驾驶员四轮转向汽车闭环系统运动稳定性研究(5)

驾驶员一四轮转向汽车闭环系统运动稳定性研究映了系统稳定程度的好坏。稳定性裕度本质上是～个“动态”问题，它与影响实际系统稳定性分析的各种干扰因素有关。干扰因素包括增稳与减稳、明确和不明确的因素。稳定性裕度的度量指标及其准则往往由稳定性判据延伸而来。本文用对数衰减率表征系统的稳定性裕度。这一术语源自对单自由度系统自由振动的描述，后推广到多自由度系统，它概念明确，使用广泛。对于多自由度系统，设第Ｊ阶特征值Ａ，＝一，＋ｉｍｊ对应的对数衰减率为６ｊ；堡’（３—３）∞』则系统的稳定性裕度为最小的对数衰减率６。＝ｍｉｎ《６．［２９１ｏ３．２角输入模型下前轮转向汽车的运动稳定性分析根据上一章所推导出的角输入下的汽车开环系统和驾驶员一四轮转向汽车闭环系统的状态方程（２—１３）和（２—１５＞，可以利用其系统矩阵的全部特征值是否都具有负实部来判断系统的稳定性，并进一步利用（３－３）式来判断稳定性好坏的程度。在（２—１３）中令四轮转向控制参数Ｒ＝Ｏ，则系统退化为传统的前轮转向汽车。下面将以某型国产轿车为例，从系统与控制理论的角度定量的揭示前轮转向汽车开环系统和驾驶员～前轮转向汽车闭环系统运动稳定性的内在规律性和相互关系。由于ＭＡＴＬＡＢ软件的强大的矩阵计算功能和图像处理能力，加之其便捷直观的程序设计方法，因此本次数值仿真采用ＭＡＴＬＡＢ软件编程实施。某型国产轿车的参数如下：ｍ＝１８１８．２ｋｇ，Ｉ．＝３８８５ｋｇｍ２，口＝１．４６３ｍ，ｂ＝１．５８５ｍ，ｋ，－．６２６１８Ｎ／ｒａｄ，ｋ，＝－１１０１８５Ｎ／ｒａｄ，ｉ＝２０。熟练驾驶员参数为：Ｌ＝０．２ｓ，瓦＝０．１ｓ，丁＝１．０５ｓ，ａ＝Ｏ．８。在程序中，将系统矩阵的特征值按实部九．的代数值从小到大的顺序排列，则只需考察最高一阶特征值。对于本文二自由度汽车模型，仅根据汽车开环系统的第二阶和驾驶员一前轮转向汽车闭环系统的第六阶特征值实部，就可判断系统的稳定性。１６南京航空航天大学硕士学位论文３．２．１不足转向情况下的运动稳定?性分析图３．１至３．３为原车参数所得的前轮转向汽车开环系统与驾驶员一前轮转向汽车闭环系统的运动稳定性定量分析结果。原车的稳定性因数为ｋ—ｊｍ（旦一旦）：０．００２３５５＞０，因此原车的稳态转向特性为不足转向特性，特Ｌ”ｋ２ｋｌ。厅征车速Ｈｄ＝１忙＝７４．１８ｋｍ／ｈａＹＫ由图３．１和图３．２可知，前轮转向汽车开环系统与驾驶员一前轮转向汽车闭环系统的最高阶特征值的实部随着车速的变化始终小于零，因此在如图速度范围内部是稳定的。图３．１的结果显示前轮转向汽车开环系统模型的最高阶特征值的实部随着车速的增加变化趋势越来越平缓，逐渐趋向于０，但永远达不到０，由此可见系统处于渐进稳定状态。图３．２结果显示驾驶员一前轮转向汽车闭环系统同样处于渐进稳定状态，但可以发现有驾驶员预瞄反馈的前轮转向汽车闭环系统在较低速时稳定性感觉变差，而在中速状态下稳定性感觉变好，随着车速进一步提高，在高速以及超高速状态下驾驶员的稳定性感觉又变差。捌。越呷雅钱捌蛆鼎舞惜常圭￡图３．１前轮转向汽车开环系统的运动稳定性驾驶员一四轮转向汽车闭环系统运动稳定性研究薹翼诛莲车速Ｌｆｆｋｍｈ‘１图３．２驾驶员一前轮转向汽车闭环系统的运动稳定性图３．３的结果则显示大约在达到９０ｋｉｎ／ｈ车速后，驾驶员一前轮转向汽车闭环系统的稳定性裕度才比前轮转向汽车开环系统的稳定性裕度大，这说明驾驶员因素对不足转向汽车高速行驶时的稳定性是至关重要的影响因素。因此，判断一个驾驶员是不是熟练驾驶员的一个重要方面就是检验其快速换车道和快速超车的本领；对于驾驶员一汽车闭环系统，当熟练驾驶员的模型建立之后，就可以以闭环系统的稳定性裕度为指标对汽车进行优化设计。车速ｔｇｋｍｈ－。图３．３前轮转向汽车开环系统与闭环系统的稳定性裕度南京航空航天大学硕士学位论文３．２．２过多转向情况下的运动稳定性分析图３．４至３．６为原车后轮总侧偏刚度降至一４０１８５Ｎ／ｒａｄ时所得到的前轮转向汽车开环系统与驾驶员一前轮转向汽车闭环系统的运动稳定性定量分析结果，侧偏刚度降低可以理解为气压减小所致。此时的汽车稳定性因数约为七：罢ｅ一导）：－０．００２１７＜０，因此汽车的稳态转向特性为过多转向特性，临ＬＫ２Ｋｌ厂了界车速Ⅳ。一１／一÷＝７７．２４１ａｎ／ｈ。Ｙ庀由图３．４和图３．５可以知道，在接近临界车速时前轮转向汽车开环系统与驾驶员一前轮转向汽车闭环系统都是由稳定开始变得不稳定。需要指出的是，在小于临界车速时开环系统的所有特征值不仅具有负的实部，而且虚部接近于零，因此过多转向汽车开环系统在这个时候不只是稳定的，还表现为具有无限大的稳定性裕度，这反映出开环系统研究方法的一个误区。图３．６所示的驾驶员一前轮转向汽车闭环系统稳定性裕度随车速的提高在显著的下降，这是合理的。从一个侧面说明要改善汽车的操纵稳定性，必须深入研究和应用驾驶员一汽车闭环系统的理论和方法，而开环研究方法有时具有局限性。车速ｕ，ｋｍ一图３，４后轮侧偏刚度降低后前轮转向汽车开环系统的运动稳定性驾驶员一四轮转向汽车闭环系统运动稳定性研究培“喇强林掣鞋驿螺雠瞬畦图３．５后轮侧偏刚度降低后前轮转向汽车闭环系统的运动稳定性世≈§心霪螺雠车速山ｋｍｈ－Ｉ图３．６后轮侧偏刚度降低后前轮转向汽车闭环系统的稳定性裕度３＿３四轮转向汽车控制方法选择四轮转向技术能使汽车在转弯时后轮直接参与对汽车侧偏角和侧向运动的控制，不仅可以减少转向力产生的滞后，而且还能独立地控制汽车的运动轨迹与姿态１３…。图３．７所示为两轮转向与四轮转向的对比【３】，其中ａ和ｂ为前轮转向