操纵稳定性评价论文（通用7篇）
操纵稳定性评价论文 篇1
高速行驶的汽车, 安全性与操纵稳定性有很重要的关系。因此, 为了有效降低高速行驶汽车的事故发生率, 需要汽车在高速行驶时具有良好的操纵稳定性。为了更明确地表示汽车操纵稳定性品质水平, 需要有相应的评价指标对汽车的操纵稳定性进行评价。
2005年, 赵伟平提出将汽车的稳定性裕度作为评价汽车稳定性的评价指标, 并利用郭孔辉提出的加权均匀评价方法, 联合汽车的操纵性和稳定性, 给出汽车操纵稳定性的综合评价指标, 并对其进行了有效的优化[1]。2006年, 陈振日通过对操纵稳定性试验所对应的各单项评价指标的分析, 指出各评价指标所代表的物理意义, 并提出将轮胎抓地能力作为汽车操纵稳定性评价的一个新指标[2]。2009年, 邢如飞运用层次分析法, 对汽车操纵稳定性主观评价指标进行了分析, 并确定了汽车操纵稳定性主观评价各指标权重[3]。2010年, 黄建兴等研究了人—车闭环操纵稳定性综合评价指标权重确定方法。提出用序关系方法确定各评价指标权重的取值[4]。2012年, 王化吉运用模糊层次分析法确定了操纵稳定性各级指标权重系数。文中比较了模糊层次分析法和传统层次分析法异同, 证明了运用模糊层次分析法确定汽车操纵稳定性主观评价指标权重准确而有效[5]。
上述对汽车操纵稳定性的评价包括客观评价和主观评价, 其评价指标都没有考虑汽车行驶速度。而汽车行驶速度对操纵稳定性有很重要的影响。论文在综合考虑驾驶员忙碌程度、侧翻、侧滑、速度等因素的影响下, 提出了4项单项评价指标和综合评价指标表达式, 对最速操纵下的汽车操纵稳定性单项评价指标和综合评价指标进行了仿真分析, 比较了不同初始车速下汽车操纵稳定性评价指标随时间变化的仿真结果。
1 汽车最速操纵稳定性评价指标数学模型
以郭孔辉提出的汽车操纵稳定性总方差评价方法为基础, 提出考虑驾驶员忙碌程度、翻车危险性、侧滑危险性、汽车行驶速度4项单项评价指标及综合评价指标表达式[6]。
1.1 汽车最速操纵稳定性单项评价指标
1.1.1 表示驾驶员忙碌程度的评价指标
式 (1) 中, 为方向盘转角速度门槛值;tn为足够长的时间长度。
1.1.2 表示汽车翻车危险的评价指标
式 (2) 中, ay (t) 为汽车侧向加速度;为侧向加速度标准门槛值;tn为足够长的时间长度。
1.1.3 表示汽车侧滑危险的评价指标
式 (3) 中, i=f, r为分别代表前轮和后轮;Jsf为表示汽车前轴发生侧滑危险的评价指标;Jsr为表示汽车后轴发生侧滑危险的评价指标;JS为整车侧滑危险性指标;Fyi (t) 为某车轮所受的侧向力;Fzi为某车轮的法向载荷;φ^为侧向附着系数的门槛值;tn为足够长的时间长度。
1.1.4 速度指标
式 (4) 中, u (t) 为车速;u^为速度评价指标限值;tn为足够长的时间长度。
1.2 汽车最速操纵稳定性综合评价指标
经过大量试验分析验证, 汽车操纵稳定性的各单项评价指标都在不同程度上影响着综合评价指标。本文采用加权平方根值计算汽车操纵稳定性综合评价指标, 即取驾驶员忙碌程度指标、侧翻危险性指标、侧滑危险性指标、速度指标的加权平方根值计算综合评价指标。综合评价指标表达式为
式 (5) 中, JT为最速操纵下的汽车操纵稳定性综合评价指标;wB为驾驶员忙碌程度指标权值;wR为汽车侧翻危险性评价指标权值;wS为汽车侧滑危险性评价指标权值;wU为汽车行驶速度评价指标权值。
1.3 各单项评价指标门槛值及权值的确定
汽车操纵稳定性各单项评价指标中门槛值通常是经过优化得到。
在汽车操纵稳定性综合评价指标中, 各单项评价指标中的门槛值sth、实际权系数wei、理论权系数wi的关系如式 (6) 所示。
因此, 各单项评价指标标准门槛值得到后, 可以通过对各标准门槛值的调整来确定权系数。
根据参考文献[7], 研究的最速操纵下的操纵稳定性单项评价指标的门槛值见表1, 加权值见表2。
2 最速操纵下汽车各状态参数的确定
要计算最速操纵下的各项单项评价指标, 需要得到汽车的一些状态参数, 比如方向盘转角速度、侧向加速度、侧向力、纵向速度等。基于ADAMS/Car软件通过仿真得到这些状态参数。
2.1 基于ADAMS/Car的整车模型建立
建立的汽车模型由麦弗逊前悬架子系统、双横臂后悬架子系统、齿轮齿条转向器子系统、UA轮胎模型子系统、动力传动系统子系统、制动系统子系统等组成;然后建立交换信息的输入、输出信号器, 信号器包括子系统与ADAMS/Car提供的实验台之间、子系统与子系统之间的输入、输出信号器;最后组装成整车模型[8]。该整车装配模型经过调试, 确认模型合理。该车的基本参数见参考文献[9]中表5.1车型一的参数。
2.2 整车仿真过程
首先设置整车仿真的初始条件。在事件构造器中定义汽车初始速度为108 km/h, 本车的最高档为5档, 由于模拟的是超车试验, 按照“降档超车”的原理, 设置初始档位为4档, 设置初始时刻的纵向加速度为零。
然后定义微操纵。微操纵需要分别定义转向、油门、制动、离合器、结束条件等。转向控制使用machine+path_map的方式。path_map路径按照参考文献[9]中图2 (a) 所示纵向位移设置。油门和制动控制采用speed_s_map进行设置。speed_s_map采用参考文献[9]中图2 (d) 所示纵向速度设置。结束条件为:整车模型进行最速操纵的纵向位移应超过360 m;但是纵向位移又不能无限大, 时间限制采用足够完成超车试验的时间, 设置为12 s。ADAMS/Car为仿真提供了各种路面模型, 本文选用ADAMS/Car自带的路面文件2d_flat.rdf。
2.3 整车状态参数仿真结果
2.3.1 方向盘转角速度仿真结果
图1为最速操纵下汽车完成双移线试验时, 汽车方向盘转角速度随时间变化仿真结果。从图中可以看出, 在0~6 s, 方向盘转角速度较大, 说明“驾驶员”非常忙碌;在6~12 s时间段内, 方向盘转角速度变小, 说明驾驶员不忙碌。
2.3.2 侧向加速度仿真结果
图2为最速操纵下汽车完成双移线试验时, 汽车侧向加速度随时间变化仿真结果。从图2中可以看出, 在4.5 s时产生最大加速度, 其值为0.87 m/s2;10 s以后产生的加速度很小, 因此汽车最后会恢复到原来车道而直线行驶。
2.3.3 前后轮侧向力仿真结果
图3为最速操纵下汽车完成双移线试验时, 汽车前轮侧向力随时间变化仿真结果。从图3中可以看出, 左前轮在0~2.2 s侧向力向右, 在2.2~6.5 s侧向力向左, 在6.5 s以后侧向力很小。从图中还可以看出, 左右两前轮侧向力方向的变化趋势相似, 但大小相差很大, 左前轮侧向力大于右前轮侧向力。
图4为最速操纵下汽车完成双移线试验时, 汽车后轮侧向力随时间变化仿真结果。与图3相比可以看出, 后轮的侧向力远大于前轮侧向力。从图4可以看出, 左右两后轮侧向力方向相同, 大小相差不大。
2.3.4 纵向速度仿真结果
图5为最速操纵下汽车完成双移线试验时, 汽车纵向速度随时间变化仿真结果。从图中可以看出, 汽车纵向速度几乎成线性增加, 从30 m/s迅速增加到38 m/s。
3 汽车最速操纵稳定性评价指标仿真分析
3.1 汽车最速操纵稳定性单项评价指标仿真分析
3.1.1 表示驾驶员忙碌程度的评价指标仿真结果
根据式 (1) , 评价指标门槛值按表1取值, 利用图1的结果, 通过MATLAB仿真得到最速操纵下汽车完成双移线试验时, 汽车方向盘转角速度评价指标仿真结果如图6所示。该评价指标值的大小反映驾驶员忙碌程度的大小。从图6可以看出, 方向盘转角速度指标随时间变化逐渐增大, 即随着时间增加, 驾驶员忙碌程度增加。而在10.5 s以后, 评价指标几乎不再变化, 表明此时汽车已完成最速操纵双移线试验, 返回到原车道上并直线行驶。
3.1.2 表示汽车翻车危险的评价指标仿真结果
根据式 (2) , 评价指标门槛值按表1取值, 利用图2的结果。通过MATLAB仿真得到最速操纵下汽车完成双移线试验时, 汽车的侧向加速度评价指标仿真结果如图7所示。该评价指标值的大小反映汽车发生翻车危险性机会的大小。由图7可知, 侧向加速度评价指标随时间变化增加速度很快, 说明随着时间增加, 双移线试验过程中汽车发生侧翻危险性的可能性越大。
3.1.3 表示汽车侧滑危险的评价指标仿真结果
根据式 (3) , 评价指标门槛值按表1取值, 利用图3和图4的结果, 通过MATLAB仿真得到最速操纵下汽车完成双移线试验时, 前后轮发生侧滑危险的评价指标仿真结果如图8~图11所示。Js1是左前轮发生侧滑危险性的评价指标;Js2是右前轮发生侧滑危险性的评价指标;Js3是左后轮发生侧滑危险性的评价指标;Js4是右后轮发生侧滑危险性的评价指标。该评价指标值的大小反映汽车发生侧滑危险性的大小。在汽车的四个车轮中, 一般选取结果最大的指标作为评价汽车侧滑危险性的评价指标。通过比较图8~图11可知, 左后轮评价指标值最大, 则在计算操纵稳定性综合评价指标时, 以左后轮的侧向力与左后轮法向载荷之比所得的指标作为参数进行计算。
3.1.4 速度评价指标仿真结果
根据式 (4) , 评价指标门槛值按表1取值, 利用图5结果, 通过MATLAB仿真得到最速操纵下汽车完成双移线试验时, 速度评价指标仿真结果如图12所示。从图中可以看出, 速度指标随时间变化逐渐增大。
3.2 汽车最速操纵稳定性综合评价指标仿真结果
将图6~图12所示评价指标在Matlab中导出数据, 将其代入最速操纵下操纵稳定性综合评价指标表达式 (5) , 各单项评价指标权值按表2取值, 可得最速操纵下操纵稳定性综合评价指标仿真结果如图13所示。从图中可以看出, 操纵稳定性综合评价指标随时间变化逐渐增大, 即随着时间增大, 汽车的操纵稳定性变差。为了比较不同初始车速完成双移线过程时, 汽车操纵稳定性的变化情况, 图13给出了初始车速为90 km/h时操纵稳定性综合评价指标仿真结果, 可以看出, 初始车速减小时, 操纵稳定性综合评价指标减小, 说明操纵稳定性好。
4 结论
对最速操纵下的汽车操纵稳定性评价指标进行了研究。提出了最速操纵下考虑驾驶员忙碌程度、侧翻、侧滑、汽车行驶速度4项单项评价指标和综合评价指标表达式;运用Adams/Car软件对已建立的整车模型进行了双移线试验的仿真分析, 得出最速操纵下汽车的纵向速度、侧向加速度、方向盘转角速度、前后轮侧向力仿真结果;基于Matlab软件得到了4项单项指标及综合评价指标随时间变化情况的仿真结果, 并比较了不同初始车速完成双移线过程的操纵稳定性。从结果可以看出, 随时间增大, 各单项评价指标及综合评价指标也增大, 即汽车的操纵稳定性变差;随着汽车行驶车速的增大, 操纵稳定性评价指标也增大, 即汽车操纵稳定性变差。本文提出的评价指标能够为赛车或者高速行驶的汽车操纵稳定性的评价方法提供一定的参考价值。
摘要：针对目前汽车操纵稳定性评价指标中没有考虑速度因素, 提出一种综合考虑驾驶员忙碌程度、侧翻、侧滑、速度4个因素的最速操纵稳定性单项评价指标表达式和综合评价指标表达式。通过ADAMS/Car仿真分析, 得到了最速操纵稳定性单项评价指标数值和综合评价指标数值。比较了不同初始车速下汽车完成双移线试验的操纵稳定性综合评价指标仿真结果。结果表明, 各单项评价指标数值和综合评价指标数值随时间增大而增大, 汽车最速操纵稳定性综合评价指标数值随初始车速的增大而增大, 即汽车操纵稳定性变差。该评价指标能够为高速行驶的汽车操纵稳定性评价分析和设计提供参考。
关键词：汽车,最速操纵,操纵稳定性,评价指标,仿真
参考文献
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四轮转向车辆的操纵稳定性分析 篇2
以改善低速操纵灵活性和(或)高速行驶稳定性为主的四轮转向(four wheel steering,4WS)系统在20世纪80年代得到迅速发展,其中日本的Honda、Mazda、Nissan和Mitsubishi等汽车公司都推出了4WS车辆[1]。4WS控制方法 是通过调 节轮胎的侧向力来控制车辆的运动,但当侧向加速度超过0.4g时,轮胎侧向力趋近饱和状态,车辆进入了非线性工作区域[2],因此,可用0.4g的侧向加速度来界定4WS系统的有效工作区域。
针对4WS的控制算法研究一直在进行,从最早的基于车速的定比例前馈控制[1,3],到具有横摆角速度的反馈控制[1,3],再到基于现代控制理论的最优控制、基于H2、H∞、μ综合理论及滑模变变结构的鲁棒控制[4,5],最后还有 基于模糊 理论、神经网络理论的非线性控制[6,7]等,都有许多研究成果。但是,目前在4WS控制上还存在一些不足:1对后轮转角的范围没有明确界定;2很少顾及4WS系统的有效工作区域;3过于强调控制的鲁棒性而 忽视控制 的实用性。 本文着眼 于4WS车辆操纵稳定性的理论分析,以线性二自由度车辆模型为基础,以两种典型的控制算法为例, 从理论上对4WS车辆的特性进行研究。
1四轮转向的理论分析
研究和实验都证明,采用线性二自由度模型设计4WS控制器是合理的[8]。为了使公式具有统一的表达形式,设整车质心到前轴的距离为正, 到后轴的距离为负,则线性二自由度模型[9]可以写为
式中,m为整车质量;u为车辆纵向速度;L1、L2分别为整车质心到前轴和后轴的距离,则轴距为L1-L2;C1、C2分别为前轴和后轴的轮胎侧偏 刚度(左右轮胎 侧偏刚度 之和,均为正值);Iz为整车的横摆转动惯量;δ1、δ2分别为前轮和后轮转角,规定左转 为正,右转为负;β为质心侧 偏角;r为横摆角速度。
对式(1)进行Laplace变换并化简可得
对P1进行分析,可知
定义um为转折车速:
车辆的稳态侧向加速度为
以0.4g的侧向加速度来界定4WS系统的有效工作区域,由式(6)以及转向时侧向加速度大于零的条件可得后轮转角范围为
式(7)给出的后轮的最大转角范围并没有考虑具体控制算法,当考虑具体的控制算法时,后轮转角将小于式(7)给出的范围。
车辆稳态质心侧偏角为
车辆稳态横摆角速度为
以上分析同 样适用于 传统的前 轮转向 (FWS)车辆 (令δ2=0)。 以相同的 前轮转角 δ1(δ1>0)作为输入,当u≤um、δ2<0时,即车速小于转折车速、后轮与前轮逆相位转向时,由式 (7)~ (9)可见,4WS相对于FWS减小了车辆的质心侧偏角,增大了稳态横摆角速度和侧向加速度;u>um、δ2>0,即车速大于转折车速、后轮与前轮同相位转向时,4WS同样可减小车辆的质心侧偏角,同时降低横摆角速度和侧向加速度。 此特性不依控制算法而改变,反映了4WS系统的本质特性。另外需要指出的是,高速时后轮采用逆相位转向会使侧向加速度严重滞后[1,10],车辆容易出现急转现象。后轮与前轮逆相位转向或者同相位转向时仅能定性地分析稳态质心侧偏角及横摆角速度的变化,若要定量分析,则必须考虑具体的控制算法。 下面给出两种典型的控制算法,进一步讨论4WS系统的特性。
2两种控制算法的稳态分析
根据式(8),以稳态零质心侧偏角为目标设计后轮转角(称为算法一),可得
将式 (10)进行Laplace变化后分 别代入式 (2)和式(3)中,可得质心侧偏角及横摆角速度对前轮转角的闭环传递函数为
算法一实际上以车速及前轮转角作为变量来计算后轮的转角,并未考虑车辆的状态,当增加横摆角速度反馈后可设计出下面的算法二。
将式(1)的质心侧偏角微分方程重写为
令式(13)的质心侧偏角及其变化率都为零, 则可得后轮转角为
将式(14)进行Laplace变换代入原车辆方程式(2)和(3)中可得质心侧偏角及横摆角速度对前轮转角的闭环传递函数为
由式(12)和式(16)可知,两种控制算法稳态时的横摆角速度和侧向加速度均分别为
以0.4g的侧向加速度来判定车辆是否工作在线性区域,结合式(4)与式(18),可得出后轮转角的范围为
可见,两种控制算法稳态时的横摆角速度和侧向加速度是相同的,印证了4WS系统的稳态特性是不依控制算法的改变而改变的。两种控制算法的不同之处在于瞬态过程。
3四轮转向仿真分析
3.1特征根分析
车辆参数如表1所示。
系统的特征根反映了车辆转向的稳定特性, 当采用算法一时,特征多项式如下:
而当采用算法二时,特征多项式变为
车速由5km/h增至200km/h时,两种控制算法下特征根的分布如图1所示。
由图1可见,两种算法的特征根都在负半轴,即系统是稳定的。图1中箭头方向代表速度增加方向。对于算法一,低速时具有负实根,高速时具有一对共轭复根,即当车速从低速增至高速时,车辆由过阻尼系统转变为欠阻尼系统。 对于算法二,车辆一直处于过阻尼状态。
3.2稳态转向分析
图2是稳态侧向加速度小于0.4g的前提下, FWS和4WS前轮转角的界限曲线。两条曲线交点对应的车速为转折车速,um=42km/h。可见, 当u>um时,4WS的界限值大于FWS的界限值, 即较大的前轮转角才能使4WS系统进入非线性区域。
由图3可见,随着车速的增大,后轮转角由逆相位转向逐渐转变为同相位转向。为了保证高速情况下车辆都工作在线性区域,后轮最大转角就应该小于2.7°。
1.δ1=0° 2.δ1=1° 3.δ1=2° 4.δ1=3° 5.δ1=4°
由图4可见,对于FWS,随车速增大,侧向加速度迅速增大。而对于4WS,只要前轮转角输入小于3°,整个车速范围内车辆的侧向加速度一直都小于0.4g。可见较小的后轮转角介入,便可将车辆线性工作区域的车速提高。
1.δ1=0° 2.δ1=1° 3.δ1=2° 4.δ1=3° 5.δ1=4°
由图5可见,当u≤um时,4WS的横摆角速度大于FWS的横摆角速度,即表明当驾驶员以相同的横摆角速度进行转弯时,4WS下驾驶员对转向盘的输入转角要比FWS时小;当u>um时,情况相反,即驾驶员需多打转向盘来完成转向。
1.δ1=0° 2.δ1=1° 3.δ1=2° 4.δ1=3° 5.δ1=4°
图6给出了前轮转角为2°时,考虑轮胎侧偏角时的汽车转弯半径。可见,低速时4WS车辆的转弯半径小,从而提高了低速时的机动性,而高速时转弯半径大,即采用了同相位转向,提高了高速时的稳定性。
3.3角阶跃输入下的瞬态分析
首先分析4WS时算法一的瞬态特性。 采用前轮零时 刻角阶跃 作为输入,将式 (12)进行Laplace反变换,可得到算法一关于横摆角速度的二阶振动微分方程:
其中,固有频率ω0和阻尼比ζ分别为
同理,将式(16)进行Laplace反变换,可得到算法二关于横摆角速度的二阶振动微分方程为
其中,固有频率ω0和阻尼比ζ分别为
可见,两种控制算法的固有频率和阻尼比是不同的。
横摆角速度达到且不再超出稳态值的容许误差范围(稳态值95%~105% 之间)的最短时间τ 称为稳定时间。 从图7中可以看 出,当u≤um时,4WS控制算法一的稳定时间与FWS的稳定时间基本相同,而当u>um时,4WS控制算法一的稳定时间远大于FWS的稳定时间,其原因是同相位转向使横摆运动响应速度减小。 三者相比, 4WS控制算法二的稳定时间最 短。原因由图8可见,后轮先进行逆相位转向,使之快速响应转向盘输入,加快横摆运动,使稳定时间缩短,然后立刻转变为同相位转向,以提高车辆的操纵稳定性。
3.4频率响应特性
由图9可见,低频时,4WS算法一和算法二的横摆角速度增益比FWS的横摆角速度增益要小得多,即高速时后轮采用同相位转向,横摆角速度明显下降。相比来看,算法二的共振频率点较高,所以其对应的通频带较宽,从而保证了必要的反应速度。从相频图上来看,4WS算法一的相位滞后略大于FWS的相位滞后,其原因依然是高速时后轮直接进行同相位转向,减小了横摆响应速度。算法二相频特性的绝对值较小,所以其转向失真度较小。图10中给出的侧向加速度频率响应与横摆角速度有着相似的特性,不再赘述。
4结论
(1)后轮于转折车速前的同相位转向和转折车速后的逆相位转向提高了4WS车辆的低速机动性和高速操纵稳定性。以轮胎工作在线性区域为前提,给出了4WS后轮转角的范围,后轮转角不宜过大。
操纵稳定性评价论文 篇3
尽管飞机在地面运行阶段比较短,但是,这个阶段往往是事故的多发阶段和影响飞机安全寿命的重要阶段。为了改善飞行安全性和形成一种高效的机场系统,研究地面整个运动过程中的飞机动力学特性十分有意义。
和充气轮胎车辆一样,因为缺少一种完善的方便的轮胎模型,飞机地面运动动力学特性分析比较困难。轮胎力学特性对飞机的运动和操纵性能具有至关重要的影响,事实表明,运动过程中的轮胎将表现出固有的轮胎特性并对飞机的操纵和运动产生影响,特别是在高速和高加速度的侧向加速度情况下,轮胎力、尤其是侧向力的动态特性将决定着飞机的地面运动状态。对飞机的轮胎侧偏动特性集中体现在侧偏力产生的滞后性[1]。由于计算机的发展,国外对此方面的研究有了较大的进展。文献[2]分析了飞机在临界侧滑角时飞机的运行状态。文献[3]通过延拓分析方法和AUTO软件,引入稳定区的概念对飞机机动的稳定性进行分析。文章将借助ADAMS/Aircraft软件建立飞机的数字化样机模型,着重研究飞机轮胎滞后对飞机地面操纵特性和方向稳定性的影响。
2 轮胎的侧偏特性
由于轮胎具有径向弹性和侧向弹性,当轮胎受到垂直力和侧向力作用时。轮胎就产生径向变形和侧向变形,这时机轮的滚转的轨迹和机轮平面就形成一个夹角α,即侧偏角。由于侧偏角的作用,形成一个绕垂直轴的力矩,力图减小侧偏角,该力矩称为回正力矩。形成回正力矩的力称为转向力,如图1所示。
飞机在地面转弯运动时,作用在轮胎的地面摩擦力有两个方面的影响:一是沿体轴反方向的摩擦力阻碍飞机运动;另一个是垂直于飞机纵向对称面的摩擦分力,该力为飞机地面运动的向心力和平衡侧风引起的侧力,现代飞机地面运动滑行转弯时,通常采用偏转前轮来完成转弯。
3 飞机地面运动模拟
着陆滑行方向稳定和控制问题从飞机主起落架第一次触地开始一直到飞机低速滑行。起初,飞机的气动力、轮胎的摩擦力对飞机的滑行性能影响很大。气动力产生的侧偏角和侧向力决定了飞机的运行轨迹,而飞机刹车的摩擦力产生一个偏航力矩改变飞机的姿态和运行速度。通过气动侧向力产生的力矩矫正飞机的方向。通过操纵前轮和控制气动面是一种非常有效的操纵方式,但是在低速运行的时候,只能通过差动刹车或者操纵前轮来控制飞机的运行方向。
飞机地面运动几何关系如图2所示。飞机的稳态转向特性与轮胎侧偏特性的关系体现在前轮轮胎的侧偏角对转向特性的影响上。因为在整个研究过程中,我们仅对飞机的航向稳定性作深入研究,通常把模型简化为平行于地面的三自由度模型。地面风速方向垂直于跑道中心线vc,通过几何关系可以得到三个摩擦角α1、α2、α3和侧滑角β。
此处,为机体的速度;为飞机的轴线与飞机速度方向之间的角度,假设忽略飞机的气动滚转、俯仰力矩,在飞机着陆之后最初时刻,飞机总的垂直载荷,俯仰和滚转力矩会逐渐减弱。
S是地面对飞机前起落架轮胎的侧向力,W是飞机的重量,ζ跑道的坡度,μR为前轮与跑道之间的滚转摩擦系数,μ是刹车主轮与跑道摩擦系数,μs为前轮侧滑。
作用在气动中心的飞机的气动侧向力和阻力:
ρ是空气密度,VR相对风速,ARef是气体参考面积,CRβ、CD是气动侧向力系数相对与气动侧滑角的导数和空气阻力系数。飞机偏航力矩,纵向力、侧向力平衡方程为:
通过求解方程(1)~(12)可以得到飞机的运动轨迹,来评价飞机的地面稳定特性。
4 前轮操纵系统
前轮操纵系统可以分成四个组:BSCU(刹车和操控单元),液压部分,机械部分和机轮。包括系统本身和控制系统。
在BSCU中,前轮操纵系统的伺服机构控制方式可以简化成一个比例环节:
ISVNW,控制电流。操纵角度和操纵速率满足如下关系。
θNW的导数是ISVNW的非线性函数。在液压单元,这个函数的非线性特性反映了因管道引起的流速损失。
5 Adams仿真与稳定性分析
5.1 飞机仿真模型
为了比较精确地模拟高速和侧向加速度情况下的飞机运动,有必要采用多自由度的飞机模型,其自由度包括:车身的纵向运动、侧向运动、横摆运动、滚转运动及轮胎的旋转运动。依据实际物理样机模型,对起落架及轮胎进行参数化建模,采用刚性机身模型,构建全机数字化物理样机,如图3所示。
应用该飞机模型进行飞机地面操纵转向仿真分析。在给定操纵指令的条件下,研究轮胎侧偏特性对飞机转向的影响。
5.2 仿真结果与分析
飞机地面滑行前轮操纵系统有两种状态:自由偏转前轮和操纵前轮。飞机在着陆滑行过程中飞机的前轮处于自由偏转过程,当飞机受到外界干扰(跑道不平或侧风影响,vy>0),飞机姿态发生变化,前轮和主轮的侧向力对飞机产生一个偏航力矩,假如力矩不平衡会导致飞机逆向旋转,造成方向不稳定。由于主起落架刹车摩擦力作用,会产生一个顺向稳定力矩,这样使飞机的运行方向趋于稳定,偏航角速度趋于稳定,如图4。飞机横向速度也会随着时间的变化趋于零,如图5、6所示。
在飞机转弯操纵的时候,因为轮胎的侧滑性能,轮胎的实际运行轨迹与期望运行轨迹有一定的偏差,即轮胎的偏差,图7可以看出飞机的转弯半径不稳定,有变大的趋势。随着飞机速度的增大,轮胎的转弯半径越大,当速度达到一定值,轮胎侧偏角就会达到临界值,这时飞机就会发生侧滑。从飞机的起落架受载情况(图8)可以看出,飞机转弯运动中外侧起落架受载变大,内侧变小,对于前起的影响不大。
6 结 论
根据以上通过软件分析得出飞机在地面滑行转弯的几个特点,同时也证明了ADAMS/Aircraft软件在飞机地面运行分析中的便捷与实用性:
(1)飞机前起和主起侧向力产生的偏航力矩不平衡决定了飞机地面滑行方向的稳定性,通过改变操纵前轮的偏角,改变力矩的平衡关系,可以控制飞机地面运动的方向。
(2)在变速转弯过程中,由于轮胎的侧偏特性,飞机的转弯半径会变大。如果飞机加速转弯,轮胎的侧滑角很容易超出临界值,产生侧向滑移,将很难控制,可通过操纵前轮纠正飞机的航向。
(3)飞机着陆滑行刹车过程中,前轮处于自由偏转状态,在受到扰动时,飞机刹车产生的摩擦力会使飞机的航向趋于稳定。
摘要：充分考虑飞机地面的受力情况和轮胎的侧偏特性,建立了飞机的平面运动模型,并通过物理方法对飞机的运行状况做了定性分析;基于ADAMS/Aircraft软件建立虚拟样机模型,并对飞机地面操纵和高速滑行时的方向稳定性进行仿真分析;研究结果表明,轮胎的侧偏特性决定了飞机的地面运动轨迹,通过操纵前轮和对称刹车可以使飞机的运行方向趋于稳定。
关键词：地面操纵,ADAMS/aircraft,轮胎,仿真
参考文献
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[6]Duprez J.Control of the Aircraft-on-Ground Lateral Motion During Low Speed Roll and Manoeuvers[C]//IEEE Aerospace Conference Proceedings,2004:2656-2666.
操纵稳定性评价论文 篇4
1 整车模型的建立
为了研究汽车的操纵稳定性, 将汽车的整车模型进行简化处理, 包括前、后悬架模型, 轮胎模型, 车体模型, 转向系模型。将这些子结构模型进行组装就可得到汽车的整车模型。
1.1 前后悬架动力学子模型
前悬架为麦弗逊式独立悬架结构, 主要部件包括上横梁、下横臂、转向节、转向横拉杆、转向主拉杆、减震器、车轮等。根据前悬架的拓扑结构和各部件的位置参数即可建立前悬架的三维子结构模型, 同理可建立后悬架的子结构模型。
1.2 轮胎动力学子模型
SIMPACK中提供了5种轮胎模型, 这里使用Pacejka轮胎模型, 具体参数是:轮胎自由半径为0.345m, 胎体半径0.104m, 垂向刚度302000N/m, 垂向阻尼120Ns/m, 纵向滑移刚度3580, 侧偏刚度952.5, 外倾刚度104.3, 滚动阻力系数5.6, 等效摩擦系数0.94。
1.3 转向系动力学子模型
转向系子模型由转向盘、转向轴、转向器、转向横拉杆, 转向节臂等组成, 我们同样根据其拓扑结构建立其子模型。
1.4 汽车的整车模型
车体模型只是三维显示效果, 在此不多说。将各个子结构模型调入到主模型进行组装就可以得到整车的汽车模型了。整车模型如图1所示:
2 汽车操纵稳定性仿真
2.1 道路模型的建立
主要讨论的是汽车操纵稳定性, 所以所建立的道路模型不具有不平顺性和坡度。如图2所示, 道路前为20m直线段, 之后为半径为50m圆周道路, 这样可以模拟汽车操纵稳定的的阶越响应。
2.2 驾驶员控制输入
为了形成汽车的闭路系统, 必须有驾驶员控制输入。利用SIMPACK中自带的控制模块, 可以轻松的建立对驾驶员控制输入。控制单元以传递函数的形式给出:F (p) =del (p) /dy (p) ;del:转向角;dy:侧向位移。当汽车以5m/s的速度前进时, 将驾驶员前方无预描距离和有5m的预描距离作仿真, 结果如图3和图4所示。
2.3 仿真结果
从两个图中可以看出, 当汽车突然转弯时, 转向盘转角速度 (幅度较大那条线) 和汽车横摆角速度 (幅度较小的那条线) 突然增加, 经过少许的衰减后, 最终基本趋于稳定。稳定值为0.2rad/s。其理论值计算可为:10m/s/50m=0.2rad/s。可见仿真值与理论值相等。从两图对比来看, 显然有在5m的预描距离下的汽车横摆角速度会较快的趋于稳定值, 其所对应的方向盘转角速度也比无预描距离时小得多。
3 结论
建立了汽车操纵稳性的模型, 从驾驶员前方有无预描距离反馈输入对比来看, 驾驶员视野前方的预描距离的反馈输入对汽车操纵稳定性起着很大的影响。
摘要：汽车操纵稳定性是汽车的重要性能之一, 然而多数关于汽车操纵稳定性的仿真都是基于汽车开路系统的仿真, 如何将驾驶员的意识反馈到汽车的操纵特性上, 形成人—汽车闭路系统的仿真还很少涉及。根据多体动力学理论基础, 应用多体系统动力学仿真分析软件SIMPACK建立了汽车的整车模型, 将驾驶员前方预描距离作为控制参数输入到转向操纵系统中, 进而形成人—汽车闭路系统的仿真。最后将有预描距离和无预描距离作比较, 得出驾驶员视野前方的预描距离对汽车的操纵稳定性起着很大的影响。
关键词：SIMPCAK,操纵稳定性,多体系统动力学,仿真
参考文献
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[3]岑少起等.ADAMS在汽车操纵稳定性仿真中的应用研究[J].郑州大学学报, 2006.
操纵稳定性评价论文 篇5
汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下,汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶,且当遭遇外界干扰时,汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。
汽车操纵稳定性作为汽车动力学的一个重要分支,对汽车驾驶起着非常重要的作用。在汽车的设计研发过程中,对操纵稳定性能的评价主要采用实车试验评价方法,这就需要对实车进行反复多次试验。本文通过采用ADAMS软件建立操纵稳定性试验对汽车进行虚拟性能测试,不仅能减少研发周期、降低研发成本,还能够为我国汽车操纵稳定性评价指标进一步的完善提供参考和依据,同时也能为后续实车试验的研究提供指导[1]。
1、ADAMS软件概述
ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)是美国MDI公司生产的机械系统动力学仿真分析软件,它使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库,创建完全参数化的机械系统几何模型,它对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析,输出位移、速度、加速度和反作用力等曲线,ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。它为用户提供了强大的建模、仿真和分析功能。
ADAMS/Car是前MDI公司与奥迪、宝马、雷诺、和沃尔沃等公司合作开发的轿车专用分析软件包,集成了他们在汽车设计、开发方面的专家经验,在ADAMS/Car中融合了轮胎模块、解算器模块和后处理模块。它能建造子系统的虚拟模型,并进行仿真分析,输出表示操纵稳定性、制动性、乘坐舒适性和安全性的性能参数[2]。
2、整车模型的建立
在ADAMS/CAR里,一个完整的整车模型至少包括前后悬架、前后车轮、转向和车身子系统。ADAMS/CAR中采用的是自下而上的建模顺序。整车模型的建模过程如图1所示。ADAMS/CAR中整车模型如图2所示[3]。
3、汽车操纵稳定性仿真[4]
3.1 转向盘角脉冲仿真试验
转向盘角脉冲试验是一种描述车辆侧向瞬态频域开环试验的方法,用它来确定汽车的频率特性。在一组固定车速下给转向盘一个角脉冲输入,通过对汽车的横摆角速度的对比来确定汽车的频率特性。给匀速行驶的汽车一个转向盘角脉冲输入,如下图3所示,通过ADAMS_Car软件仿真分析得出汽车横摆角速度曲线。再通过富氏变换,就可以确定了汽车频率特性。
下图4是经过仿真得出的汽车横摆角速度响应曲线。
在图4中的这组仿真曲线分别表示在车速为20,40,60,80,1 00km/h匀速时所得到的转向盘角脉冲响应。经过对图4的分析可以得出,当汽车的车速增加时,汽车横摆角速度的幅值是逐渐增大的。
3.2 转向盘角阶跃仿真试验
通过汽车转向盘角阶跃仿真试验可获得汽车的时域过渡特性,有方向盘转角、横摆角速度和侧向加速度。
给汽车一个转向盘角阶跃输入,如下图5所示,汽车的动态特性主要由汽车横摆角速度瞬态响应和汽车侧向加速度瞬态响应来度量。
汽车横摆角速度的瞬态响应曲线如下图6所示。
汽车的侧向加速度的响应曲线为如图7所示。
在以上图6和图7中,曲线1,2,3,4,5分别表示汽车在车速20,40,60,80,100km/h下的横摆角速度瞬态响应和侧向加速度瞬态响应。由图6可以看出,在汽车车速为20km/h时,汽车的横摆角速度在较短的时间内能达到稳态值;在速度100km/h时,汽车的横摆角速度值达到最大;随着车速的提高,横摆角速度瞬态响应的反应时间越来越小,稳定性因数变化较小,而其他的因数变化较大。通过以上分析,此车具有不足转向性能,稳定性因数K为:
汽车的特征车速为:
给汽车一个角阶跃输入后,横摆加速度瞬态响应公式为:
由起始条件可知,在t=0时,ωr=0。由上式可知,t=∞时,即横摆角速度最后趋于稳态横摆角速度ωr0。经过仿真分析,以上图形所得出的图形曲线和分析结果是基本相符的[5]。
4、结论
本文通过机械动力学分析软件ADAMS建立整车模型,对汽车进行了转向盘角脉冲仿真试验和转向盘角阶跃仿真试验。通过对这两个仿真试验曲线的分析,我们可以得出一些结论:
(1) ADAMS/Car软件可以较为真实地模拟汽车在方向盘转角阶跃输入和角脉冲输入等条件下的转向特性,为汽车的操纵稳定性分析带来了方便。
(2)当汽车具有不足转向特性时,稳态横摆角速度变化不大,而峰值变化较大。车速对汽车稳态转向特性的影响明显。
参考文献
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[4]黄志刚,王丰,朱慧,王晶.ADAMS/Car在汽车操纵稳定性仿真中的应用[J].计算机仿真,201 0(5):344-347
操纵稳定性评价论文 篇6
关键词：客车,操纵稳定性,模糊PID
0 引言
汽车的操纵稳定性是指驾驶员在不感到过分紧张、疲劳的条件下,汽车能够遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶,并在遭遇外界干扰时,能抵抗干扰,恢复稳定行驶的能力［1］。它是决定汽车安全行驶的一个主要性能,特别是在高速转向行驶工况,因此也被成为“高速车辆的生命线”。当汽车高速行驶在低附着系数路面时,由于受外界干扰或者驾驶员转向作用时,侧向附着力往往很容易就达到附着极限,车辆发生侧滑并失去操纵稳定性和方向稳定性,导致交通事故的发生。客车相比于一般轿车,有质心高、整车质量大、乘员多、通常处于较高行使速度等特点,当发生严重侧滑致使客车驶进公路路旁软地面或者碰到障碍物( 如路肩) 时,容易发生造成群死群伤的侧翻或者翻坠特大交通事故。因此,怎样保证客车在低附着系数路面高速行驶的操纵稳定性是一个非常有意义的研究课题。
多年来,由于技术局限,人们仅限于通过改进轮胎、悬架、转向与传动系等被动安全技术来提高汽车的固有的操纵稳定性。20 世纪80 年代以后,随着计算机技术、电子通讯技术、传感器技术等科学技术不断发展,人们陆续开发了多种改善汽车操纵稳定性的电子控制系统。在汽车操纵稳定性仿真研究中,相比于传统汽车数学模型,adams / car不仅可以建立较为精确的整车模型,同时车辆各部分的动力学和动力学响应也和车辆实际情况相近,但是adams / car控制工具不够丰富,只能进行一些简单PID控制,而车辆控制系统通常具有非线性、时变性等特点,采用传统PID控制往往不能达到较好控制效果。现利用adams / car建立客车整车模型,通过与理想状态下二自由度车辆模型的横摆角速度之间差值来识别客车是否处于稳定行驶工况。针对客车控制系统的非线性、时变性的特点,利用matlab/simulink建立模糊PID反馈控制系统对客车不稳定行驶工况进行反馈控制。
1 客车整车模型的建立
根据国内某客车结构尺寸在adams/car中建立客车模型,如图1 所示。客车模型由各个子系统装配而成,各子系统之间通过通讯器进行数据的传递［2］。该客车整车模型充分考虑了悬架刚度、车辆轮胎特性、驾驶员的操纵行为、发动机特性等因素对车辆行驶稳定性能的影响,且各系统运动和响应与实车接近,因此可以较为真实准确地反应实车试验结果。
2 二自由理想参考模型的建立
为便于掌握汽车操纵稳定性的基本特性,将客车模型简化为线性二自由度汽车模型。二自由度汽车模型忽略了转向系、悬架的影响,并假设轮胎侧偏特性一直处于线性工作范围,只考虑汽车的侧向和横摆两个自由度的运动。二自由度汽车模型如图2 所示。
1—客车车身;2—制动系;3—前双摆臂独立空气悬架系统;4—客车轮胎;5—齿轮齿条式转向系统;6—后四连杆非独立空气悬架系统;7—客车发动机系统
二自由度汽车运动微分方程式为:
其中: u为质心速度v1在ox轴上的分量,v为质心速度v1在oy轴上的分量,δ 为前轮转角,m为整车质量,l为轴距,k1、k2分别为前后轮侧偏刚度,β 为汽车侧偏角,wr为横摆角速度,IZ为汽车绕z轴的转动惯量,a、b分别为质心到前后轴中心线的距离,轴距L=a+b。
假设车辆此时稳态转向行驶工况,即·v= wr·= 0,带入式( 1) 中得到稳态行驶工况的名义横摆角速度wr m d的表达式为:
wrm表达式中主要有两个变量参数,即前轮转角 δ 和车速 μ,其中前轮转角 δ 可以根据检测的方向盘转角大小经过传动比公式计算后得知,车速 μ 可以用非接触式车速仪进行测量。名义横摆角速度大小反映了驾驶员的操纵意图。
同时,车辆转向行驶时,为使得汽车不发生侧滑,车辆的侧向加速度ay不能超过轮胎与路面附着系数所决定的最大侧向加速度 μg,即:
式中,为汽车侧向速度的变化率,当汽车不发生侧滑时其值很小,考虑到高速行驶时路面侧向风力和·v的影响,为使得车辆不发生侧滑则有:
则汽车在路面附着系数为 μ 上转向行驶时所允许的极限横摆角速度wrlimit表达式为:
在高附着路面,一般情况下车辆的名义横摆角速度要小于车辆的极限横摆角速度,发生侧滑可能性较小,而在低附着路面,高速过度转向可能导致名义横摆角速度超过极限横摆角速度值从而发生侧滑,综合考虑车辆的操纵性和稳定性,则理想横摆角速度wrd表达式［3］为:
3 车辆行驶状态的识别
考虑到实际客车模型是复杂的多自由度车辆模型与线性二自由度车辆模型有一定的偏差,同时车辆在高速转向行驶时,车辆的侧向力很容易就接近路面和轮胎的附着极限,轮胎的侧偏特性进入非线性区域,从而导致实际横摆角速度wr与理想横摆角速度wrd产生一定的偏差。文中以偏差值的大小来判断车辆是否处于稳定行驶工况。横摆角速度处于稳定工况区域的判断式( 7) 为:
其中,△r为设置的横摆偏差带,其大小与车速相关。当车速较小( u≤80 km/h) ,发生侧滑的可能性较小,可适当提高偏差带大小,以减少对驾驶员正常操作的影响,取△r为2 ° /s; 当车速较大( u>80 km/h) 时,车辆更容易失稳,偏差带应较小,以便于及时对车辆行驶状态进行纠正,取△r为1 ° /s。
当车辆行驶状态满足式( 7) 时,认为车辆处于稳定行驶工况,不对其进行干预和控制; 反之则认为车辆处于需要进行操纵稳定控制的准稳定状态。
4 基于差动制动的模糊PID控制
差动制动控制主要是通过对车辆某个车轮进行单独制动,从而产生附加的横摆力矩用以改变车辆的运动状态,维持车辆操纵稳定性［4］。从图3 可以看出其中前外轮和后内轮在制动力逐渐增加时对横摆力偶矩的影响最大。差动制动控制就是根据车辆不同行驶状态,通过对前外轮或后内轮施加制动来纠正车辆不稳定行驶状态。当车辆转向过度时,通过作用在前外轮的制动力产生一个向外侧的附加横摆力偶矩,使汽车趋于不足转向; 当车辆转向不足时,则通过作用在后内轮的制动力则会产生一个向内侧的附加横摆力偶矩,使汽车趋于过度转向。当对某一轮施加制动力时,产生制动力Fx,而由于制动力与侧偏力之间的附着椭圆作用,施加制动力后导致侧偏力减少了△Fy,对某一个车轮施加制动力时产生的干预横摆力矩为:
其中,l1为施加的纵向制动力到质心的距离,l2为侧偏力到质心的距离。
根据差动制动控制原理,在不同行驶状态下,车辆稳定控制系统的制动轮选取逻辑表如表1 所示。
制动轮制动力矩大小则由模糊PID控制器根据输入变量e = | △w| -△r进行反馈控制,由于客车行驶工况有很多不确定性,这些不确定性能造成模型参数变化甚至是模型的结构突变,采用传统PID控制无法达到较好的控制效果,因此这里引进模糊控制对PID中3 个参数Kp、Ki、Kd进行在线实时整定。模糊控制器以e及其变化率ec为控制器输入量,通过对输入量进行模糊化处理,然后经过建立的模糊控制规则表进行模糊判决后得到△Kp,△Ki,△Kd控制器的输出量。通过设置不同量化因子和比例因子使输入量和输出量的变化范围都定义为模糊集上论域[-6,6],模糊子集分别为{ nb,nm,ns,zo,ps,pm,pb } ,即: { 负大,负中,负小,零,正小,正中,正大} ,输入量和输出量均服从三角隶属函数曲线分布,如图4 所示
模糊规则整定PID 3 个参数的原则:
1) 当e较大时,为使系统具有较好的跟踪性能,应取较大的Kp与较小的Kd以使系统响应加快。
2) 当e处于中等大小时,为使系统响应具有较小的超调,应取较小的Kp及适当的Ki和Kd。
3) 当e较小时,应取较大Kp与Ki及适当的Kd,以避免系统在设定值附近出现振荡［5］。
模糊PID控制规则表如表2 所示。
模糊PID控制器的控制规律如图5 所示,其输入量和输出量关系式为:
5 adams / car和matlab联合仿真
根据上述制动轮选取逻辑策略和模糊PID控制规则在matlab中建立横摆稳定控制系统( 见图6) 。通过在control / plant中设置相应的输入输出量将adams / car和matlab联合起来［6］,对客车模型分别进行角阶跃转向( J-turn) 和鱼钩转向( Fishhook) 仿真。
J-turn仿真是指驾驶员对方向盘以阶跃的方式进行输入,使车辆进入匀速圆周运动的行驶工况。具体设置为: 使用路面附着系数为0. 6 的路面文件,客车初始速度为100 km/h,从0 s ~ 1 s,客车保持直线行驶,从1 s ~ 3 s,客车方向盘转角以阶跃函数的形式从0°转到320°,3 s至仿真结束,客车方向盘维持320°转角不变。输出仿真结果如图7、图8 所示。
从客车横摆角速度和侧偏角对比曲线可以看出,当不对客车进行控制时,客车横摆角速度实际值与理想值偏差值很大,同时客车侧偏角迅速增大至一个较大值,且还有继续增大的趋势,没有严格的边界。说明此时客车发生了较为严重的侧滑。经过横摆控制后,客车横摆角速度实际值与理想值之间的偏差值被限定在一个较小范围内,同时质心侧偏角也间接地得到控制,质心侧偏角被限定在一定范围内有严格的边界,且有继续收敛的趋势,说明此时客车处于稳定行驶状态。
为了验证控制系统在客车不同转向行驶时控制效果,对客车模型进行Fishhook转向行驶模拟仿真。具体设置为: 路面系数为0. 6,客车以100 km/h的初始速度行驶,在0 ~ 2 s内客车驾驶员操纵方向盘使客车向左转从0°转到350°,在2 ~ 5 s内驾驶员维持方向盘不动,在5 ~ 7 s内反打方向盘到右向350°后,在7 ~ 10 s,维持右向350°的转向盘转角位置不变直至仿真结束。仿真后结果如图9、图10 所示。
仿真结果显示: 在无控制时,客车横摆角速度值实际值与理想值偏差较大,侧向力超过了路面的附着极限,在第5 s ~ 7 s客车方向盘反转时,路面不能提供车辆转向所需的侧向力,客车失去转向能力,客车无法按照驾驶员的驾驶意图转向行驶,同时侧偏角持续增大,客车发生了严重的侧滑。采用横摆控制后,客车侧偏角变化范围被限定在一定边界内,车辆没有发生侧滑,横摆角速度实际值也和理想值较为吻合,对理想横摆角速度跟踪效果良好,客车操纵稳定性都得到了较好的改善。
6 结语
操纵稳定性评价论文 篇7
一 影响因素
一般而言, 影响汽车操纵稳定性的评价因素指标比较多, 如转身回正、转向蛇形试验、转向角阶跃输入、转向脉冲输入、转向瞬态响应等, 以下针对其中的关键因素进行具体的说明:
首先是轮胎本身的影响。在汽车行驶过程中, 路面由于倾斜度的存在, 加上曲线离心力的作用, 就会形成一个垂直于汽车行驶方向上的作用力, 正是由于这个作用力的存在, 而使得汽车发生了偏离, 最终影响到汽车操纵的稳定性, 其中, 发挥着关键性作用就是轮胎参数, 比如若是汽车轮胎参数较高, 稳定性就会较高, 就可以保证汽车稳定操纵, 但是从轮胎参数来细分, 主要包括轮胎的结构、大小、形式以及尺寸等, 需要对这些因素的控制, 来控制轮胎的偏离度。
其次是转向系的影响。在汽车操纵中, 其倾斜变化与转向系密切相关。当发生倾斜时, 一定要保证各个动力学关系的协调性, 避免其对转向造成干涉, 若是汽车以直线行驶, 要加强对前轮的控制, 避免对其操纵稳定性的影响, 在具体的实施时, 需要根据汽车的实际要求, 控制转向系的刚度变化, 控制好变形转角, 最终, 从而优化汽车转向趋势。
第三是悬架的影响。一般而言, 在汽车行驶过程中, 由于垂直方向的荷载发生了一定的变化, 汽车的前轴与后轴上的刚度偏离, 若这个这个系数增加, 那么变动量就会加大, 从而影响到操纵的稳定, 与此同时, 与变动量密切相关的因素又与质心位置、悬挂质量以及中心位置等密切相关。为此, 需要我们强化这些参数的设计, 从而确保操纵的稳定性。
二 操纵稳定性维护
首先是稳态回转。通过对汽车动态行驶参数的分析, 正确处理其与加速度的关系, 并且利用中性转向点, 对侧向加速度的值与数据进行科学的转化, 与此同时, 在此基础上, 加强对汽车的转向特性的分析与评价, 以侧向加速度以及车箱的倾斜度为标准, 从而保证汽车转弯时的稳定性。在汽车行驶过程中, 通过对路面倾斜度控制, 以及对曲线离心力的作用的控制, 从而控制垂直于汽车行驶方向上的作用, 避免汽车发生了偏离, 从而达到控制汽车操纵的稳定性的目的, 与此同时, 还要控制其中发挥着关键性作用的轮胎参数, 包括轮胎的结构、大小、形式以及尺寸等, 通过提高汽车轮胎参数要求, 提高稳定性, 从而从根本上保证汽车稳定操纵。
第二是转向回正。要求根据相关的评价指标, 对转向回正的摆角度进行分析与计算, 从而确定各个加速度的绝对值, 并且通过方差的计算, 保持汽车良好的行驶能力。一般而言, 其回正的速度越迅速, 回正越稳定。在汽车行驶过程中, 还需要通过对回态转正的分析, 控制垂直方向的荷载的变化, 避免其过大的动态变化, 避免汽车的前轴与后轴上的刚度偏离, 并且通过对这个系数增加的控制, 避免变动量加大, 从而达到操纵稳定性的效果, 在具体的操作过程中, 需要设计人员对变动量密切相关的因素的加强研究分析, 确保质心位置、悬挂质量以及中心位置等的正确性。强化相关参数的设计, 从而确保操纵的稳定性。
第三是瞬态响应。简单来讲, 就是在保证转向盘转角的基础上, 采用瞬态响应的方法, 对汽车的灵敏度与随动性进行控制, 与此同时, 还要控制外来因素的干扰, 从而大大提高系统的稳定性, 并在此基础上, 利用相关的特征函数与特征值进行具体的分析, 以此来保证操纵稳定性。在汽车操纵中, 对于倾斜变化和转向系的变化控制, 需要保证各个动力学关系的协调性, 避免其对转向造成干涉, 在汽车行驶过程中, 要加强对前轮的控制, 具体要以汽车的实际工作要求为标准, 控制转向系的刚度变化, 控制好变形转角, 最终通过瞬态响应优化汽车转向趋势。
三 注意事项
首先, 加强对汽车操纵稳定性的评价, 要保证评价方法与指标的相互对应, 通过专业性的知识与评价, 增强评价结果的专业性与稳定性, 并在此基础上, 加强相关影响因素的控制, 如前悬架与转向系的布置, 一方面, 既要保证整车质心的稳定, 与此同时, 通过高度的控制, 从而强化其评价效果。
另外, 强化细节控制。对汽车的操纵稳定性主要从实际进行评价, 比如刹车距离, 绕桩速度, 侧倾度, 加速度值等, 与此同时, 还要分析汽车的轴距和轮距, 一般情况下是越大越好, 结合汽车启动时加速的快慢, 控制转急弯时车身的偏斜度, 最好将车开到比较高的速度, 从而确定其操纵稳定性。
总之, 通过主观的评价与分析, 提高评价的可信度, 一方面, 可以减少操纵者心理与生理上以及行为因素的影响与变化, 另一方面, 可以通过定性的评价与分析, 得到绝对的参数值, 从而将主观评价数值化, 加强对操纵稳定性的维护。
四 总结
总而言之, 要想确定汽车操纵的稳定性, 就要从实际出发, 加强影响汽车操纵稳定性因素的分析, 进行更为深入、更为细致的了解, 把握关键性因素, 制定出一个统一的、公认的评价指标与评价体系, 并在此基础上, 加强进一步的研究与探讨, 从而推进汽车技术的更好发展。
摘要：为了更好促进汽车技术的发展, 加强对操纵稳定性的控制, 在这里主要从以下三个方面针对小型农用汽车操纵稳定性的影响因素及维护进行了简单分析与探讨。
关键词：小型农用汽车,操纵稳定性,影响因素,维护
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