.1.2汽车行驶动力学方程汽车行驶动力学方程 图图4-4 汽车在地面固定坐标系中的运动描述汽车在地面固定坐标系中的运动描述 图图4-5 单位向量的时间微分单位向量的时间微分 a)车轮侧偏力车轮侧偏力 b)车轮速度车轮速度 图图4-6 汽车在水平面内的运动汽车在水平面内的运动 又参照图又参照图4-6b,可以分别确定各车轮侧偏角为:,可以分别确定各车轮侧偏角为:前后轮的左右轮侧偏角分别相等,可表示为前后轮的左右轮侧偏角分别相等,可表示为 图图4-7
4、四轮汽车的等效二轮模型四轮汽车的等效二轮模型经过整理后得到研究汽车转向性能的基础方程式:4.2.1 转向盘转角固定时的汽车转向行驶动力学方程转向盘转角固定时的汽车转向行驶动力学方程 4.2 等速圆周运动基本特性比较式(比较式(4-19)、()、(4-20)与)与(4-15)、()、(4-16)可知,前者实际上)可知,前者实际上相当于是用相当于是用e 和和a分别代替后者的分别代替后者的 和和 .kf kf 4.2.1 等速圆周运动基本特性等速圆周运动基本特性汽车等速圆周运动方程为:解得:1)低速圆周运动转向特性低速圆周运动转向特性图图4-8 极低速的等速圆周运动极低速的等速圆周运动 满足各车轮沿
5、轮胎平面作纯滚动的所谓阿克曼转向几何学原理。满足各车轮沿轮胎平面作纯滚动的所谓阿克曼转向几何学原理。2)一定车速下的等速圆周运动转向特性一定车速下的等速圆周运动转向特性图图4-9一定车速下的等速圆周运动一定车速下的等速圆周运动 图图4-10 转向半径一定时,转向盘转角转向半径一定时,转向盘转角 随不同车速的变化随不同车速的变化 图图4-11横摆角速度横摆角速度 r与车速与车速V的关系的关系 (=0)图图4-12 汽车质心侧偏角汽车质心侧偏角 随车速随车速V的变化的变化 (=0)图图4-13 汽车相对于旋转圆的姿态汽车相对于旋转圆的姿态A)v较小时较小时 b)v较大时较大时 图图4-14 前轮转
6、角一定时车速前轮转角一定时车速v与转向半径与转向半径R的关系的关系图图4-15 汽车旋转圆随车速增大而变化汽车旋转圆随车速增大而变化当驾驶员急转转向盘并固定于某一个转角时,式(当驾驶员急转转向盘并固定于某一个转角时,式(4-3)左边左边2项旧不能忽略了。此时,变形式(项旧不能忽略了。此时,变形式(4-3)、)、(4-11)、)、(4-15)和)和(4-16)可得:)可得:图图4-16 转向系统刚度对操纵响应的影响转向系统刚度对操纵响应的影响 4.3 不固定转向盘转角时,不固定转向盘转角时,转向系统对汽车转向性能的影响转向系统对汽车转向性能的影响4.3.1不固定转向盘转角时的汽车转向行使动力学方
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