可控悬架操纵动力学(第六次课)

可控悬架系统操纵动力学被动悬架车身高度调节系统自适应阻尼调节系统•自适应阻尼控制悬架系统将加速传感器、转角传感器、车身加速度传感器等接收的信号输入ADS电子控制装置（ADSECU），并根据车辆的行驶状况自动调节减振器的阻尼力，以适应路面的变化，即使在汽车进行避障行驶时，也可以保持良好的乘坐舒适性。可切换阻尼系统•半主动悬架包括阻尼连续可调式和可切换阻尼式两类，•前者的阻尼系数在一定的范围内可以连续变化，•后者的阻尼系数只能在几个离散的阻尼值之间进行切换。可切换阻尼系统与前面介绍的阻尼可调自适应悬架的区别在于阻尼值停留在特定设置的时间长短不同。阻尼可调自适应悬架在每一设置上停留的时间较长(一般在5s以上)而可切换阻尼式悬架的设置则可在每一车辆振动周期变化范围内在频繁地改变(切换速度为十几毫秒)。主动悬架系统•车辆主动悬架系统是在悬架中附加一个可控制作用力装置，通常由四部分组成：•执行机构：执行控制系统指令。如：液压缸、气缸、电动机等。•测量系统：测量系统各状态，为控制系统提供依据。如各种传感器。•控制系统：处理数据，发出各种控制指令。如：电子计算机。•能源系统：为以上各部分提供能源。主动悬架系统全主动悬架（有源主动悬架）：可调节悬架刚度和阻尼。半主动悬架（无源主动悬架）：只能调节悬架阻尼。主动悬架系统：全主动悬架悬架下支承摆臂传感器油箱油泵储压器油气弹簧微处理机电动机半主动悬架阀杆被动悬架半主动悬架全主动悬架全主动系统•采用一个力发生器，或称为作动器，来取代传统被动悬架中的弹簧和减振器。•运动方程234124340wtabamzkzUmzUzzzzzzZ2Z1Z4Z3ktmwmbUaZ0系统优化•定义一个新的状态矢量12341212(,,,)(,,,)TTxxxxzzzz则系统运动方程变为z1124242233404443/1()awtabxzzzxxxzUmxzzzxwxzkxUm•系统模型写成状态方程()aXAXBUWt优化的目标是车身垂直加速度和轮胎动载荷达到最小，同时保证悬架动行程在允许的范围内。22210121201[()()]2aJqzzqzzUdt•二次型控制理论01234T-1T1112233441[]2=[k,k,k,k]Q,R,AP+PA-PBRBP+Q=0P=-(kx+kx+kx+kx)TTTJXQXURUdtUKXKKRBPUKX设，——最优反馈控制矩阵选择由黎卡提方程确定进而求得求出操纵动力学•概述•一、汽车操纵稳定性包含的内容表1汽车操纵稳定性的基本内容及评价所用物理参量基本内容主要评价参量1、转向盘角阶跃输入下的稳态响应—转向特性转向盘角阶跃输入下的瞬态响应稳态横摆角速度增益—转向灵敏度反应时间、横摆角速度波动的无阻尼圆频率2、横摆角速度频率响应特性共振峰频率、共振时振幅比、相位滞后角、稳态增益3、转向盘中间位置操纵稳定性转向灵敏度、转向盘力特性－转向盘转矩梯度4、回正性回正后剩余横摆角速度与剩余横摆角、达到剩余横摆角速度得时间5、转向半径最小转弯半径基本操纵模型•线性二自由度数学模型的理想化假设条件•忽略转向系的影响，以前轮转角作为输入；•汽车只进行平行于地面的平面运动，而忽略悬架的作用；•汽车前进（纵轴）速度不变，只有沿y轴的侧向速度和绕z轴的横摆运动(ay0.4g)；•驱动力不大，对侧偏特性无影响；•忽略空气阻力；•忽略左右轮胎因载荷变化引起轮胎特性的变化；•忽略回正力矩的变化。沿ox轴的速度分量考虑到∆q很小并忽略二阶微量，有得质心加速度在ox轴的分量质心加速度在oy轴的分量()cos()sinuuuvvqquvqrxvudtdvdtduaqryuva二自由度汽车受到的外力沿y轴方向的合力与绕质心的力矩和为考虑到d角较小，上式可写作1212coscosYYYZYYFFFMaFbFdd11221122YZFkkMakbk汽车前、后轮侧偏角与其运动参数有关。其值为根据坐标系的规定，前、后轮侧偏角为rrvuvaauu12()rrrauvbbuudd由此，可列出外力、外力矩与汽车运动参数的关系式为所以，二自由度汽车的运动微分方程式为1212()()()()rrYrrZabFkkuuabMakbkuudd1212()()()()()rrrrrZrabkkmvuuuabakbkIuudd整理后得二自由度汽车运动微分方程式为1212122121211()()()1()()rrrZrkkakbkkmvuuakbkakbkakIudd这个联立方程式虽很简单，但却包含了最重要的汽车质量与轮胎侧偏刚度两方面的参数，所以能够反映汽车曲线运动最基本的特征。稳态响应：稳态时横摆角速度为定值，以此代入上式得1212122121211()()1()()0rrrkkakbkkmuuakbkakbkakudd将式中两式联立并消去v，便可求得稳态横摆角速度增益为22221221//)11()()rsuLuLmabKuuLkkmabKLkkd式中：稳态响应的三种类型K－稳定性因数，单位为s2/m2，1)中性转向：K＝02)不足转向：K＞0特征车速3)过多转向：K＜0临界车速Lusr)dLusr)dLusr)dKchu1Kcru1几个表征稳态响应的参数1、前、后轮侧偏角绝对值之差(1—2)•不足(12)＞0K＞0•中性(12)0K0•过多(12)＜0K＜0)(121LaKy