资源描述：
《汽车系统动力学配套教学课件第2版喻凡 第12章 扩展的操纵模型及实例分析.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第十二章 扩展的操纵模型及实例分析第一节概述第二节 考虑车身侧倾的三自由度模型第三节 车轮转动效应第四节 转向系统的影响第五节悬架运动学第六节 变形转向第七节操纵动力学性能实例分析第一节概述在建立两自由度操纵模型时,对车辆进行了简化,对轮胎力也进行了线性化处理。本章中,根据前面建模中假设条件与其相关的影响因素,对基本操纵模型进行扩展。扩展的因素包括:1)簧载质量(车身)的侧倾自由度。2)车轮转动效应。3)转向系统变形的影响。4)悬架运动学效应。5)变形转向效应。第二节考虑车身侧倾的三自由度模型如
2、图12-1所示。这里,采用拉格朗日方法建立考虑车身侧倾的三自由度操纵模型,建模中将整车分为不发生侧倾的非簧载质量和具有侧倾自由度的簧载质量,并再定义一个与车身一起运动的参考基B。图12-1定义车辆运动的参考基A和接地参考基G的关系第二节考虑车身侧倾的三自由度模型由于车辆建模是在三维坐标系下进行,因而首先必须确定车身侧倾中心轴的高度。车辆的每一车轴均具有一个可认为固结于非簧载质量的“侧倾中心”,其定义为车身发生侧倾时,相对于轮胎接地印迹处不发生任何侧向位移的点。车辆前、后侧倾中心的连线称为“侧倾中
3、心轴”,如图12-2a所示。一般车辆前、后轴侧倾中心高度不等,所以侧倾中心轴与水平面通常不平行。这里,定义一个参考点O,为通过簧载质量质心的垂线与侧倾中心轴的交点,如图12-2b所示。将固定于车身的参考基记为B,它包括由三个正交单位矢量b1、b2、b3定义的坐标系b,与A的关系如图12-2b所示,其中每一矢量与坐标系a的各坐标量a1、a2、a3的转换关系见表12-1。第二节考虑车身侧倾的三自由度模型图12-2车辆的车身侧倾中心和侧倾轴及坐标定义a)车身侧倾中心轴b)车身参考基B、车辆参考基A和接
4、地参考基G的关系第二节考虑车身侧倾的三自由度模型坐标系b坐标系ab1b2b3a1100a20cosϕ-sinϕa30sinϕcosϕ表12-1坐标系a与坐标系b的转换关系(其中车身侧倾角ϕ为a3与b3的夹角)定义了坐标系后,再根据参考基B相对于参考基A的转角(即车身侧倾角)ϕ,就可以写出以车辆的动能ET、势能EV、耗散能ED和广义力FQϕ表示的拉格朗日方程,形式如下:第二节考虑车身侧倾的三自由度模型下面,根据考虑车身侧倾的三自由度车辆模型,分别逐项推导其动能、势能和广义力。首先,假设车辆由以下三
5、部分组成:1)具有质量为mb、侧倾转动惯量为Ixxb、横摆转动惯量为Izzb的簧载质量(即车身)。2)具有质量为mf和横摆转动惯量为Izzf的前非簧载质量(包括前轴和前轮)。3)具有质量为mr和横摆转动惯量为Izzr的后非簧载质量(包括后轴和后轮)。这里,每一刚体的转动惯量均指绕其自身质心为原点的轴线的转动惯量。第二节考虑车身侧倾的三自由度模型一动能根据上述介绍的车辆三大组成部分,其总动能可分解为相应的下列三项,即簧载质量(车身)的动能ETb、前非簧载质量(前车轴)动能ETf和后非簧载质量(后车
6、轴)动能ETr,其中每项均包括平动动能项和转动动能项。这里,前、后轴的动能ETf、ETr的表达式可直接写出,分别为:式中,uf=ur=u;vf=v+ar;vr=v-br。其中a、b分别表示质心到前、后轴的距离。第二节考虑车身侧倾的三自由度模型一动能由于考虑了车身的侧倾,簧载质量mb的动能ETb的表达式更为复杂。由于车身参考基B相对于A有一转角,如图12-2所示,若以hb表示车身质心至b1轴的距离,则车身质心相对于参考原点O的位置矢量P为:P=-hbb3=hbsinϕa2-hbcosϕa3(12-
7、4)考虑到车辆航向角ψ(即基A相对于基G的转角),并记参考基B相对于参考基G的角速度为ΩGB,则P在地面参考基G中的速度矢量则为:式中,第二节考虑车身侧倾的三自由度模型一动能因为这里dPB/dt=0,根据表12-1,并结合参考原点O的速度(ua1+va2),则式(12-5)可写为:其中,ub为车身前进速度;vb为车身侧向速度;wb为车身垂向运动速度。且表达式分别为:若将车身(body)质量的平动(translational)动能记为ETb-t,则有:第二节考虑车身侧倾的三自由度模型一动能而车身(
8、body)质量的转动(rotational)动能项为:式中,Ib是车身质量的转动惯量阵。在参考基B中,Ib为一常量矩阵,等于:第二节考虑车身侧倾的三自由度模型一动能结合式(12-10)~式(12-12),得到车身的转动动能ETb-r为:式中,Ib是车身质量的转动惯量阵。在参考基B中,Ib为一常量矩阵,等于:第二节考虑车身侧倾的三自由度模型二势能和耗散能若假定车身侧倾时,悬架仍表现为线性特性,那么悬架的侧倾刚度系数Kϕ和侧倾阻尼系数Cϕ均为常量。若在线性假定条件下,车身相应的势能和耗散能分别为:E
