Курсовая устойчивость автомобиля: (ESP, DSC, ESC, VSC, VDC, VSA, DSM, DTSC). (ESP, DSC, ESC, VSC, VDC, VSA, DSM, DTSC)?

5.4. Устойчивость автомобиля

Под устойчивостью понимают свойства автомобиля противо­стоять заносу, скольжению, опрокидыванию. Различают продоль­ную и поперечную устойчивость автомобиля. Более вероятна и опасна потеря поперечной устойчивости.

Курсовой устойчивостью автомобиля называют его свойство двигаться в нужном направлении без корректирующих воздействий со стороны водителя, т.е. при неизменном положении руле­вого колеса. Автомобиль с плохой курсовой устойчивостью все время неожиданно меняет направление движения. Это создает уг­розу другим транспортным средствам и пешеходам. Водитель, управляя неустойчивым автомобилем, вынужден особенно вни­мательно следить за дорожной обстановкой и постоянно коррек­тировать движение, чтобы предотвратить выезд за пределы доро­ги. При длительном управлении таким автомобилем водитель быстро утомляется, повышается возможность ДТП.

Нарушение курсовой устойчивости происходит в результате действия возмущающих сил, например, порывов бокового ветра, ударов колес о неровности дороги, а также из–за резкого поворо­та управляемых колес водителем. Потеря устойчивости может быть вызвана и техническими неисправностями (неправильная регулировка тормозных механизмов, излишний люфт в рулевом управлении или его заклинивание, прокол шины и др.)

Особенно опасна потеря курсовой устойчивости при большой скорости. Автомобиль, изменив направление движения и откло­нившись даже на небольшой угол, может через короткое время оказаться на полосе встречного движения. Так, если автомобиль, движущийся со скоростью 80 км/ч, отклонится от прямолинейно­го направления движения всего на 5°, то через 2,5с он перемес­титься в сторону почти на I м и водитель может не успеть вернуть автомобиль на прежнюю полосу.

а)	б)
в)
Рис.5.5. Схема сил, действующих на автомобиль

Часто автомобиль теряет устойчивость при движении по до­роге с поперечным уклоном (косогору) и при повороте на гори­зонтальной дороге. Если автомобиль движется по косогору (рис.5.5,а) сила тяжести G составляет с поверхностью дороги угол и ее можно разложить на две составляющие: силу Р₁, параллельную дороге, и силу Р₂, перпендикулярную ей. Сила Р₁, стремиться сдви­нуть автомобиль под уклон и опрокинуть его. Чем больше угол косогора , тем больше сила Р₁ , следовательно, тем вероятнее по­теря поперечной устойчивости. При повороте автомобиля причи­ной потери устойчивости является центробежная сила Р

ц (рис. 5.5,б), направленная от центра поворота и приложенная к цент­ру тяжести автомобиля. Она прямо пропорциональна квадрату скорости автомобиля и обратно пропорциональна радиусу кри­визны его траектории.

Поперечному скольжению шин по дороге противодействуют силы сцепления, как уже отмечалось выше, которые зависят от коэффициента сцепления. На сухих, чистых покрытиях силы сцеп­ления достаточно велики, и автомобиль не теряет устойчивости даже при большой поперечной силе. Если дорога покрыта слоем мокрой грязи или льда, автомобиль может занести даже в том случае, когда он движется с небольшой скоростью по сравнительно пологой кривой.

, (5.5)

Максимальная скорость, с которой можно двигаться по кри­волинейному участку радиусом R без поперечного скольжения шин, равна

Так, выполняя поворот на сухом асфальтобетонном покрытии (j_x=0,7) при R=50м, можно двигаться со скоростью около 66 км/ч. Преодолевая тот же поворот после дождя (j_x=0,3) без скольжения можно двигаться лишь при скорости 40–43 км/ч. Поэтому перед поворотом нужно уменьшить скорость тем больше, чем меньше радиус предстоящего поворота. Формула (5.5) определяет ско­рость, при которой колеса обоих мостов автомобиля скользят в поперечном направлении одновременно. Такое явление в практи­ке наблюдается крайне редко. Гораздо чаще начинают скользить шины одного из мостов – переднего или заднего. Поперечное скольжение переднего моста возникает редко и к тому же быстро прекращается. В большинстве скользят колеса заднего моста, ко­торые, начав двигаться в поперечном направлении, скользят все быстрее. Такое ускоряющееся поперечное скольжение называют заносом. Для гашения начавшегося заноса нужно повернуть ру­левое колесо в сторону заноса. Автомобиль при этом начнет дви­гаться по более пологой кривой, радиус поворота увеличиться, а центробежная сила уменьшится. Поворачивать рулевое колесо нужно плавно и быстро, но не на очень большой угол, чтобы не вызвать поворот в противоположную сторону. Как только занос прекратиться, нужно также плавно и быстро вернуть рулевое ко­лесо в нейтральное положение. Следует также заметить, что для выхода из заноса заднеприводного автомобиля подачу топлива нужно уменьшить, а на переднеприводном, напротив, увеличить.

Часто занос возникает во время экстренного торможения, ког­да сцепление шин с дорогой уже использовано для создания тормозных сил. В этом случае следует немедленно прекратить или ослабить торможение и тем самым повысить поперечную устой­чивость автомобиля.

Под действием поперечной силы автомобиль может не толь­ко скользить по дороге, по и опрокинуться на бок или на кры­шу. Возможность опрокидывания зависит от положения цент­ра, тяжести автомобиля. Чем выше от поверхности автомобиля находится центр тяжести, тем вероятнее опрокидывание. Осо­бенно часто опрокидываются автобусы, а также грузовые ав­томобили, занятые на перевозке легковесных, объемных гру­зов (сено, солома, пустая тара и т.д.) и жидкостей. Под действи­ем поперечной силы рессоры с одной стороны автомобиля сжи­маются и кузов его наклоняется, увеличивая опасность опро­кидывания.

Максимальная скорость, с которой можно преодолевать по­ворот без опрокидывания равна:

(5.6)

где n – коэффициент, учитывающий поперечный наклон (крен) кузова на подвеске; R – 0,9 для легковых автомобилей и 0,8 для грузовых и автобусов;

В – колея автомобиля, м;

h – высота центра тяжести, м.

Если по формулам (5.4) и (5.5 ) подсчитать скорости V_ck и V_on , то почти всегда окажется, что V_ck<V_om

. Следовательно, при одной и той же скорости поперечное скольжение шин и занос наи­более вероятны, чем опрокидывание. Однако это не совсем верно, так как, определяя скорость V_ck, мы считали, что центробежной силе противодействуют только силы сцепления, удерживающие автомобиль. Но, возможно, что поперечному скольжению авто­мобиля помешает какое – либо препятствие (неровность дороги, бордюрный камень тротуара и т.д.). В этом случае автомобиль может опрокинуться и без скольжения шин.

Особенно опасным является сочетание криволинейного участ­ка дороги с поперечным уклоном. На (рис. 34.5,в) показаны два автомобиля, движущихся по криволинейному участку: автомобиль I – по внешнему краю дороги, а автомобиль II – по внутреннему. Разложим силу веса G и центробежную силу Р у каждого автомо­биля на два направления: перпендикулярно к дорожному полот­ну (силы Р₂ и Р_ц2) и параллельное ему (Р, и Р_ц|). У автомобиля II силы Р₂

и Р_ц2 складываются, увеличивая силу сцепления шин с до­рогой. Силы же Р, и Р_ц1 действуют в противоположных направ­лениях и частично уравновешивают одна другую. У автомобиля I, напротив, сила Р_ц2, действуя в направлении, противоположном силе Р₂ уменьшает силу сцепления шин с дорогой, а силы P_j и Р , складываются, увеличивая возможность нарушения устойчивос­ти автомобиля. Таким образом, на дорогах с двускатной проез­жей частью, всегда более опасен левый поворот автомобиля.

Для создания необходимой безопасности движения на доро­гах с малым радиусом поворота устраивают односкатный попе­речный профиль – вираж. На вираже проезжая часть и обочины имеют поперечный наклон к центру кривой. При наличии виража, независимо от направления движения автомобиля, составля­ющие сил Р_ц и G направлены также, как у автомобиля II, и обеспе­чивают сохранение поперечной устойчивости. Поперечный уклон виража увеличивают при уменьшении радиуса поворота.

Поддержание курсовой устойчивости автомобиля

18.03.2014

Физические принципы

Программа поддержания курсовой устойчивости может помочь предотвратить столкновение в критических ситуациях движения. Однако ее наличие никогда не должно провоцировать водителя на более опасный стиль вождения.

Программа поддержания курсовой устойчивости -это дополнение к активным системам безопасности автомобиля, ABS и регулятору тягового усилия. Для этой цели путем заданного вмешательства тормоза в критических ситуациях движения обеспечивается или восстанавливается «держание дороги» и курсовая устойчивость автомобиля.

При управлении автомобилем в аспекте поддержания курсовой устойчивости имеют значение следующие основные аспекты динамики движения:

Поперечное ускорение

При движении на повороте на автомобиль и людей, находящихся в нем, действует центробежная сила, возникающая в результате инерции. Если центробежная сила слишком велика, автомобиль будет заносить в сторону от нормальной кривой поворота.

Эффективная центробежная сила зависит от массы автомобиля и ускорения, воздействующего на автомобиль в направлении, поперечном направлению движения.

Это ускорение, называемое поперечным ускорением, зависит от скорости автомобиля и радиуса кривой.

Момент относительно вертикальной оси (момент рысканья)

При движении на повороте все колеса автомобиля подвергаются воздействию поперечных сил. Эти поперечные силы — это предварительно описанная центробежная сила и противодействующая ей поперечная сила, возникающая при повороте и генерируемая каждым колесом.

Если центробежная сила превышает поперечную силу, возникающую при повороте колеса, остающаяся центробежная сила генерирует момент с эффективным плечом рычага относительно центра тяжести автомобиля.

Этот момент пытается повернуть автомобиль относительно его вертикальной оси и называется моментом рысканья.

Скорость рысканья

Скорость рысканья определяет скорость, с которой автомобиль поворачивается относительно его вертикальной оси.

Недостаточная поворачиваемость

Если при движении на повороте автомобиль следует кривой более широкого радиуса, чем задается углом поворота передних колес, это называется «недостаточной поворачиваемостью»

Причинами недостаточной поворачиваемости могут быть следующие факторы:
• несоответствующая (повышенная) скорость при движении по кривой,
• внезапная потеря сцепления с дорогой колес переднего моста.

Недостаточная поворачиваемость может контролироваться водителем только путем существенного уменьшения скорости (экстренного торможения).

Избыточная поворачиваемость

Если имеет место избыточная поворачиваемость, автомобиль будет следовать кривой меньшего радиуса, чем задается углом поворота передних колес. Задняя часть автомобиля выталкивается к внешнему краю кривой, что в худшем случае приведет к развороту автомобиля относительно его вертикальной оси.

Причинами избыточной поворачиваемости могут быть следующие факторы:
• несоответствующая (повышенная) скорость при движении по кривой,
• внезапная потеря сцепления с дорогой колес заднего моста.

Квалифицированный водитель может противодействовать избыточной поворачиваемости в начале процесса путем соответствующего маневра рулевым колесом.

Процедуры управления

Подобно регулятору тягового усилия программа поддержания курсовой устойчивости использует большую часть элементов системы ABS.

Кроме того, имеются датчики, которые отслеживают угол поворота, ускоряющие силы, воздействующие на автомобиль, а также скорость рысканья или момент рысканья. Датчики передают эти сигналы к объединенному модулю ABS/ программы поддержания курсовой устойчивости.

Используя данные по скорости колес и углу поворота рулевого колеса, модуль ABS/ поддержания курсовой устойчивости рассчитывает направление перемещения, планируемое водителем, и определяет соответствующее зависящее от скорости поперечное ускорение и момент рысканья. Эти значения сравниваются с фактически измеренными значениями.

Если фактическое поперечное ускорение и момент рысканья слишком отличаются от нормы (нестабильные характеристики управляемости), модуль ABS/ поддержания курсовой устойчивости посредством HCU выборочно активизирует отдельные тормоза. Кроме того, путем вмешательства в управление двигателем уменьшается частота вращения коленчатого вала двигателя.

Использование обоих типов вмешательства помогает снова стабилизировать автомобиль.

Работа в случае недостаточной поворачиваемости

В случае недостаточной поворачиваемости вмешательство в работу тормозов воздействует на колеса, расположенные на внутренней части кривой.

Заднее колесо тормозится сильнее, и таким образом вызывается высокий уровень скольжения. Таким образом, поперечная сила, возникающая при повороте заднего моста, значительно уменьшается, и центробежная сила, которая теперь становится эффективной, поворачивает заднюю часть автомобиля назад в кривую поворота.

Переднее колесо не тормозится так сильно. Тормозное усилие, которое передается через переднее колесо к дорожному покрытию, генерирует с помощью плеча рычага вращающий момент (вертикальная сила шины относительно центра тяжести автомобиля), который поддерживает момент рысканья автомобиля.

Обе меры вместе приводят к возврату автомобиля назад на криволинейную траекторию, задаваемую водителем.

Работа в случае избыточной поворачиваемости

В случае избыточной поворачиваемости тормозятся колеса на внешней стороне кривой.

На сей раз переднее колесо испытывает высокое скольжение, и таким образом сила, возникающая при повороте на переднем мосте, уменьшается.

Заднее колесо не тормозится так сильно и это, вместе с эффективным плечом рычага, приводит к уменьшению момента рысканья автомобиля.

Обе меры вместе приводят к стабилизации автомобиля и возвращению его назад на криволинейную траекторию, задаваемую водителем.

Комбинация работы системы ABS и программы поддержания курсовой устойчивости

Если работает программа поддержания курсовой устойчивости, возможные варианты вмешательства системы ABS будут комбинироваться, так как программа поддержания курсовой устойчивости работает при более высоких уровнях скольжения, чем система ABS.

тормозные колодки

Устойчивость автомобиля. Оценочные показатели устойчивости. Траекторная и курсовая устойчивость, поворачиваемость автомобиля

8. Устойчивость автомобиля

Устойчивость – свойство автомобиля противостоять его заносу, скольжению и опрокидыванию. Она обеспечивает безопасность движения и особенно важна при движении с большими скоростями и на скользких дорогах.

Различают траекторную и курсовую устойчивость и устойчивость по опрокидыванию. Траекторная устойчивость характеризуется способностью сохранять направление движения центра масс автомобиля. Курсовая устойчивость характеризуется способностью сохранять ориентацию продольной оси автомобиля. Если при этом наступает боковое скольжение колес одного или всех мостов, то происходит предельный случай потери устойчивости, называемый заносом.

Опрокидывание представляет поворот автомобиля в поперечной или продольной плоскости с отрывом соответствующих колес от опорной поверхности дороги. В первом случае происходит поперечное, а во втором – продольное опрокидывание.

При преодолении крутого продольного уклона устойчивое движение автомобиля ограничено сцеплением ведущих колес с дорогой. Недостаточное сцепление приводит к буксованию ведущих колес, которое может закончиться сползанием автомобиля вниз.

Поэтому, в зависимости от направления опрокидывания и скольжения различают поперечную и продольную устойчивость автомобиля. Потеря поперечной устойчивости автомобиля может произойти при боковом опрокидывании или при боковом скольжении колес (заносе). Занос и боковое опрокидывание происходят под действием поперечных сил: центробежной силы инерции (при криволинейном движении), составляющей силы тяжести (при движении на косогоре), силы бокового ветра. Опрокидывание также может произойти в результате наезда на выступающее над поверхностью дороги препятствие или бокового скольжения и последующего удара о препятствие.

Потеря продольной устойчивости наступает обычно при чрезмерном возрастании буксования ведущих колес. Для современных АТС с низким расположением центра масс буксование возникает при значительно меньших уклонах по сравнению с уклонами, на которых возможно продольное опрокидывание.

8.1. Оценочные показатели устойчивости

Для оценки устойчивости автомобиля при действии на него боковых  сил используют следующие показатели:

1) критические скорости по боковому скольжению V_кр.φ и по боковому опрокидыванию V_кр.оп;

2) критические углы косогора по боковому скольжению β_кр.φ и по боковому опрокидыванию β_кр.оп;

3) коэффициент поперечной устойчивости η_пу;

4) критическая скорость по курсовой и траекторной устойчивости V_кр.ω;

5) критическая скорость по вилянию прицепа V_кр.ап;

6) угол крена λ_кр и угол дрейфа β_др.

Все показатели, кроме V_кр.ω и V_кр.ап, характеризуют поперечную устойчивость автомобиля.

Рекомендуемые величины показателей устойчивости АТС и методы их определения приведены в Правилах ЕЭК ООН № 107 и ГОСТ 52302-2004.

Скорости V_кр.φ и V_кр.оп определяют экспериментально при круговом движении автомобиля с заданным радиусом поворота на горизонтальной площадке с твердым покрытием. Плавно увеличивая скорость движения, фиксируют начало бокового скольжения колес или начало отрыва внутренних по отношению к центру поворота колес. Угол крена подрессоренной массы λ_кр при боковом ускорении j_у=4 м/с² не должен превышать 6-7 ^о.

Критические углы косогора β_кр.φ и β_кр.оп определяют на стенде, имеющем платформу, которая может наклоняться на различные углы в поперечной плоскости.

Скорость V_кр.φ соответствует прямолинейному или установившемуся круговому движению по горизонтальной дороге.

Критической скоростью V_кр.ап называют установившуюся скорость прямолинейного движения автопоезда, при которой виляние прицепа в каждую сторону превышает 3 % его габаритной ширины.

Угол дрейфа β_др характеризует угол увода заднего моста при повороте автомобиля.

8.2. Траекторная и курсовая устойчивость, поворачиваемость автомобиля

Траекторную и курсовую устойчивость автомобиля определяют при движении по круговой траектории с постоянной скоростью и при постоянном угле поворота управляемых колес θ. Критическую скорость по курсовой и траекторной устойчивости рассчитывают по формуле

                        (8.1)

где  – коэффициенты сопротивления уводу шин передних и задних колес

Все о системе курсовой устойчивости ESP

Электронная система курсовой устойчивости, у которой, в зависимости от производителя, имеется несколько названий (ESP – «Electronic Stability Program», ESC — «Electronic Stability Control» либо DSC – «Dynamic Stability Control» и прочие), является системой активной безопасности автомобиля. Эволюционно эта система представляет собой усовершенствованную антиблокировочную систему тормозов, главная функция которой – помочь водителю удерживать автомобиль в заданной траектории при потере управляемости.

История

Первым шагом в развитии систем активной безопасности автомобилей стало создание антиблокировочной системы тормозов, которая при торможении разблокировала тормоза, позволяя водителю сохранить контроль над управлением машиной. Однако с течением времени инженеры, исследующие проблемы безопасности автомобилей поняли, что простой разблокировки тормозов недостаточно для того, чтобы удержать машину от ухода в занос. После проведения массы испытаний, конструкторы решили расширить функционал системы активной безопасности, «научив» ее контролировать тягу и притормаживать определенные колеса, направляя автомобиль по заданной водителем траектории. Основной фронт работ по созданию эффективной системы курсовой устойчивости развернулся в конце 1980-х — начале 1990-х годов, причем, как в Европе (BMW Mercedes-Benz), так и в Азии (Mitsubishi). Более всего в этом преуспели специалисты Mercedes-Benz, которые в сотрудничестве с компанией Bosch уже в 1992 году имели опытный образец системы курсовой устойчивости, которая испытывалась на различных моделях марки.

Впрочем, особой спешки при внедрении системы на серийные авто не наблюдалось: немецкие инженеры со свойственной им педантичностью проверяли каждый параметр. Однако даже такие тщательные испытания и исследования не могли гарантировать стопроцентной безопасности автомобиля, сорвавшегося в занос при прохождении крутого поворота. Лишь в 1995 году инженерам удалось усовершенствовать систему курсовой устойчивости настолько, что руководство компании дало добро на оборудование ею нескольких серийных моделей.

Mercedes-Benz A 190 UK-spec

Первой такой моделью стал компактный городской хэтчбек A-Class, который был под угрозой снятия с производства и переделки из-за склонности к переворачиванию при прохождении поворотов даже не небольших скоростях. Чтобы спасти модель и честь бренда, инженеры Mercedes-Benz установили на хэтчбек систему курсовой устойчивости, которая полностью решила проблему переворачивания автомобиля. С тех пор ESP получила всемирное признание, и практически все автомобильные бренды стали оснащать свои модели этой системой активной безопасности.

Конструктивно система курсовой устойчивости автомобиля представляет собой систему датчиков, которые, будучи установлены на передней и задней оси автомобиля, рулевом механизме контролируют положение автомобиля на дороге. Помимо датчиков, в состав ESP входит акселерометр, определяющий положение автомобиля на дороге при поворотах. Эффективность этой системы заключается в ее совместном использовании с антиблокировочной и антипробуксовочной системами активной безопасности машины.

Устройство ESP

Система курсовой устойчивости активируется в двух случаях – при избыточной либо недостаточной управляемости автомобиля. В обоих случаях система, анализируя полученную с указанных выше датчиков и акселерометра (это занимает не более 20 миллисекунд), выбирает, какое колесо следует притормозить, чтобы направить машину по безопасной траектории. Одновременно с притормаживанием, ESP понижает обороты двигателя, что позволяет водителю снова войти в траекторию движения, нарушенную при сносе или заносе автомобиля.

Если управляемость автомобиля при входе в поворот избыточная, и передние колеса идут в снос, система курсовой устойчивости задействует задние тормоза, притормаживая то колесо, которое находится на внутреннем радиусе поворота. Это позволяет выровнять уходящую в снос переднюю часть автомобиля.

BMW M3 в заносе

Если же управляемость автомобиля при входе в поворот недостаточная, то возникает занос – то есть, с траектории движения уходят задние колеса. В таком случае система ESP активирует передние тормоза, притормаживая колесо, которое идет по внешнему радиусу поворота.

Кроме обеспечения безопасного движения в поворотах, система курсовой устойчивости помогает избежать аварии и когда у автомобиля начинают проскальзывать все четыре колеса (например, при передвижении по обледенелой дороге). В этом случае система определяет, какие именно колеса нужно притормозить, чтобы выровнять траекторию движения.

Сегодня именно ESP во всем мире признана наиболее эффективной системой активной безопасности автомобиля. В некоторых странах (Израиль, США, Канаде, странах Евросоюза) установка на автомобили систем курсовой устойчивости закреплена законодательно.

Испытания на управляемость и устойчивость

Целью проведения испытаний на управляемость и устойчивость является определение параметров, описывающих управляемость автомобиля, и нахождение таких характеристик, от которых непосредственно зависит управляемость автомобиля.

Управляемость — это свойство автомобиля под управлением водителя сохранять желаемое направление движения или изменять его, соответственно положению рулевого колеса в определенных дорожных условиях.

Устойчивость — характеризует возможность автомобиля сохранять заданную водителем траекторию движения независимо от воздействия внешних факторов (наезд на неровности дороги, возникающие боковые силы, ветер и др.). Чем выше устойчивость автомобиля, тем больше фактическая траектория движения совпадает с той, которую задает водитель. При испытаниях на управляемость и устойчивость определяют также показатели, характеризующие курсовую устойчивость, т.е. способность сохранять заданное водителем направление движения, устойчивость к опрокидыванию, боковую устойчивость, которая характеризует боковые смещения автомобиля при движении.

Показатели управляемости и устойчивости определяют при движении автомобиля в нормальных эксплуатационных условиях и по размеченным траекториям на специальных площадках и участках дорог.

Испытаниям подвергают автомобили, параметры которых соответствуют техническим условиям, при полной их массе. Предварительно обязательно проверяют углы установки управляемых колес, зазоры в рулевом управлении, давление воздуха в шинах, износ протектора шин, который не должен превышать 30% его первоначальной высоты. Длина участков должна составлять 500 м при движении со скоростями 10—30 км/ч и 1000 м при больших скоростях.

Испытания на дорогах общего пользования проводят двое водителей, прошедших специальную подготовку, для получения субъективной оценки управляемости автомобиля. Пробег протяженностью 300—600 км осуществляют на дорогах общего пользования и на скоростной дороге автополигона со скоростями от 20—30 км/ч до максимально возможной в этих дорожных условиях. Во время испытаний определяют комплекс показателей, характеризующих управляемость и устойчивость автомобиля: боковые отклонения автомобиля, колебания курсового угла, крены автомобиля, чувствительность автомобиля к управлению, стабилизацию положения управляемых колес, величины усилий на рулевом колесе и др.

Испытания на управляемость по специально размеченным траекториям включают движение по прямой (курсовая устойчивость), перевод автомобиля с одной полосы движения на другую (переставка), поворот с переходом на круговую траекторию (вход в поворот).

Курсовая устойчивость

Курсовую устойчивость проверяют на прямолинейных участках дорог шириной не менее 3,5 м, с продольным уклоном до 1 % и поперечным— не более 0,5%. Испытания проводят на дорогах с асфальтобетонным или цементобетонным покрытием в сухом и мокром состояниях с ограниченной величиной неровностей и с установленными на дорогах искусственными препятствиями определенной формы и размеров, а также с булыжным сухим покрытием хорошего качества и на укатанных заснеженных дорогах.

На каждом участке проводят не менее восьми заездов в одном направлении с различными скоростями. При испытаниях на сухой асфальтобетонной или цементобетонной дороге скорости должны быть меньше максимальной на 10 и 30 км/ч для легковых автомобилей и на 5 и 15 км/ч для грузовых автомобилей и автобусов. Испытания на всех остальных типах дорог производят при максимально возможной по условиям безопасности скорости движения и меньшей на 20—25%.

Оценочным параметром курсовой устойчивости является средняя скорость бокового смещения автомобиля V_см = V · γ_o где V — скорость автомобиля; γ_o — средний интегральный угол отклонения автомобиля от прямолинейного движения.

Отклонения продольной оси автомобиля от заданного прямолинейного движения записываются с помощью гироскопического полукомпаса, а углы поворота рулевого колеса регистрируются на ленте осциллографа или магнитографа (например, через проволочный круговой потенциометр).

Переставка

Переставка производится при обгоне, при подготовке к повороту, при объезде внезапно появившегося препятствия. Испытания со сменой полосы движения характеризуют управляемость и устойчивость автомобиля и проводятся при разных состояниях поверхности твердого дорожного покрытия (сухое, мокрое, уплотненное снежное).

На участке дороги с помощью переставных конусов размечают полосы, по которым водитель должен вести автомобиль, не сбивая и не смещая разметочных знаков с изменением полосы движения. Показателем управляемости при этом является наибольшая скорость, при которой выполняются требования смены полосы движения. Кроме того, определяют угол крена, усилия на рулевом колесе и углы его поворотов, смещения продольной оси автомобиля от положения, соответствующего прямолинейному движению.

Вход в поворот

При входе в поворот определяют предельную скорость движения на поворотах постоянного радиуса дороги с высоким коэффициентом сцепления в момент потери управляемости автомобилем, вызванной опрокидыванием, заносом или невписываемостью автомобиля в заданную траекторию движения.

Вход в поворот совершают на горизонтальной площадке с твердым, ровным, сухим и чистым покрытием. Радиус поворота устанавливают равным 25 м для грузовых автомобилей и автобусов с числом мест больше 10 и 35 м для легковых автомобилей и автобусов малой вместимости. Перед участком входа в поворот наносят две линии прямолинейного коридора и переходную кривую, по которой автомобиль входит в движение по кругу.

Автомобиль должен иметь одно или два страховочных навесных колеса, установленных -на специальных кронштейнах, которые ограничивают наклон автомобиля при повороте (в период отрыва колес от поверхности дороги) на угол не более 25—30°. На легковых автомобилях страховочные колеса рекомендуется устанавливать на кронштейнах у передних и задних буферов.

Водитель последовательно от опыта к опыту увеличивает скорость движения до предельной, при которой происходит потеря управляемости, и затем производит 5—6 зачетных заездов с предельной скоростью. Оценочным параметром является среднее значение предельной скорости по всем зачетным заездам.

Характеристики управляемости

К характеристикам автомобиля, оказывающим влияние на управляемость, относятся статическая и динамическая поворачиваемости, предельная скорость движения по окружности на дороге с малым коэффициентом сцепления, стабилизация управляемых колес, наименьшие радиусы поворота, легкость рулевого управления, максимальные углы поворота рулевого колеса и управляемых колес, а также угловое передаточное число рулевого управления.

Статическая поворачиваемость

Статической поворачиваемостью характеризуется способность автомобиля сопротивляться уводу, вызванному действием центробежной силы при движении по кругу. Для оценки статической поворачиваемости используют зависимости разности углов увода передней δ₁ и задней δ₂ осей автомобиля от центробежного ускорения W_ц

Δδ_ст = δ₁ — δ₂ = f(W_ц)

и запаса статической устойчивости Z от центробежного ускорения

Z = ( C_ц.т / L_а ) · 100% = F(W_ц),

где C_ц.т — расстояние от центра тяжести до линии нейтральной поворачиваемости на высоте центра тяжести.

Испытания проводят на цементобетонной горизонтальной сухой площадке диаметром не менее 80 м. Комплект аппаратуры, установленной на автомобиле, должен обеспечивать непрерывную запись угла увода задней оси, пути и времени, проходимого какой-либо точкой автомобиля, или углов увода обеих осей и центробежного ускорения. Записывают углы увода при помощи «пятого колеса», устанавливаемого под задней осью двухосного автомобиля или под серединой базы задней тележки трехосного автомобиля. Допускается смещение «пятого колеса» в поперечном направлении к центру поворота автомобиля.

Во время испытаний автомобиль движется по окружности диаметром 25 м с последовательно увеличивающимися в заездах скоростями от минимальной (3—4 км/ч) до предельной, причем скорость поддерживается постоянной от начала до конца прохождения длины окружности.

Динамическая поворачиваемость

Динамическую поворачиваемость определяют при движении автомобиля по синусоидальной траектории между вешками, поставленными по прямой. Характеристиками динамической поворачиваемости являются разность углов увода передней и задней осей автомобиля Δδ; максимальная скорость вращения рулевого колеса ω_р за период проезда синусоиды; разность фактически произведенного и теоретически необходимого угла поворота рулевого колеса Δn на участке, ограниченном четырьмя вешками.

В качестве вспомогательного параметра используют разность углов увода осей Δδ_a в момент достижения максимального угла поворота рулевого колеса. Все перечисленные параметры представляют в виде зависимости от максимального углового ускорения W_γ при движении по синусоиде.

Испытания проводят на сухой цементобетонной дороге шириной не менее 10 м, на которой устанавливают более семи вешек. Расстояние между вешками назначают в зависимости от базы автомобиля, например 10 м для автомобилей с базой до 2,7 м и 25 м для автомобилей с базой более 4,2 м. Автомобиль проходит между вешками на возможно близком расстоянии от них с постоянной скоростью. Скорости изменяют от максимально возможной до минимальной (8—10 км/ч с интервалом 2—3 км/ч). На ленте осциллографа фиксируются углы поворота осевой линии автомобиля, углы поворота рулевого колеса и даются отметки времени.

Предельная скорость движения по окружности

Одной из характеристик управляемости автомобиля является предельная скорость его движения по окружности на горизонтальной поверхности с малым коэффициентом сцепления. Устойчивость автомобиля характеризуют предельная скорость движения передней оси по окружности (основной параметр) и центробежное ускорение, при котором происходит занос одной из осей автомобиля (вспомогательный параметр).

Во время испытаний автомобиль движется по окружности радиусом 15 м на горизонтальной площадке, покрытой льдом. Водитель ведет автомобиль передним левым колесом по окружности, постепенно увеличивая скорость до начала заноса, причем увеличение скорости при прохождении одного круга не должно быть более 1—1,5 км/ч. Перед началом заноса производится непрерывная запись угловой скорости продольной оси автомобиля или угла поворота и времени.

Скорость стабилизации управляемых колес

Стабилизацию управляемых колес автомобиля определяют по скорости возвращения колес в нейтральное положение при выходе из поворота. Автомобиль движется со скоростью 20 км/ч так, что переднее наружное колесо находится на окружности радиусом 15 м, нанесенной на ровной и сухой площадке с твердым покрытием. По команде водитель отпускает рулевое колесо, и оно поворачивается в положение, которое соответствует прямолинейному движению автомобиля. При этом на осциллограмме регистрируются изменения угла или скорости поворота рулевого колеса по времени. Движение автомобиля продолжается с постоянной скоростью до прекращения вращения рулевого колеса. Затем автомобиль останавливают и рулевое колесо доводят до нейтрального положения. В результате обработки осциллограмм определяют средние угловые скорости самовозврата рулевого колеса и стабилизации управляемых колес для трех зачетных заездов в прямую и обратную стороны.

Испытания на легкость рулевого управления

Легкость управления автомобилем оценивают по величине усилий на ободе рулевого колеса при повороте управляемых колес на месте, при движении по траектории «восьмерка» и при переезде препятствий. Испытания проводят на горизонтальной асфальтобетонной площадке в сухом состоянии. Повороты на месте производят вправо и влево до упора в ограничители. Если на автомобиле есть усилитель рулевого привода, то испытания проводят при работающем двигателе.

Повороты при движении по траектории «восьмерка» осуществляют со скоростями 25 км/ч для легковых автомобилей, автобусов с числом мест до восьми и грузовых автомобилей с полной массой до 3500 кг и 20 км/ч для остальных автомобилей. Первую категорию автомобилей испытывают при движении по траектории «восьмерка» диаметром 20 м и с расстоянием между центрами 28 м, а вторую — диаметром 30 м и с расстоянием между центрами 42 м.

Переезд искусственных препятствий трапециевидной формы высотой 6 см и шириной по основанию 30 см, установленных последовательно через 0,75 м, производят со скоростью 20 км/ч поочередно колесами одной и другой стороны автомобиля. При всех испытаниях регистрируются усилия на рулевом колесе. В результате обработки полученных данных двух-трех опытов определяют максимальные усилия при каждом виде испытаний.

Испытания на определение наименьшего радиуса поворота

Наименьшие радиусы поворота переднего наружного колеса и габаритные радиусы поворота (внешний и внутренний), характеризующие ширину проезда, определяют при повороте автомобиля вправо и влево. Испытания проводят на ровной горизонтальной площадке с твердым покрытием. Автомобиль движется с минимально возможной скоростью (на низшей передаче) по кругу с повернутыми до упора в ограничители управляемыми колесами. При этом переднее наружное колесо оставляет на дороге меловой отпечаток.

Автомобиль проезжает полный круг, после чего измеряют диаметр круга по осевой линии следа переднего внешнего колеса в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Для определения габаритных радиусов поворота измеряют расстояние от оси следа переднего внешнего колеса до отвесов, укрепленных на автомобиле в двух точках наиболее приближенной к центру поворота и наиболее удаленной от него.

Устойчивость автомобиля

Курсовая  устойчивость

Курсовой  устойчивостью автомобиля называют его свойство двигаться без  корректирующих воздействий  со стороны водителя, т.е. при неизменном положении рулевого колеса.Автомобиль с плохой курсовой устойчивостью произвольно меняет направление движения (“рыскает” по дороге), создавая угрозу другим транспортным средствам и пешеходам. 
Нарушение курсовой устойчивости при прямолинейном движении автомобиля происходит под действием возмущающих сил, поперечной составляющей веса, бокового ветра, ударов колес о неровности дороги, а также различных по величине продольных сил (тяговой, тормозной), приложенных к колесам правой и левой сторон автомобиля. При криволинейном движении автомобиля к этим силам добавляется центробежная сила. Потеря устойчивости автомобилем может быть вызвана также неправильными приемами управления или техническими неисправностями. 
Часто предпосылкой потери устойчивости является скорость автомобиля, не соответствующая дорожным условиям. Если автомобиль движется с излишне высокой скоростью, то тяговая сила Рт приближается по величине к силе сцепления Рсц ведущих колес с дорогой, вследствие чего возможно их пробуксовывание.

Скорость, максимально  допустимая при прямолинейном движении автомобиля без пробуксовки ведущих  колес уменьшается при уменьшении коэффициента сцепления, росте сопротивления  дороги, а также при увеличении ускорения. Поэтому потеря курсовой устойчивости автомобилем наиболее вероятна на участках дороги со скользким  неровным покрытием (укатанный снег, обледенелый асфальтобетон, булыжник) и подъемами. Часто водители, видя впереди подъем и не желая терять скорости, увеличивают подачу топлива  и преодолевают подъем “с ходу”. Если при этом на пути встретится участок, покрытый снежной или ледяной  коркой, то значения сил Рт и Рсц могут стать примерно одинаковыми, тогда даже небольшая поперечная сила может вызвать боковое скольжение заднего моста.

Поперечная  устойчивость

Условием  сохранения равновесия неподвижного или  равномерно движущегося  автомобиля на уклоне или косогоре является прохождение вектора  силы тяжести внутри опорной площади  автомобиля – прямоугольника, вершины которого совпадают с точками взаимодействия колес с дорогой. По мере загрузки автомобиля центр тяжести смешается вверх, вследствие чего даже незначительный уклон дороги может привести к потере устойчивости. 
Поперечная устойчивость – это способность автомобиля двигаться по дорогам различного качества без опрокидывания и бокового скольжения относительно боковых правых и левых колес. Потеря поперечной устойчивости при криволинейном движении может привести к прогрессивно нарастающему поперечному скольжению шин по дороге (заносу) или опрокидыванию автомобиля. Показателями поперечной устойчивости автомобиля при криволинейном движении являются максимально возможные скорости движения по дуге окружности и угол поперечного уклона дороги (косогора). При криволинейном движении автомобиля потерю устойчивости обычно вызывает центробежная сила Py (см. рис. 1.).

рисунок 1. Движение автомобиля на вираже

 

Расстояние от точки О (центра поворота) до середины заднего моста при угле поворота управляемых колес θ <= 20°:

R = L/tgθ

 

Максимальный (критический) угол косогора дороги, по которому автомобиль может двигаться без поперечного  скольжения:

tgβ_ск=(gRφ_y-v²)/(gR+v²φ_y)

Согласно формуле  движение автомобиля устойчивее при  больших значениях φ_y и R и малых величинах v и beta;. 
Для повышения безопасности на дорогах, предназначенных для скоростного движения, все левые повороты имеют односкатный профиль – вираж. На вираже проезжая часть и обочины имеют поперечный уклон, направленный к центру закругления. Силы Р_у sinβ и G cosβ при этом имеют направление, противоположное показанному на рис. 1, что повышает поперечную устойчивость автомобиля.

Электронная система курсовой устойчивости автомобиля (ESP) (дополнительное оборудование) Hyundai Santa Fe

1. Руководства по ремонту
2. Руководство по ремонту Хендай Санта Фе 2006+ г.в.
3. Электронная система курсовой устойчивости автомобиля (ESP) (дополнительное оборудование)

Электронная система курсовой устойчивости автомобиля (ESP – Electronic Stability Program) предназначена для обеспечения устойчивого состояния автомобиля во время выполнения поворотов. Система проверяет, куда водитель поворачивает руль, и куда автомобиль на самом деле движется. Для обеспечения устойчивости автомобиля ESP приводит в действие тормоза отдельных колес и корректирует работу системы управления двигателем. Электронная система курсовой устойчивости автомобиля (ESP) помогает водителю держать автомобиль под контролем при неблагоприятных условиях движения. Но она не является альтернативой инструкциям по безопасному управлению автомобилем.

На эффективность ESP в предотвращении потери контроля над автомобилем влияют такие факторы, как скорость, условия дороги и угол поворота руля.

ВНИМАНИЕ Эксплуатация автомобиля с шинами или колесами разного размера может привестик выводу из строя ESP. При замене колес убедитесь, что их размеры одинаковы.

Включение/ отключение ESP

При работе электронной системы курсовой устойчивости автомобиля (ESP) на приборной панели мигает ESP индикатор. При отключении ESP путем нажатия выключателя ESP загорится индикатор ESP-OFF. В этом случае режим курсовой устойчивости автомобиля будет отключен: придется самостоятельно контролировать устойчивость автомобиля. чтобы включить ESP, повторно нажмите выключатель. ESP будет активизирована, и индикатор ESP-OFF погаснет.

ПРИМЕЧАНИЕ Режим ESP включается автоматически после перевода ключа зажигания в положение «ON» или после перезапуска двигателя.

Индикация неисправностей

После перевода ключа зажигания в положение «ON» или «START» индикаторы на приборной панели должны загореться на 3 с, после чего погаснуть. Если индикаторы не загораются, а также индикатор ESP или ESP-OFF не погаснет через 3 с, обратитесь к официальному дилеру Хендай для диагностики автомобиля.

При появлении необычных условий в работе системы ESP во время движения автомобиля в качестве предупреждения загорается индикатор ESP-OFF. В этом случае остановите автомобиль в безопасном месте и заглушите двигатель. Затем снова запустите двигатель и проверьте, не погас ли индикатор.

Скачать информацию со страницы

↓ Комментарии ↓

 

---

1. Эксплуатация и техническое обслуживание автомобиля
1.0 Эксплуатация и техническое обслуживание автомобиля 1.1. Общие сведения 1.2. Органы управления, оборудование салона и комбинация приборов 1.3. Управление отопителем и системой вентиляции 1.4. Система автоматического выбора желаемой температуры (климат-контроль) 1.5. Сиденья 1.6. Вождение и техническое обслуживание автомобиля 1.7. Таблицы

2. Двигатель
2.0 Двигатель 2.1. Техническое обслуживание (двигатели 2,0 / 2,4 л) 2.2. Механическая часть (двигатели объемом 2,0 / 2,4 л.) 2.3. Система охлаждения (двигатели 2,0 / 2,4 л) 2.4. Система впуска и выпуска (двигатели 2,0 / 2,4 л) 2.5. Техническое обслуживание (двигатель 2,7 л) 2.6. Механическая часть (двигатель объемом 2,7 л.) 2.7. Система охлаждения (двигатели 2,7 л) 2.8. Система смазки (двигатели 2,7 л) 2.9. Система снижения токсичности 2.10. Топливная система 2.11. Таблицы

3. Трансмиссия
3.0 Трансмиссия 3.1 Сцепление 3.2. Механическая коробка передач 3.3. Автоматическая коробка передач 3.4. Вал привода колеса и мост 3.5. Таблицы

4. Ходовая Часть
4.0 Ходовая Часть 4.1 Общие сведения 4.2 Колеса и шины 4.3. Передняя подвеска 4.4. Задняя подвеска 4.5. Таблицы

5. Рулевой механизм
5.0 Рулевой механизм 5.1. Общие сведения 5.2. Таблицы

6. Тормозная система
6.0 Тормозная система 6.1. Общие сведения 6.2. Таблицы

7. Бортовое электрооборудование
7.0 Бортовое электрооборудование 7.1. Общие сведения 7.2. Система зажигания 7.3. Система зарядки 7.4. Система пуска двигателя 7.5. Таблицы

8. Кузов
8.0 Кузов 8.1 Общие сведения 8.2. Наружные элементы кузова 8.3. Таблицы

9. Схемы электрооборудования
9.0 Схемы электрооборудования 9.1 Cхема системы управления АКПП (2,4л) (часть 1) 9.2 Cхема системы управления АКПП (2,4л) (часть 2) 9.3 Схема системы управления АКПП (2,4л) (часть 3) 9.4 Схема системы управления АКПП (2,7л) (часть 1) 9.5 Схема системы управления АКПП (2,7л) (часть 2) 9.6 Схема системы управления АКПП (2,7л) (часть 3)

[PDF] курсовая устойчивость автомобиля — Скачать бесплатно PDF

1 Курсовая устойчивость автомобиля Prof. R.G. Лонгория Кафедра машиностроения Техасский университет в Ост …

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Направленная устойчивость транспортного средства Проф. Лонгория Кафедра машиностроения Техасский университет в Остине

7 апреля 2015 г.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Ссылки

Схема

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

1

Введение

2

Одноосное транспортное средство

3

Боковое скольжение и сила

4

Направленная устойчивость Модель Рокарда Модель велосипеда Направленная устойчивость при устойчивом повороте Комбинированные силы на колесах

5

5

5

5

5

Каталожные номера

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Направленная устойчивость

Каталожные номера

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Справочная устойчивость

Справочная информация режим наземного транспортного средства относится к как ходовая часть (колеса, гусеницы и т. д.) управляются и контролируются для достижения мобильности, так что мобильность может быть достигнута надежно. Все больше транспортных средств оснащаются элементами управления и различными уровнями автономности. Необходимо учитывать курсовую устойчивость, потому что наземная техника не движется просто по прямой. Кинематические модели движения используются для описания основных поворотов и рулевого управления транспортного средства, но предполагают отсутствие бокового проскальзывания колес. Следует понимать, когда ограничение бокового скольжения является разумным и когда следует применять модели динамики и скольжения для более полного понимания характеристик устойчивости и управляемости транспортного средства.Обсуждаемые ниже концепции относятся к устойчивости транспортного средства для широкого диапазона типов и размеров транспортных средств, но должно быть ясно, что конкретное определяющее поведение, особенно для сил, возникающих на стыке ходовой части и местности, имеет значительную изменчивость и неопределенность.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Устойчивость по направлению

Ссылки

«Брызги в шинах» В кадре из Bourne Борн спрашивает Мари: «Ты позаботишься об этой машине?»…. шины чувствовали себя немного забрызганными по дороге сюда «.

Поскольку он готовился ускользнуть от полиции, Борну, вероятно, нужно было понять, как он может довести Mini Cooper до пределов управляемости и производительности без потери контроля. ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Совершенно очевидно, что «брызги» не имеют ничего общего с тем, как вода вылетает из машины.

О чем он говорил?

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Каталожные номера

Рассмотрим одноосное динамическое транспортное средство без бокового скольжения. U, с незначительным сопротивлением качению в колесах и в точке A (шарнир с низким коэффициентом трения, ролики и т. Д.).

Эта модель должна быть знакомой, напоминая ранее изученные кинематические модели. Однако теперь учитываются силы, поскольку могут иметь значение динамические эффекты. Начните с рассмотрения колес, которые катятся без продольного или поперечного скольжения.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Ссылки

Некоторые комментарии к одноосной модели

1

В отличие от двухмерной кинематической модели, рассмотренной ранее, теперь мы исследуем динамические уравнения.Двухмерная модель транспортного средства включает в себя уравнения динамики продольного (x), поперечного (y) и рысканого (ψ) направления, при условии отсутствия вертикального движения, крена или тангажа.

2

Мы рассматриваем период, в течение которого поступательная скорость транспортного средства по существу постоянна, поэтому уравнение продольной динамики принимается как v˙ x ≈ 0. Это упрощает изучение поперечной динамики и динамики рыскания при постоянной скорости движения. U. Это обычное допущение при оценке курсовой устойчивости автомобиля.

3

Эта первая динамическая модель предполагает отсутствие бокового проскальзывания колес, что означает наличие ограничивающей силы на границе раздела колесо-земля, которая предотвращает смещение колеса вне плоскости.Позже мы сможем оценить это предположение и смоделировать боковое скольжение.

Если бы Борн управлял этим транспортным средством, он мог бы сказать, что шины были довольно «жесткими», хотя ему может не понравиться то, что оно остается на земле (не может спускаться по ступенькам) и не имеет рулевого управления!

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Да, этот автомобиль похож на тележку для покупок

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Направление устойчивости

Ссылки

Схема

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Устойчивость одноосного транспортного средства

Рассмотрим два случая для этого транспортного средства — в схематическом виде ниже.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Ссылки

Схема

Введение

Одноосный автомобиль

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Ссылки

Одноосный автомобиль -фиксированная рама Динамические уравнения для транспортного средства взяты из общих уравнений Эйлера для твердого тела, выраженных в неподвижной раме. «Обрежьте» уравнения следующим образом: 1

Нет движения по вертикали, vz = 0, крен, ωy = 0 или тангаж, ωx = 0

2

Предположим, что vx = U является постоянным, поэтому на самом деле не нужно x уравнение

3

Отсутствие бокового скольжения на задней оси: vaxle = vy — l2 ωz = 0 (уравнение ограничения), Fa — сила ограничения

p˙x = mv˙ x = Fx — ωy pz + ωz py = Fx — ωy mvz + ωz mvy = 0 p˙y = mv˙ y = Fy — ωz px + ωx pz = Fy — ωz mvx + ω vxmz ˙hz = Iz ω˙ z = Tz — ωx hy + ωy hx = Tz — ω ω ω ω y + y Ix xx Iy

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Схема

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и усилие

Направление устойчивости

Одноосная модель (продолжение) Из фиксированного на теле уравнения для vy, mv˙ y = Fay — ωz mU ⇒ l2 Fay = ml2 v˙ y + ωz ml2 U, которое подставляется в уравнение рыскания, Iz ω˙ z = −l2 Fy = −ml2 v ˙ y — ωz ml2 U Продифференцируем уравнение связи: v˙ y = l2 ω˙ z и подставим вместо v˙ y, Iz ω˙ z = −ml22 ω˙ z — ml2 U ωz Тогда уравнение скорости рыскания принимает вид τ ω ˙ z + ωz = 0. где скорость, U, отображается в параметре постоянной времени системы τ = (Iz + ml22) / ml2 U, а не в качестве входных данных. ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Ссылки

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Ссылки

Модель одноосного транспортного средства (продолжение.) Характеристическое уравнение для этой системы простое, τ s + 1 = 0, и единственный корень (собственное значение) для этой системы, s = −1 / τ. Эта система всегда стабильна1, если транспортное средство не движется назад, U

1 Чтобы понять, как оценивается стабильность, просмотрите приложение. Этот материал поможет понять, как оценивается устойчивость систем транспортного средства, представленных на остальных слайдах. ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Устойчивость по направлению

Ссылки

Добавление глубины резкости меняет ситуацию….много! Совершенно другая ситуация, когда вы добавляете ролл. Транспортное средство ниже — «Reliant Robin».

Смотрите в действии: http://www.youtube.com/watch?v=roAKRTR69zU&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=QQh56geU0X8 ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Повышенная сложность с поперечным скольжением Для оценки устойчивости и управляемости колесных транспортных средств нам необходимо понять влияние скольжения как в продольном, так и в поперечном направлении.Сначала мы обсудим боковое скольжение и индуцированную силу. Затем мы рассмотрим совместное действие продольных и поперечных сил скольжения. Явление контакта колеса с землей является значительным источником неопределенности в динамике транспортного средства из-за сложности и изменчивости процессов трения. ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Направленная устойчивость

Ссылки

Схема

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Боковое усилие при контакте колеса с землей

Угол скольжения, α, образуется между плоскостью колеса и направлением вынужденного внеплоскостного движения.Боковое усилие возникает при контакте колеса с землей только в том случае, если колесо движется в направлении, отличном от его плоскости, а не при прямом движении колеса. Боковая сила, действующая перпендикулярно плоскости колеса, позволяет управлять автомобилем и совершать повороты.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Направление устойчивости

Ссылки

Схема

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Поперечная устойчивость

Ссылки

, силы являются функцией угла скольжения Для пневматических шин сила поворота связана с углом скольжения,

Примеры соотношений для радиальных и диагональных шин показаны на рисунке ниже.

Fyα = f (α) и для малых углов скольжения Fyα ≈ Cα α, где Cα называется жесткостью на поворотах.

Угловая сила также может зависеть от других факторов, таких как развал колеса, нормальная нагрузка, давление в накачке, передача поперечной нагрузки, размер и тип шины (например, радиальная, диагональная и т. Д.), Количество слоев, угол наклона корда, ширина колеса и протектор.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Устойчивость по направлению

Справочные данные

Определяющий коэффициент прохождения поворотов

Угловой коэффициент определяется как CCα = Cα / Fz, где Fz — вертикальная нагрузка.Обратите внимание, что для Cα используются единицы силы / угла (например, Н / рад), а для CCα — единицы 1 / угол. Типичный седан может иметь CCα около 8 рад − 1, а спортивный автомобиль может иметь значение около 40 рад − 1.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Покрытые брызгами шины?

From Wong [10]

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Каталожные номера

Схема

Введение

Одноосный автомобиль

Поперечное усилие

курсовая устойчивость

Каталожные номера

Хорошо, но как насчет колес из твердой резины?

Боковая сила по существу моделируется кулоновской силой Fy / Fz = µy, где коэффициент бокового трения µy теперь принимает более сложную функциональную форму в зависимости от угла скольжения, нормальной нагрузки и т. Д.Реальные данные о жестких резиновых колесах найти сложно. Однако можно было бы ожидать, что поперечная сила будет «нарастать» от нуля по мере увеличения угла скольжения. «Жесткость» резины, вероятно, сделает колесо более жестким в поперечном направлении. (Если вы найдете данные о силе поворота на жестких резиновых колесах, поделитесь ими!) устойчивость

Ссылки

Направленная устойчивость при боковом скольжении

Прежде чем рассматривать влияние продольного скольжения, может быть исследована курсовая устойчивость транспортного средства, подверженного боковым силам скольжения.Например, при изучении характеристик управляемости принято предполагать, что поступательная (продольная) скорость транспортного средства постоянна (в установившемся режиме), как это было сделано для упрощенной модели, изученной ранее. Рокар (1903–1992) сообщил об одном из первых анализов курсовой устойчивости двухосного транспортного средства в 1954 году [7]. Краткое изложение его работы можно найти в Steeds [9] (поскольку оригинальную работу может быть трудно найти).

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Модель Рокарда [9] В модели Рокарда транспортное средство упрощено в виде жесткой прямоугольной рамы с колесами на каждом углу а плоскость каждого колеса вертикальна и параллельна раме.Нет (кинематического) поворота колес. Усилие рулевого управления (т. Е. Силы поворота на каждое колесо / шину) моделируется линейным соотношением F = Kα (в современных обозначениях Fy = Cα α), где α — угол скольжения, K — жесткость на повороте и контакт предполагается, что движение транспортного средства не влияет на силы. ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Каталожные номера

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

0002

Ориентировочная устойчивость

Результат Рокара Рокар вывел два ОДУ 2-го порядка для этой задачи и из линейных приближений нашел характеристическое уравнение, s2 + Rs h + S s2 = 0 i 2 2 R = M2V K1 1 + ka2 + K3 1 + kb 2 S =

4K1 K3 (a + b) 2 (M кВ) 2

—

2 (K1 a − K3 b) M k2

, из которого он определил критическую скорость, 2

Vc2 =

2K1 K3 (a + b ) M (K1 a — K3 b)

, ниже которого автомобиль будет устойчивым по курсу.Если K3 b> K1 a, автомобиль устойчив на всех скоростях. ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

1

Результаты определяют положение центра масс транспортного средства и характеристики усилия рулевого управления для передних и задних шин

2

При равном усилии рулевого управления обеспечивается стабильность если b больше a, или если ЦТ находится перед средней точкой колесной базы.

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Каталожные номера

Классическая двухосная модель «велосипеда» (четырехколесного транспортного средства) Эта модель предполагает наличие двух колес на передней и задней оси двухосного транспортного средства имеют равные углы скольжения и нормальные нагрузки (также называемая одноколейной моделью).Влияние крена и тангажа не учитывается.

От Вонга [10] (Глава 5)

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Модель велосипеда имеет как минимум три состояния: — поступательный импульс или скорость прямого ЦТ — поперечный поступательный импульс или скорость ЦТ — рыскание угловой момент или скорость около CG

Схема

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Ссылки

Уравнения динамики модели велосипеда Приведенные ниже уравнения имеют форму / обозначение, данное Вонгом [ 10] (глава 5), но может быть получено из основных уравнений Эйлера.Это уравнения с фиксированным телом. m (v˙ x — vy ωz) = Fxf cos (δf) + Fxr — Fyf sin (δf) | {z} {z} | {z} | передний привод

задний привод

влияние поперечной силы

м (v˙ y + vx ωz) = Fyr + Fyf cos (δf) + Fxf sin (δf) Iz ω˙ z = l1 Fyf cos (δf) — l2 Fyr + l1 Fxf sin (δf) Обратите внимание, что правые части — это в основном просто «внешние» силы и крутящие моменты (здесь приложенные индуцированными силами взаимодействия шины с поверхностью). Уравнения легко адаптируются для включения управления задними колесами, а также внешних сил или крутящих моментов из-за органов управления или возмущений.Помните: продольные и поперечные силы колеса / шины являются функциями переменных состояния движения (vx, vy, ωz). ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Формулы угла скольжения

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Ссылки

Схема

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Модель велосипеда с уменьшенной степенью свободы — 2 степени свободы, vx = постоянная В этом случае мы считаем скорость движения постоянной, поэтому : vx = V δf = δ = угол поворота (малый) mv˙ x — vy omegaz = Fxf cos (δf) + Fxr — Fyf sin (δf) | {z} | {z} | {z} задний привод

передний привод

влияние поперечной силы

Итак, уравнения приведенной модели велосипеда (опять же, фиксированные на кузове): mv˙ y = Fyr + Fyf + Fxf δf −mvx ωz | {z} ∼0

Iz ω˙ z = l1 Fyf — l2 Fyr + l1 Fxf δf | {z} ∼0

Обратите внимание, что, хотя δ выпадает при приближении малых углов, оно снова входит в поперечные силы через определения угла скольжения, поскольку αf = δf — tan − 1 (vy + l1 ωz) / vx ≈ δf — (vy + l1 ωz) / vx, а −1 αr = tan (l2 ωz — vy) / vx ≈ (l2 ωz — vy) / vx.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Ссылки

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Справочные данные

Глобальная траектория движения

Только что представленные модели велосипедов решают для прямой и поперечной скорости и скорости рыскания, полученные на основе входных углов поворота, δ, относительно осей, закрепленных на корпусе. Чтобы найти траекторию и ориентацию (X, Y, ψ) транспортного средства в наземных координатах, мы используем уравнения преобразования для двумерного моделирования траектории, как и раньше, X˙ = vx cos (ψ) — vy sin (ψ) Y˙ = vx sin (ψ) + vy cos (ψ) ψ˙ = ωz

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Схема

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направление устойчивости

Ссылки

Примеры моделирования модели велосипеда

Следующие примеры проиллюстрированы с помощью моделирования: 1

Уменьшенная модель велосипеда моделируется на постоянной скорости с нулевым углом поворота и между моментами времени tdon и tdof fa в поперечное направление на передней оси.Сравнивается отклик стабильного автомобиля и нестабильного, поскольку жесткость заднего поворота снижается вдвое.

2

Устойчивая модель транспортного средства управляется с помощью команд рулевого управления без обратной связи для смены полосы движения на две полосы.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Ссылки

«Простая» модель велосипеда «Простая» модель велосипеда Код относится к уменьшенной модели велосипеда, в которой скорость движения постоянна, поэтому состояниями являются только поперечная скорость и скорость рыскания, а также глобальное положение и ориентация.2 Wf = L2 * Вт / л; % статической нагрузки на переднюю ось Wr = L1 * W / L; % статической нагрузки на заднюю ось% Обратитесь к Wong, раздел 1.4, чтобы узнать о следующих параметрах CCf = 0,171 * 180 / pi; % коэффициент жесткости лобовой части, / рад CCr = 1 * 0,181 * 180 / пи; % коэффициент жесткости заднего каркаса, / рад Cf = CCf * Wf / 2; % жесткости Corning на шину, Н / рад (перед) Cr = CCr * Wr / 2; % жесткости на повороте сзади на шину, Н / рад (задняя) ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Каталожные номера

Возмущающая сила в «простой» модели велосипеда Этот первый пример показывает, как транспортное средство реагирует на возмущающую силу, приложенную к передней оси, для двух разных случаев.

Обратите внимание на возмущающую силу, Fd vy_dot = (-m * vx * omegaz + Fyr + Fyf * cos (deltaf) + Fxf * sin (deltaf) + Fd) / m; omegaz_dot = (L1 * Fyf * cos (deltaf) — L2 * Fyr + L1 * Fxf * sin (deltaf) + Fd * L1) / Iz;

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Устойчивость по направлению

Ссылки

Стабильная реакция по сравнению с нестабильной базой 9000 Стабильный вариант

ME

379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Жесткость на поворотах сзади уменьшена вдвое

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и усилие

Смена полосы движения с разомкнутым контуром Фиксированные углы поворота -определенные периоды времени для создания двойной смены полосы движения.

Входы смены полосы движения% двойной смены полосы движения if (t = 1 & t = 2 & t = 3 & t = 4 & t = 5 & t = 6) deltaf = 0; конец;

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Устойчивость по направлению

Ссылки

Схема

Введение

Одноосный автомобиль

Боковое скольжение и сила

Устойчивость по направлению, устойчивость

Ссылки

Элементы управления и управляемость Термины «контроль», «устойчивость» и «управляемость» тщательно определены в динамике транспортного средства.Диксон [2] определяет эти термины следующим образом: Управление — это действие водителя, направленное на то, чтобы повлиять на движение автомобиля. Стабильность относится к нежеланию автомобиля отклоняться от существующего пути, что обычно является желательной чертой в умеренных количествах. Управляемость — это способность автомобиля успешно проходить повороты, изучение того, как это происходит, и изучение восприятия водителями поведения автомобиля на поворотах. Использование определенных терминов для описания динамики транспортного средства должно учитывать контекст, в котором они используются.Рассмотрим термины недостаточная и избыточная поворачиваемость, которые определены ниже.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Справочные данные

Снижение поворачиваемости и избыточная поворачиваемость От

недостаточная и избыточная поворачиваемость относятся к восприятию водителем того, насколько автомобиль чувствителен к командам рулевого управления.Для транспортного средства с недостаточной поворачиваемостью водитель будет ощущать, что для прохождения данного поворота требуется больше рулевого управления, чем ожидалось, в то время как для транспортного средства с избыточной поворачиваемостью будет верно обратное. С этой точки зрения автомобиль с недостаточной поворачиваемостью будет иметь тенденцию ощущаться «вялым», в то время как автомобиль с избыточной поворачиваемостью будет чувствовать себя чрезмерно чувствительным к командам рулевого управления. Это имеет смысл, если определить с точки зрения устойчивости системы, что автомобиль с недостаточной поворачиваемостью является устойчивым, а автомобиль с избыточной поворачиваемостью может быть нестабильным. Коэффициент недостаточной поворачиваемости, или градиент, Kus, используется для количественной оценки этих характеристик: Kus> 0 ⇒ недостаточная поворачиваемость, всегда стабильная по направлению Kus

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Outline

Introduction

Одноосный автомобиль

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Ссылки

Коэффициент или градиент недостаточной поворачиваемости Коэффициент или градиент недостаточной поворачиваемости, Kus, определяется как Wf Wr Kus = — Cαf Cαr Это выражение можно использовать двумя разными способами.1

Кус можно определить на основе анализа устойчивости модели велосипеда. Это не должно вызывать удивления, поскольку Рокар вывел критерий устойчивости из аналогичной модели. Фактически, можно показать, что результаты эквивалентны.

2

Кус может быть получен путем объединения уравнения поперечной динамики в установившемся режиме с кинематикой поворачивающегося транспортного средства. Эти результаты дают представление о концепции нейтрального рулевого управления, поскольку Kus возникает как член в уравнении рулевого управления, δ = L / R + Kus ay / g, где δ — угол поворота, необходимый для достижения поворота радиуса R для транспортного средства. с колесной базой L и ay — поперечное ускорение в повороте.Обратите внимание, что автомобиль с нейтральным рулевым управлением имеет идеальное рулевое управление, δ = L / R.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Устойчивость по направлению

Справочные данные

Уравнение рулевого управления и Кус Наклон недостаточной поворачиваемости помогает определить величина и направление рулевого управления, необходимые для достижения нейтрального поворота. Это мера направленного отклика разомкнутого контура.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Ссылки

Пример: влияние на управляемость и устойчивость

шин

Этот плакат из сервисного центра розничной продажи шин пытается показать, как значительная разница в степени износа ваших шин может привести к нестабильности, особенно когда дорожные условия ухудшают адгезионные свойства.1

«Как правило, новые шины обеспечивают повышенное сопротивление аквапланированию за счет полной глубины рисунка протектора. С новыми шинами на задних колесах легче избежать заноса из-за чрезмерной поворачиваемости ».

2

«Независимо от того, является ли ваш автомобиль передним, задним или полным приводом, если ваши задние колеса теряют сцепление с дорогой из-за аквапланирования на мокрой дороге, избыточная поворачиваемость может привести к потере управления, особенно в поворот ».

3

«Вождение автомобиля с неподходящим комплектом шин опасно.Это может серьезно повлиять на управляемость вашего автомобиля ».

Не могли бы вы оспорить существо утверждений, сделанных в этом плакате?

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Устойчивость по направлению

Справочные данные

Нестабильность по рысканию вокруг передней оси Уменьшены поперечные шины или допустимая сила поворота, которая напрямую влияет на поперечную динамику и динамику рыскания автомобиля.Это дополнительно усугубляется тем фактом, что более низкие продольные или тяговые силы шины могут облегчить блокировку колеса во время торможения.

Нестабильность рыскания может возникнуть, если передние и задние колеса не блокируются одновременно. Возмущение относительно центра рыскания передней оси вызовет рыскание, которое прогрессирует с повышенным ускорением с уменьшением, когда он завершает поворот на 180 градусов. ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Устойчивость по направлению

Каталожные номера

Последствия потери поперечной силы при блокировке колеса Отличная иллюстрация То, что происходит с силой поворота, когда колесо / шина приближается к 100% скольжению или заносу, как при блокировке, показано на Рисунке 3.54 из Вонга [10], воспроизводится ниже.

Очевидно, почему алгоритмы контроля тяги борются за то, чтобы поддерживать пробуксовку / занос на уровне 20% или ниже, чтобы поддерживать курсовую устойчивость автомобиля. ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Устойчивость по направлению

Справочные документы

Пример: ранние испытания, проведенные Брэдли и Вудом (1931 г.) эксперименты иллюстрируют влияние на курсовую устойчивость при блокировке одного или нескольких колес

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Ссылки

Эти результаты «предсказуемы» После того, как комбинированное моделирование продольных и поперечных сил выполнено, можно достичь относительно хорошего прогноза курсовой устойчивости транспортного средства.На приведенном ниже графике показаны результаты двух различных исследований экспериментов Брэдли и Вуда.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Устойчивость по направлению

Справочные документы

Тяговые / тормозные силы вызывают снижение силы на поворотах Типичные тенденции Ниже показано, как сила тяги влияет на силу поворота.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

Введение

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Ссылки

Моделирование сочетания продольных и поперечных сил идеальный эллипс.

Как вы этим пользуетесь? 1

Учитывая состояние привода колеса / шины, вы знаете скольжение, s.

2

Вы найдете Fx при s

3

Для данной кривой µ — скольжения вы знаете, что Fx max

4

Значение Fy α — это максимальная сила на повороте для данного значения угла скольжения α .

5

Затем, чтобы найти фактическую (приведенную) силу на повороте, Fy, при текущих условиях скольжения и угла скольжения, вы оцениваете, используя уравнение модели эллипса.

Эллипс трения выглядит следующим образом:

Fy Fyα

2

+

Fx Fx max

2 = 1

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Краткое описание

транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Ссылки

Резюме Устойчивость транспортного средства зависит не только от сил, возникающих на стыке шины / колеса с землей, и от того, как они уравновешиваются с динамикой транспортного средства, но также и от других приложенных сил и моментов , преднамеренно или нет.Можно изучить ряд различных транспортных платформ, от одноосных транспортных средств, которые обычно используются в небольших наземных роботах, до многоосных транспортных средств, более распространенных для транспортных средств, используемых для пассажирских, промышленных и т. Д. Приложений. Это понимание может быть полезно при рассмотрении того, как следует строить и развертывать автомобильные системы. Картина стабильности не является полной, так как нам необходимо изучить, как ведут себя управляемые автомобильные системы, и применить методы устойчивости для управления настройкой и внедрением и т. Д.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Outline

Introduction

Одноосное транспортное средство

Боковое скольжение и сила

Направленная устойчивость

Каталожный номер

Каталожный номер

[1]

J.П. Ден Хартог, Механика, Дуврское издание.

[2]

Дж. К. Диксон, Шины, подвеска и управление (2-е изд.), SAE, Warrendale, PA, 1996.

[3]

Д. Т. Гринвуд, Принципы динамики, Прентис-Холл, 1965. ( или любое более позднее издание).

[4]

Т.Д. Гиллеспи, Основы динамики транспортного средства, SAE, Варрендейл, Пенсильвания, 1992.

[5]

Д.К. Карнопп и Д.Л. Марголис, Технические приложения динамики, John Wiley & Sons, Нью-Йорк, 2008.

[6]

J.B. Liljedahl, P.K. Тернквист, Д. Смит и М. Хоки, Тракторы и их силовые агрегаты, ASAE, Сент-Джозеф, Мичиган, 1996.

[7]

Я. Рокар, «L’instabilite en Mecanique», Masson et Cie, Paris, 1954.

[8]

Л. Сегель, «Теоретическое предсказание и экспериментальное обоснование реакции автомобиля на рулевое управление», Институт инженеров-механиков, Труды автомобильного отдела, № 7, стр. 310-330, 1956-7.

[9]

W. Steeds, Mechanics of Road Vehicles, Iliffe and Sons, Ltd., Лондон, 1960.

[10]

J.Y. Вонг Дж. Ю. Теория наземных транспортных средств, John Wiley and Sons, Inc., Нью-Йорк, 2001 г. (3-е изд.).

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Концепции устойчивости

Анализ устойчивости

Критерий устойчивости Рауса

Примеры критериев устойчивости Рауса

Определения устойчивости Мы должны уточнить наше понимание устойчивости транспортного средства.Статическая устойчивость системы относится к ее способности или тенденции искать состояние статического равновесия после того, как оно было нарушено. При небольшом отклонении от состояния равновесия оно устойчиво, если возвращается в состояние равновесия. Справа показан классический способ иллюстрации этих концепций.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Статическая устойчивость иногда измеряется, например, величиной силы (или крутящего момента), необходимой для смещения тела на определенное расстояние (или угол).

Концепции устойчивости

Анализ устойчивости

Критерий устойчивости Рауса

Примеры критериев устойчивости Рауса

Статическая и динамическая устойчивость транспортных средств При исследовании наземных транспортных средств необходимо учитывать как статическую, так и динамическую устойчивость движения в одной или нескольких основных степенях свобода: продольное, поперечное, рыскание, крен и т. д.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Транспортное средство, которое нестабильно статично, обычно нестабильно динамически.Однако нелегко оценить, будет ли статически устойчивая система также динамически устойчивой. Анализ с помощью линеаризованных моделей обращается к динамической устойчивости, но может быть неточным для больших движений от равновесия, когда нелинейный анализ или моделирование более точны. В любом случае полученное понимание ровно настолько хорошо, насколько хороша модель.

Концепции устойчивости

Анализ устойчивости

Критерий устойчивости Рауса

Примеры критериев устойчивости Рауса

Устойчивость линейных систем Мы используем модели для понимания стабильности, осознавая, что они несовершенны и не предназначены для включения всех эффектов, которые могут повлиять на стабильность , как известные, так и неизвестные.Например, силы, вызванные взаимодействием с землей и имеющие значительную изменчивость, играют ключевую роль и могут возникать как в результате пассивных, так и активных действий. Мы все еще можем многому научиться, используя линейные модели таких сил. Методы анализа устойчивости с использованием линейных систем дают представление, даже если они применимы только для небольшого движения относительно состояния равновесия. На следующих слайдах представлены некоторые из этих методов.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Концепции устойчивости

Анализ устойчивости

Критерий устойчивости Рауса

Примеры критериев устойчивости Рауса

От BIBO до оценки устойчивости с использованием функций s-области, графиков полюс-ноль 1

Рассмотрим постоянную силу, приложенную к массе, скажем, p˙ x = mv˙ x = Fx = F.В то время как входная сила ограничена, выходная скорость vx не ограничена. Эта система не является стабильной с ограниченным входом-ограниченным выходом (BIBO).

2

Система с импульсной характеристикой h (t) называется BIBO тогда и только тогда, когда Z ∞ | h (t) | dt

R

3

Например, массовая «система» имеет функция импульсного отклика h (t) = RR∞ ∞ −∞ | h (τ) | dτ = 0 1 · dτ = ∞ (не ограничена).

4

Передаточная функция системы G (s) может быть найдена путем преобразования Лапласа функции импульсной характеристики.

5

Преобразование Лапласа единичного шага, 1 (t), равно 1 / с.

6

Передаточная функция системы с одной массой, которая имеет входное усилие, выражается G (s) = V / F = 1 / s.

7

Передаточная функция 1 / с имеет единственный полюс (корень) в начале координат при нанесении на график полюс-ноль.

8

Любая система с одним полюсом в начале координат не является стабильной BIBO.

9

Системы, у которых есть полюса с положительными действительными частями, нестабильны.

F dt = 1 (t), функция единичного шага. Итак,

10 Системы, у которых есть полюса с отрицательными действительными частями, являются стабильными. 11 Системы, у которых есть полюса на воображаемой оси, называются предельно устойчивыми (они колеблются).

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Концепции устойчивости

Анализ устойчивости

Критерий устойчивости Рауса

Примеры критериев устойчивости Рауса

Стабильность системы низкого порядка

Для одной степени свободы проблемы со стабильностью могут быть легче изучать и понимать, используя «физическую» интерпретацию или анализ.Динамические системы второго порядка позволяют нам построить фундаментальное понимание определений устойчивости. В следующих примерах характеристическое уравнение из линейного дифференциального уравнения используется для понимания того, как собственные значения зависят от параметров системы.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Концепции устойчивости

Анализ устойчивости

Критерий устойчивости Рауса

Примеры критериев устойчивости Рауса

Пример линейной системы вращения Для простой системы вращения, представленной ниже, характеристическое уравнение имеет следующий вид: s2 + (b / J) s + (k / J) = 0.Корни легко найти: s 2 kbb ± j — s = — 2J J 2J

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Пока b и J положительные, эта модель говорит нам, что эта система стабильный. Полюса всегда находятся справа от мнимой оси (отрицательные действительные части).

Концепции устойчивости

Анализ устойчивости

Критерий устойчивости Рауса

Примеры критериев устойчивости Рауса

Устойчивость с различными уровнями демпфирования

График сложных корней для вращательной системы, показанный ниже, показывает, как корни меняются в зависимости от демпфирования, б.

Случаи, когда корни находятся на мнимой оси, соответствуют чистым гармоническим колебаниям. Иногда мы говорим, что это незначительно или нейтрально. Когда b дает корни в (f), система нестабильна. Ситуации, когда затухание отрицательное, могут возникать в некоторых физических системах, хотя этот эффект может быть только временным. Тем не менее, этого может быть достаточно, чтобы вызвать автоколебания, как показано на следующем слайде.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Концепции устойчивости

Анализ устойчивости

Критерий устойчивости по Раусу

Примеры критериев устойчивости по Раусу

Неустойчивость, вызванная отрицательным демпфированием

Отрицательные демпфирующие силы

Отрицательные демпфирующие силы

из-за сухого трения о ленту (вибрация)

Обратите внимание, что эффективное демпфирование, обозначенное НАКЛОНОМ кривой, в обоих случаях отрицательное.Это один из способов определить вероятность нестабильности в системе. ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Концепции устойчивости

Анализ устойчивости

Критерий устойчивости Рауса

Примеры критериев устойчивости Рауса

Неустойчивость, вызванная отрицательной жесткостью Отрицательная жесткость также может привести к нестабильному поведению. Работа клапана впрыска топлива, показанная ниже, специально имеет отрицательные характеристики пружины, как показано на характеристиках справа.

Возвратная сила, действующая на гирю, представляет собой суммарный эффект силы механической пружины и силы «Бернулли» из-за изменения давления на седле клапана. ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Кривая силы-смещения

Клавиши на клавиатуре также имеют аналогичную преднамеренно «нестабильную» конструкцию, предназначенную для изгиба.

Концепции устойчивости

Анализ устойчивости

Критерий устойчивости Рауса

Примеры критерия устойчивости Рауса

Критерий устойчивости Рауса — 1

Для более сложных систем может быть непросто «интуитивно» оценить стабильность или легко решить корни систем низкого порядка.Мы можем оценить «абсолютную стабильность», используя критерий устойчивости Рауса. Этот метод сообщит нам, стабильна ли система, но ничего не скажет о том, «насколько стабильна» или об относительной стабильности. Мы получаем представление об относительной стабильности, изучая конкретные положения полюсов системы на реально-воображаемой плоскости. Например, метод корневого локуса дает представление об относительной стабильности.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Концепции устойчивости

Анализ устойчивости

Критерий устойчивости Рауса

Примеры критерия устойчивости Рауса

Критерий устойчивости Рауса — 2

Критерий устойчивости Рауса позволяет определить число полюсов передаточной функции, лежащих в правой половине s-плоскости без необходимости факторизации полинома.Это относится к передаточным функциям с конечными полиномами вида G (s) =

B (s) bm sm + bm − 1 sm − 1 + · · · + b1 s + b0 = an sn + an − 1 sn− 1 + · · · + a1 s + a0 A (s)

Это полезно для помощи в определении диапазона, например, который могут принимать определенные параметры без потери стабильности системы.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Концепции устойчивости

Анализ устойчивости

Критерий устойчивости Рауса

Примеры критерия устойчивости Рауса

Критерий устойчивости Рауса Таблица Рауса:

an sn + an − 1 sn − 1 + · · · + A1 s + a0 = 0 an − 1 an − 2 — an an − 3 an − 1 an − 1 an − 4 — an an − 5 b2 = an − 1

b1 =

b1 an− 3 — an − 1 b2 c1 = b1 c2 =

b1 an − 5 — an − 1 b3 b1

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

sn sn − 1.. . …

ан-2 ан-4. . . ан-1 ан-3 ан-5. . . b1

b2

b3. . .

c1

c2

c3. . .

Критерий: Корни имеют отрицательные действительные части тогда и только тогда, когда элементы первого столбца таблицы Рауса имеют одинаковый знак. Количество смен знака равно количеству корней с положительными действительными частями.

Концепции устойчивости

Анализ устойчивости

Критерий устойчивости Рауса

Примеры критериев устойчивости Рауса

1

Описание критерия устойчивости Рауса

2

Пример 1 — числовое характеристическое уравнение

3

— диапазон определения 9000 из K для устойчивости

4

Пример 3 — определение диапазона K для устойчивости

5

Пример 4 — Анализ устойчивости по Routh для шимми колеса

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Примеры критериев устойчивости по Routh

Концепции устойчивости

Анализ устойчивости

Пример Рауса -1

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Критерий устойчивости Рауса

Примеры критерия устойчивости Рауса

Концепции устойчивости

Пример анализа устойчивости

2

ME 379M / 397 Cyber ​​Автомобиль Systems (Longoria)

Критерий устойчивости Рауса

Примеры критерия устойчивости Рауса

Концепции устойчивости

Анализ устойчивости

Критерий устойчивости Рауса

Примеры критерия устойчивости Рауса

Пример Рауса — 3 Для характеристического уравнения определите K для устойчивости.Таблица Рауса: 3

2

s + 3s + 3s + 1 + K = 0 Мы требуем, чтобы оба этих условия выполнялись для устойчивости, 8 − K> 0 1 + K> 0, следовательно, −1

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

s3 1 3 0 … s2 3 1 + K 0 … 0 … s1 (8 — K) / 3 s0 1 + K 0 …

Концепции устойчивости

Анализ устойчивости

Критерий устойчивости по Раусу

Примеры критериев устойчивости по Рау

Анализ устойчивости по Раусу для регулировочной шайбы колеса — 1 На приведенном ниже рисунке показана регулировочная шайба колеса, распространенная в конструкциях осей транспортных средств 1930-х годов [1].Для объяснения требуется описание 3 степеней свободы. Это самовозбуждающаяся вибрация, но она также может быть вызвана дисбалансом шин.

Регулировочная шайба колесного типа более четко проиллюстрирована ниже.

Анализ устойчивости по Раусу (следующий слайд) показывает, что система устойчива, если mal> IG + ma2 Проблема в конечном итоге устраняется независимой подвеской передних колес.

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Концепции устойчивости

Анализ устойчивости

Критерий устойчивости по Раусу

Примеры критериев устойчивости по Рау

Анализ устойчивости по Раусу для шимми колес — 2

Характеристическое уравнение по шимми колеса , s3 +

amV kl2 V kl 2 s + s + = 0 2 2 IG + ma IG + ma IG + ma2

Из таблицы Рауса требуется стабильность, aml> IG + ma2 и, V kl> 0

ME 379M / 397 Cyber ​​Vehicle Systems (Longoria)

Таблица Рауса: s3 s2 s1 s0

1 амВ / Ie (kl2 / Ie — V kl / amV) V kl / (IG + ma2)

, где Ie = IG + ma2

kl2 / Ie V kl / Ie 0 0

0 0

… … … …

Направленная устойчивость в установившемся состоянии транспортного средства (Автомобиль)

27,5.

Устойчивое состояние автомобиля Направленная устойчивость

27.5.1.

Характеристики прохождения поворотов в зависимости от силы поворота и угла скольжения шин

Когда колеса находятся в движении, на шины действуют как вертикальные, так и боковые (боковые) силы из-за изгиба дороги, бокового ветра, переноса веса и центробежной силы, возникающей при проезде по криволинейной траектории и повороте транспортного средства на поворотах.Когда поперечная сила действует на дорожное колесо и шину, между пятном контакта протектора шины и поверхностью дороги действует реакция сопротивления, которая препятствует любому боковому движению. Эта противодействующая сила сопротивления известна как сила поворота (рис. 27.33), величина которой равна величине боковой силы. Увеличение

Рис. 27.33. Искажение пятна контакта при замене шины при воздействии боковой силы.
в этой поворотной силе примерно пропорционально увеличению поперечной силы до тех пор, пока шина не потеряет сцепление с землей.За пределами этой точки пропорциональность не соблюдается с дальнейшим увеличением поперечной силы
, так что существует вероятность разрыва шины. Однако чем больше сила поворота, создаваемая между шиной и землей, тем выше сцепление шины с дорогой.
Когда поперечная сила толкает гибкие стенки шины в сторону, сила сопротивления заставляет пятно контакта шины принимать искривленную форму. Следовательно, жесткое колесо указывает и катится в направлении, в котором им управляют, тогда как область шины, контактирующая с землей, непрерывно следует по пути, проложенному деформированным протектором пятна контакта (рис.27.33А). Угол между направлением плоскости колеса и направлением, в котором оно фактически движется, известен как угол скольжения. При небольшом угле скольжения каждый элемент шины остается в контакте с землей без проскальзывания.

Рис. 27.34. Влияние угла скольжения на силу поворота.
Величина силы поворота, развиваемой между шиной и дорогой, зависит от следующих факторов.

Угол скольжения.

Усилие на повороте линейно увеличивается с увеличением угла скольжения, примерно до четырех градусов, при превышении которых усилие на повороте увеличивается нелинейно и с гораздо меньшей скоростью (Рис.27.34), в значительной степени зависящие от конструкции шины.

Вертикальная нагрузка на шину.

По мере того как вертикальная или радиальная нагрузка на шину увеличивается для заданного угла скольжения, поворачивающая сила возрастает очень скромно для малых углов скольжения, но гораздо больше при больших углах скольжения (рис. 27.35).

Рис. 27.35. Влияние вертикальной нагрузки шины на прохождение поворотов.

Рис. 27.36. Влияние давления в шинах на поворот.

Давление в шинах.

Для данного угла скольжения поворачивающая сила (рис. 27.36) линейно возрастает с увеличением давления в шине, а также с увеличением угла скольжения в шине.

Жесткость на повороте или сила на повороте.

Центробежная сила (поперечная сила), возникающая из-за движения транспортного средства по изогнутой траектории, толкает каждое колесо вбок, преодолевая противодействующую реакцию земли пятна контакта шины. Следовательно, каркас шины и протектор очень незначительно деформируются, образуя полукруг в области пятна контакта.В результате путь, по которому идет шина на уровне земли, не совсем совпадает с направлением, указывающим колесо. Сопротивление, оказываемое короной шины или поясной областью протектора каркаса, предотвращая его деформацию и образование «угла скольжения», является мерой силы поворота шины. Жесткость на повороте определяется как сила на повороте, развиваемая для каждого градуса создаваемого угла скольжения.

Жесткость шины на повороте — это наклон угловой силы в зависимости от кривой скольжения, обычно вдоль ее линейного участка (рис.27,34). Чем больше сила поворота, развиваемая на градус угла скольжения, тем больше жесткость шины на повороте и тем меньше поправка на угол поворота для выдерживания заданной траектории движения транспортного средства.

Момент самовыравнивания.

Если неподвижное колесо нагружено, пятно контакта распространяется вокруг геометрического центра шины на уровне земли. Когда нагруженное колесо катится вперед, кожух, поддерживающий протектор, деформируется и слегка сдвигается назад (рис.27,37). В результате большее количество поворачивающей силы, создаваемой между землей и каждым элементом протектора, смещается от статического центра давления к некоторому динамическому центру давления, который расположен за вертикальным центром шины. Однако величина переключения зависит от конструкции колеса, нагрузки, скорости и тяги. Большая часть зоны реакции протектора на землю сосредоточена за статическим центром колеса. Фактическое распределение поворачивающей силы показано заштрихованной областью между центральной линией шины и нанесенной на график линией поворачивающей силы (Рис.27,37). Общая сила поворота приблизительно пропорциональна этой заштрихованной области, и ее результирующее динамическое положение известно как центр давления. Расстояние между статическим и динамическим центрами давления известно как пневматический след (рис. 27.37). Величина пневматического следа зависит от степени проскальзывания между шиной и землей, вертикальной нагрузки на колесо, давления в шине, скорости автомобиля и конструкции шины. Более длинное пятно контакта обычно обеспечивает больший пневматический след.Шины с радиальным слоем имеют более длинное пятно контакта, чем шины с поперечным слоем.

Рис. 27.37. Иллюстрация самоустанавливающегося крутящего момента.
Как объяснено выше, если движущееся транспортное средство управляется на повороте дороги, поперечная (боковая) сила Fs вызывает равную и противоположную силу реакции на уровне земли, называемую силой поворота Fc. Центр давления поворотной силы находится позади геометрического центра колеса, а боковая сила действует перпендикулярно центру ступицы колеса.Из-за смещения между этими двумя силами, известного как пневматический след, tp, вокруг геометрического центра колеса образуется пара, которая имеет тенденцию поворачивать оба рулевых колеса в направлении движения прямо. Этот самогенерирующийся крутящий момент, который пытается восстановить плоскость колес с направлением движения, известен как самоустанавливающийся крутящий момент (рис. 27.37). Характеристики шины заставляют управляемые шины возвращаться в исходное положение после преодоления поворота дороги.Самоустанавливающийся момент Tsat может быть определен как произведение силы поворота Fc и пневматического следа tp.

Таким образом, Tsat = Fcx tp, Нм.
Увеличение прогиба шины из-за высокой нагрузки увеличивает пятно контакта. Пневматический след расширяется, и, следовательно, самоустанавливающийся крутящий момент увеличивается с увеличением площади пятна контакта. С другой стороны, увеличение давления в шине для данной нагрузки в шине укорачивает пневматический след и снижает крутящий момент самоцентрирования.Передача нагрузки при торможении, ускорении и прохождении поворотов также влияет на крутящий момент самоустанавливания, поскольку это изменяет площадь пятна контакта. На самоустанавливающийся момент мало влияют малые углы скольжения во время торможения или ускорения, но при больших углах скольжения торможение снижает центрирующий момент, а ускорение увеличивает его (рис. 27.38). Статический крутящий момент рулевого управления, то есть крутящий момент, необходимый для поворота рулевого управления, когда колеса не вращаются, выше, чем создаваемый крутящий момент самоцентрирования при движении транспортного средства, и не зависит от него.Высокий статический крутящий момент рулевого управления возникает из-за деформации каркаса шины и трения, возникающего между элементами протектора шины на уровне земли.
27.5.2.

Устойчивость по направлению

Нейтральный поворот.

Рассмотрим ситуацию, когда транспортное средство движется вперед по прямой дороге. Пусть боковая сила, вызванная, возможно, порывом ветра, действует через центр тяжести транспортного средства, и для простоты предполагается, что она действует посередине между передней и задней осями.Если равные углы скольжения в установившемся режиме создаются из-за боковых сил на передние и задние шины, транспортное средство движется по новой прямой линии под углом, пропорциональным создаваемым углам скольжения (рис. 27.39). Это движение не связано со скоростью рыскания, вызванной вращением вокруг вертикальной оси, проходящей через

Рис. 27.38. Изменение крутящего момента самоустанавливания в зависимости от силы поворота.

Рис. 27.39. Нейтральное управление на прямой дороге.
через центр тяжести и, следовательно, называется нейтральным рулевым управлением.В этой ситуации проекционные линии, проведенные перпендикулярно направлению движения протектора шины, никогда не пересекаются, не имея какого-либо поворота транспортного средства.

Перегрузка.

Рассмотрим ситуацию, когда транспортное средство движется вперед по прямой дороге, мешающая боковая сила действует через центр тяжести транспортного средства, и средние установившиеся статические углы сна задних колес больше, чем передних. Это может быть возможно из-за конструкции подвески, конструкции шины и давления в шине или распределения веса.В этом случае траектория движения транспортного средства представляет собой кривую в направлении приложенной боковой силы (рис. 27.40A). Чтобы понять эту нестабильность направления, линии проекции нарисованы перпендикулярно направлению протекторов катка шины. Эти линии проекции примерно пересекают друг друга в некоторой общей точке, мгновенном центре. В результате создается центробежная сила, действующая в том же направлении, что и приложенная боковая сила. В результате вся машина пытается вращаться вокруг этого центра, стремясь повернуться навстречу мешающей силе.Это состояние известно как чрезмерное поворачивание. Чтобы исправить эту ситуацию, транспортное средство должно управляться в том же направлении, что и боковая сила, от центра вращения.
Теперь представьте, что автомобиль поворачивает на повороте, когда углы скольжения шин заднего колеса также больше, чем у шин передних колес (рис. 28.40B). В этом состоянии все проецируемые линии, проведенные перпендикулярно направлению движения каждой шины, соответствующему ее углу скольжения, сливаются вместе в некоторой общей точке, называемой динамическим мгновенным центром.Это общая точка

Рис. 27.40. Чрезмерная управляемость. А. По прямой. Б. На поворотах.
впереди задней оси и дальше внутрь. Таким образом, получается меньший радиус поворота, чем у мгновенного центра Аккермана для данного угла поворота рулевого колеса. В таких условиях движения автомобиль стремится к повороту. Поскольку радиус поворота уменьшается, величина центробежной силы, действующей через центр тяжести транспортного средства, становится больше, так что повышается склонность транспортного средства к чрезмерной поворачиваемости.Эта реакция на избыточное поворачивание увеличивается еще больше при более высоких скоростях транспортного средства на заданной круговой траектории, потому что рост центробежной силы вызывает усиление реакции шины на землю, так что углы скольжения на каждом колесе соответственно увеличиваются. Ситуация чрезмерного поворота руля приводит к нестабильным условиям вождения, поскольку транспортное средство имеет тенденцию более круто поворачивать в поворот с повышением скорости, если водитель не уменьшает блокировку. Автомобиль с задним приводом имеет большую тенденцию к чрезмерному повороту, поскольку приложение тягового усилия во время поворота снижает жесткость поворота и увеличивает углы скольжения задних колес.Подрулить.
Представьте, что на транспортное средство, первоначально движущееся по прямой дороге, действует мешающая боковая сила, действующая через центр тяжести, и угол скольжения на передних шинах больше, чем на задних.

Рис. 27.41. Подрулить. А. По прямой. Б. На поворотах.
(рис. 27.41A). В этом случае линии выступа, перпендикулярные направлению движения протектора шины, встречаются примерно в общей точке на стороне, противоположной стороне боковой силы. Траектория движения транспортного средства представляет собой кривую в сторону от приложенной боковой силы.Это вызывает центробежную силу, которая действует в направлении, противоположном мешающей боковой силе. Следовательно, транспортное средство вращается вокруг мгновенного центра и движется в том же направлении, что и возмущающая сила. Это состояние рулевого управления известно как недостаточная управляемость. Это можно исправить, повернув рулевое управление в направлении, противоположном возмущающей силе, от мгновенного центра вращения.
Когда автомобиль поворачивает в поворот, если углы скольжения на шинах передних колес больше, чем на задних шинах (рис.27.4 IB), все линии проекции, проведенные перпендикулярно направлению движения каждой шины, пересекаются примерно в одной точке перед задней осью. Радиус поворота в этом случае больше, чем у мгновенного центра Аккермана. При больших углах скольжения передних колес автомобиль стремится уклониться от поворота. Поскольку радиус поворота больше, величина центробежной силы, создаваемой в центре тяжести транспортного средства, меньше, чем в случае избыточной поворачиваемости.Таким образом, тенденция к недостаточной поворачиваемости обычно менее серьезна, и ее можно исправить, повернув рулевые колеса ближе к повороту. Когда переднеприводное транспортное средство движется по криволинейной траектории, жесткость передних шин при повороте снижается, так что при приложении тягового усилия углы скольжения спереди увеличиваются, вызывая состояние недостаточной управляемости.
Рисунок. 27.42 представляет сравнение между углом поворота передних колес и скоростью транспортного средства для различных тенденций поворота.Нейтральное рулевое управление поддерживает постоянный угол поворота во всем диапазоне скоростей, в то время как тенденция как недостаточного, так и избыточного поворачивания увеличивается с увеличением скорости. Недостаточная поворачиваемость относительно прогрессирует по мере увеличения скорости, но избыточная поворачиваемость быстро увеличивается с увеличением скорости. Принято считать, что чрезмерная поворачиваемость опасна и нежелательна. Поэтому углы скольжения передних колес должны быть немного больше, чем на задних, чтобы возникла небольшая тенденция к недостаточной управляемости.

(PDF) Контроль курсовой устойчивости транспортного средства с использованием бифуркационного анализа равновесия скорости рыскания

International Journal of Automotive Engineering Vol.6, номер 1, март 2016 г.

Контроль курсовой устойчивости транспортного средства с использованием бифуркации

Анализ равновесия скорости рыскания

M.H. ШоджаиФард, С. Эбрахими Неджад М. Масджеди

1- Профессор факультета машиностроения Иранского университета науки и технологий, Тегеран, Иран 2- Факультет

Автомобильная инженерия, Иранский университет науки и технологий, Тегеран, Иран

Abstract

В этой статье была исследована устойчивость автомобиля на поворотах и ​​стабилизация тормозов с помощью бифуркационного анализа

.Для вывода определяющих уравнений движения была разработана модель нелинейного четырехколесного транспортного средства

с двумя степенями свободы. Используя программный пакет продолжения MatCont, был проведен анализ устойчивости

, основанный на анализе фазовой плоскости и бифуркации равновесия, и был предложен оптимальный контроллер

. Наконец, моделирование было выполнено в программном обеспечении Matlab-Simulink с учетом синусоидального сигнала

с вводом угла поворота при задержке, а эффективность предложенного контроллера на вышеупомянутой модели

была подтверждена с помощью модели Карсима.

Ключевые слова: компенсация момента рыскания, фазовая плоскость, анализ бифуркаций, оптимальное управление

1. Введение

Значительные исследования и последовательные разработки

были проведены для улучшения управляемости и устойчивости транспортного средства

. Среди них контроль рысканья

доказал свое влияние на улучшение управляемости и устойчивости

обычных и электрических транспортных средств в тяжелых условиях вождения

[1,2].Необходимость в

развивающемся управлении моментом рыскания можно увидеть на примере

, исследующего неопытность водителя в управлении динамикой направления

транспортного средства во время критических маневров

. Например, в маневре поворота с высоким поперечным ускорением

, когда поперечные силы шины равны

на пределе сцепления с дорогой, поперечная скорость транспортного средства

увеличивается, а мощность шины

, генерирующая момент рыскания, значительно увеличивается. уменьшено

из-за насыщения поперечной силы шины.Уменьшение на

генерирующего момента рыскания может вызвать неустойчивое движение транспортного средства на

, то есть раскручивание.

Таким образом, обеспечение необходимого компенсирующего момента рыскания

восстановит устойчивость автомобиля.

Для управления динамикой транспортного средства управление моментом рыскания

изучается как подход к управлению направленным движением

транспортного средства во время жестких маневров вождения

.Для достижения этой цели требуется стратегия управления

на основе сигналов обратной связи по динамике транспортного средства, а также система активации

. В соответствии с существующей технологией

характеристики исполнительных механизмов управления динамикой транспортного средства

основаны на

управлении тормозной силой на каждом колесе

, индивидуально известном как дифференциальное торможение, которое может быть достигнуто

с использованием основных частей общий антиблокировочный замок

тормозных систем [3,4].

В целом, разработка требуемой системы управления

на основе измеренных или оцененных переменных для достижения желаемой производительности

является привлекательной областью исследований

. Многие исследователи за последнее десятилетие

сообщили о прямом управлении моментом рыскания как один из наиболее эффективных методов

, который может значительно восстановить устойчивость и управляемость автомобиля. Они

предложили различные методы управления, в том числе,

оптимальное управление [5,6], нечеткое логическое управление [7], 

управление моментом рыскания [8], внутреннее управление моделью [9],

multi -объективное управление [10], линейно-квадратичный регулятор

(LQR) и скользящее управление [11] и т. д.

В этой статье рассматривается оптимальная конструкция контроллера

для нелинейной модели направленной динамики транспортного средства с двумя степенями свободы (2–

DOF) с учетом поперечной скорости транспортного средства

и скорости рыскания в качестве переменных обратной связи по состоянию

. Основное внимание в статье уделяется разработке закона управления с обратной связью состояния

на основе областей устойчивости

, полученных из бифуркационных диаграмм. Таким образом, этот документ

организован следующим образом.В разделе 2, чтобы

оценить динамическое поведение транспортного средства, построена нелинейная модель транспортного средства с 2 степенями свободы

. Затем

, пакет программного обеспечения продолжения MatCont используется в разделе 3

для выполнения анализа стабильности на основе анализа фазовой плоскости

и бифуркации равновесий, а

областей устойчивости определяются для различных скоростей транспортного средства

. Затем задача управления формулируется в разделе 4

, учитывая линейную модель транспортного средства с двумя степенями свободы

* 1 2, 2

* Автор-корреспондент

% PDF-1.4 % 1 0 объект > поток application / pdf2019-01-13T20: 03: 42 + 01: 00PScript5.dll Версия 5.2.22021-10-28T19: 56: 05-07: 002021-10-28T19: 56: 05-07: 00iText 4.2.0 от 1T3XTuuid : 0ac15b18-593c-44c0-9822-2c6e7ebc0e49uid: 6cde2ce6-572d-4a46-9214-06cb2250f8e5uuid: 0ac15b18-593c-44c0-9822-2c6e7ebc0FEe49: 52F0-9822-2c6e7ebc0FEe49

FF2652190C02: 52F07652142C02: 52F07652148 (Windows) / метаданные

Петр Дудзинский

Александр Скурят

конечный поток эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > поток xX͎7) VHE

Динамика и курсовая устойчивость процесса наземного руления высокоскоростного беспилотного летательного аппарата

[1] Джоши К., Чон С., Квон Х.-Дж. и Тиге С., «Тестер доступности торможения для реалистичной оценки посадочной дистанции самолета на зимних взлетно-посадочных полосах», Journal of Aerospace Engineering , Vol. 28, No. 4, 2015, Paper 04014089. https://doi.org/10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0000395

[2] «Снижение риска выездов на ВПП», Фонд безопасности полетов, Александрия , Вирджиния, 2009 г., https://flightsafety.org/files/RERR/fsf-runway-excursions-report.pdf.

[3] Халил Х.К., Нелинейные системы , 3-е изд., Прентис-Холл, Верхний Сэдл-Ривер, Нью-Джерси, 2002, стр. 51–76.

[4] Хуанг З., Бест М. и Ноулз Дж., «Исследование высокоскоростного наземного маневра при оптимальном управлении», Труды Института инженеров-механиков, часть G: Journal of Aerospace Engineering , т. 233, № 12, 2019, с. 4363–4379. https://doi.org/10.1177/0954410018821793

[5] Уэзерингтон Д. и заместитель У., «Дорожная карта беспилотных авиационных систем на 2005–2030 годы», канцелярия министра обороны, департамент.Министерства обороны, Вашингтон, округ Колумбия, 2005 г., https://fas.org/irp/program/collect/uav_roadmap2005.pdf.

[6] Сун Л., Ян Х., Ян X., Ма К. и Хуанг Дж. «Исследование нестабильности миниатюрного летающего самолета в высокоскоростном такси», Китайский журнал Аэронавтика , Vol. 28, № 3, 2015, с. 749–756. https://doi.org/10.1016/j.cja.2015.04.001

[7] Дженкинс М. и Аарон Р. Ф., «Снижение выбросов при посадке на ВПП», Aero Magazine, Quarterly , Vol.3, июль 2012 г., стр. 14–19, http://www.cputech.com/commercial/aeromagazine/articles/2012_q3/pdfs/AERO_2012q3_article3.pdf.

[8] Goldthorpe SH, Dangaran RD, Dwyer JP, McBee LS, Norman RM, Shannon JH и Summers LG, «Дизайн управления и контроля для высокоскоростного развертывания и выключения (ROTO)», NASA CR-201602, 1995.

[9] Крюгер В.Р. и Морандини М., «Последние разработки в области численного моделирования динамики шасси», CEAS Aeronautical Journal , Vol.1. №№ 1–4, 2011. С. 55–68. https://doi.org/10.1007/s13272-011-0003-y

[10] Barnes AG и Yager TJ, «Моделирование поведения самолета на земле и вблизи нее», Консультативная группа по аэрокосмическим исследованиям и разработкам. , AGARD-AG-285, Neuilly-Sur-Seine, Франция, 1985.

[11] Хао XW, Ян Й., Цзя Ц.и Ван Й., «Математическая модель и управление коррекцией отклонения для руления БПЛА. ” Электрические машины и управление , Vol. 18, вып.5. 2014. С. 85–92. https://doi.org/10.15938/j.emc.2014.05.003

[12] Хапане П.Д., «Моделирование асимметричной посадки и типичных наземных маневров для больших транспортных самолетов», Aerospace Science and Technology , Vol. . 7, № 8, 2003 г., стр. 611–619. https://doi.org/10.1016/S1270-9638(03)00066-X

[13] Чжан М., Не Х., Вэй XH, Цянь XM и Чжоу Э. — Торможение и рулевое управление с использованием метода совместного моделирования », COMPEL — Международный журнал по вычислениям и математике в электротехнике и электронике , Vol.28, № 6, 2009, с. 1418–1427. https://doi.org/10.1108/03321640

1985

[14] Плахтиенко Н. П., Шифрин Б. М., «Механические явления при пробеге по земле самолета с почти критическими углами скольжения», International Applied Mechanics , Vol. 42, № 6, 2006, стр. 714–720. https://doi.org/10.1007/s10778-006-0139-3

[15] Qiu DH, Ma WY, Duan Z., Zhou L., Jia HG и Yang HB, «Исследования наземных БПЛА. Анализ и методы расчета характеристик рулевого управления, Flight Dynamics , Vol.4, № 33, 2015, с. 310–314. https://doi.org/10.13645/j.cnki.fd2015.04.001

[16] Hou YX, Guan YL и Jia HG, «Исследование характеристик движения для наземных маневров БПЛА», Proceedings of 2015 IEEE Международная конференция по мехатронике и автоматизации , IEEE, Нью-Йорк, 2015, стр. 22–26. https://doi.org/10.1109/ICMA.2015.7237450

[17] Клайд Д.Х., Магдалено Р.Э. и Рейнсберг Дж.Г., «Влияние давления в шинах на наземное обслуживание самолета», Journal of Guidance, Control and Dynamics , Vol.26, № 4, 2003 г., стр. 558–564. https://doi.org/10.2514/2.5105

[18] Ли Й., Цзян Дж. З. и Нилд С., «Конфигурации на основе инертора для подавления вибрации главного шасси», Журнал самолетов , Vol. 54, № 2, 2017, с. 684–693. https://doi.org/10.2514/1.C033964

[19] Ноулз Д.А.К., Краускопф Б., Ловенберг М.Х., Нилд С.А. и Тота П., «Численный анализ продолжения механизма основного шасси с двумя боковыми опорами. , ” Авиационный журнал , Vol.51, № 1, 2014, с. 129–143. https://doi.org/10.2514/1.C032130

[20] Шарма С., Кутзи Э.Б., Ловенберг М.Х., Нилд С.А. и Краускопф Б., «Численное продолжение и бифуркационный анализ в конструкции самолетов: промышленная перспектива. , ” Философские труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки , Vol. 373, No. 2051, 2015, Paper 20140406. https://doi.org/10.1098/rsta.2014.0406

[21] Ноулз Дж.A.C., «Исследование бифуркации динамической модели механизма шасси», Journal of Aircraft , Vol. 2016. № 5. 53. С. 1468–1477. https://doi.org/10.2514/1.C033730

[22] Кутзи Э., Краускопф Б. и Ловенберг М., «Нелинейная наземная динамика самолета», Международная конференция по нелинейным проблемам в авиации и аэрокосмической отрасли: Математические проблемы инженерных и аэрокосмических наук , AIP Publ. LLC, Нью-Йорк, июнь 2006 г., стр. 1–8.

[23] Хориучи С., Окада К. и Нохтоми С., «Анализ устойчивости при разгоне и торможении с использованием методов ограниченной бифуркации и продолжения», Vehicle System Dynamics , Vol. 46, № S1, 2008 г., стр. 585–597. https://doi.org/10.1080/00423110802007779

[24] Рэнкин Дж., Кутзи Э., Краускопф Б. и Ловенберг М., «Анализ бифуркации и устойчивости самолета, поворачивающегося на земле», журнал Journal of Руководство, контроль и динамика , Vol. 32, № 2, 2009, с. 500–511. https: // doi.org / 10.2514 / 1.37763

[25] Рэнкин Дж., Краускопф Б., Ловенберг М. и Кутзи Э., «Исследование эксплуатационных параметров динамики самолета на земле», Журнал вычислительной и нелинейной динамики , том . 5, No. 2, 2010, Paper 021007. https://doi.org/10.1115/1.4000797

[26] Кутзи Э., Краускопф Б. и Ловенберг М., «Продолжающийся анализ наземных нагрузок самолетов во время высоких -Speed ​​Turns, Journal of Aircraft , Vol. 50, вып.1. 2013. С. 217–231. https://doi.org/10.2514/1.C031883

[27] Агравал С. К., «Тормозные характеристики авиационных шин», Progress in Aerospace Sciences , Vol. 23, № 2, 1986, стр. 105–150. https://doi.org/10.1016/0376-0421(86)

-3

[28] Ван В.К. и Ян Й.Ф. «Анализ тенденций развития системы посадки космических аппаратов», Аэродинамическая ракета , Vol. 5, № 9, 2015, с. 38–41. https://doi.org/10.16338/j.issn.1009-1319.2015.05.09

[29] Хеффли Р.К. и Джуэлл В.Ф., «Данные по качеству обслуживания самолетов», NASA CR-2144, 1972 г.

[30] Бланделл М. и Харти Д., Подход к многотельным системам to Vehicle Dynamics , Elsevier Butterworth – Heinemann, Burlington, VT, 2004, стр. 133–137. https://doi.org/10.1016/C2012-0-07000-7

[31] де Карвалью Брага Д., Фернандо Мелло Л., Рокшореану К. и Стерпу М., «Контроль планарной бифуркации Баутина. ” Нелинейная динамика , Vol.62, № 4, 2010, с. 989–1000. https://doi.org/10.1007/s11071-010-9779-2

курсовая устойчивость автомобиля — Скачать PDF бесплатно

1 курсовая устойчивость автомобиля Prof. R.G. Лонгория Кафедра машиностроения Техасский университет в Остине 7 апреля 2015 г.

2 1 Введение 2 Одноосное транспортное средство 3 Боковое скольжение и сила 4 Направленная устойчивость Модель Rocard s Модель велосипеда Направленная устойчивость при установившемся повороте Комбинированные силы на колесах 5 Каталожные номера

3 Введение Под рабочим режимом наземного транспортного средства понимается способ ходовой части (колеса, гусеницы и т. Д.)) управляются и контролируются для достижения мобильности, так что мобильность может быть достигнута надежно. Все больше транспортных средств оснащаются элементами управления и различными уровнями автономности. Необходимо учитывать курсовую устойчивость, потому что наземные транспортные средства не двигаются просто по прямой. Кинематические модели движения используются для описания основных поворотов и рулевого управления транспортного средства, но предполагают отсутствие бокового проскальзывания колес. Следует понимать, когда ограничение бокового скольжения является разумным и когда следует применять модели динамики и скольжения для более полного понимания характеристик устойчивости и управляемости транспортного средства.Обсуждаемые ниже концепции относятся к устойчивости транспортного средства для широкого диапазона типов и размеров транспортных средств, но должно быть ясно, что конкретное определяющее поведение, особенно для сил, возникающих на стыке ходовой части и местности, имеет значительную изменчивость и неопределенность.

4 Блестящие шины В сцене из фильма «Идентификация Борна» Борн спрашивает Мари: «Ты позаботишься об этой машине?»…. шины чувствовали себя немного забрызганными по дороге сюда. Совершенно очевидно, что брызги не имеют ничего общего с тем, как вода вырывается из машины. Поскольку он готовился ускользнуть от полиции, Борну, вероятно, нужно было понять, как он может довести Mini Cooper до пределов управляемости и производительности, не теряя контроля. О чем он говорил?

5 Рассмотрим одноосное динамическое транспортное средство без бокового скольжения В модели, показанной ниже, транспортное средство имеет скорость движения U с незначительным сопротивлением качению в колесах и в точке A (шарнир с низким коэффициентом трения, ролики и т. Д.). Эта модель должна быть знакомой, напоминая ранее изученные кинематические модели. Однако теперь учитываются силы, поскольку могут иметь значение динамические эффекты. Начните с рассмотрения колес, которые катятся без продольного или поперечного скольжения.

6 Некоторые комментарии к одноосной модели 1 В отличие от двухмерной кинематической модели, рассмотренной ранее, мы теперь исследуем динамические уравнения. Двухмерная модель транспортного средства включает в себя уравнения динамики продольного (x), поперечного (y) и рысканого (ψ) направления, при условии отсутствия вертикального движения, крена или тангажа.2 Мы рассматриваем период, в течение которого скорость движения транспортного средства практически постоянна, поэтому уравнение продольной динамики принимается как vx 0. Это упрощает изучение поперечной динамики и динамики рыскания при постоянной скорости движения U. Это распространенное предположение. при оценке курсовой устойчивости автомобиля. 3 Эта первая динамическая модель предполагает отсутствие бокового проскальзывания колес, что означает, что на границе раздела колеса с землей должна быть ограничивающая сила, которая предотвращает смещение колеса вне плоскости. Позже мы сможем оценить это предположение и смоделировать боковое скольжение.Если бы Борн управлял этим транспортным средством, он мог бы сказать, что шины были довольно жесткими, хотя ему могло бы не понравиться то, что оно остается на земле (не может спускаться по ступенькам) и не имеет рулевого управления!

7 Да, этот автомобиль похож на тележку для покупок

8 Устойчивость одноосного транспортного средства Рассмотрим два случая этого транспортного средства — в схематической форме ниже.

9 Одноосное транспортное средство — уравнения в раме, закрепленной на теле. Уравнения динамики для транспортного средства составлены из общих уравнений Эйлера для твердого тела, выраженных в раме, закрепленной на теле. Сократите уравнения следующим образом: 1 Нет движения по вертикали, vz = 0, крен, ω y = 0 или тангаж, ω x = 0 2 Предположим, что vx = U является постоянным, поэтому на самом деле не требуется уравнение x 3 Нет бокового скольжения на задняя ось: v ось = vyl 2 ω z = 0 (уравнение ограничения), F a — сила ограничения ṗ x = mvx = F x ω ypz + ω zpy = F x ω ymvz + ω z mv y = 0 ṗ y = mvy = F y ω zpx + ω xpz = F y ω z mv x + ω xmvz ḣ z = I z ω z = T z ω xhy + ω yhx = T z ω x I y ω y + ω y I x ω x

10 Одноосная модель автомобиля (продолжение) Из фиксированного на теле уравнения для vy, mvy = F ay ω z mu l 2 F ay = ml 2 vy + ω z ml 2 U, которое подставляется в уравнение рыскания, I z ω z = l 2 F y = ml 2 vy ω z ml 2 U Продифференцируем уравнение связи: vy = l 2 ω z и подставим вместо vy, I z ω z = ml 2 2 ω z ml 2 Uω z Тогда уравнение скорости рыскания принимает вид τ ω z + ω z = 0. где скорость U отображается в параметре постоянной времени системы τ = (I z + ml 2 2) / ml 2 U, а не в качестве входных данных.

11 1 Чтобы понять, как оценивается стабильность, просмотрите приложение.Этот материал поможет понять, как оценивается устойчивость систем транспортного средства, представленных на остальных слайдах. Модель одноосного транспортного средства (продолжение) Характеристическое уравнение для этой системы простое, τs + 1 = 0, и единственный корень (собственное значение) для этой системы, s = 1 / τ. Эта система всегда стабильна 1, если транспортное средство не движется назад, U <0 (или ось находится впереди, а собственное значение имеет положительное действительное значение). Эти два случая проиллюстрированы ниже.

12 Добавление глубины резкости меняет ситуацию…много! Совершенно другая ситуация, когда вы добавляете ролл. Транспортное средство ниже — Reliant Robin. Смотрите в действии по адресу:

13 Повышение сложности с боковым скольжением Чтобы оценить устойчивость и управляемость колесных транспортных средств, нам необходимо понять влияние скольжения как в продольном, так и в поперечном направлении. Сначала мы обсудим боковое скольжение и индуцированную силу. Затем мы рассмотрим совместное действие продольных и поперечных сил скольжения.Явление контакта колеса с землей является значительным источником неопределенности в динамике транспортного средства из-за сложности и изменчивости процессов трения.

14 Боковое усилие при контакте колеса с землей Угол скольжения α образуется между плоскостью колеса и направлением вынужденного движения вне плоскости. Боковое усилие возникает при контакте колеса с землей только в том случае, если колесо движется в направлении, отличном от его плоскости, а не при прямом движении колеса.Боковая сила, действующая перпендикулярно плоскости колеса, позволяет управлять автомобилем и совершать повороты.

15 Боковые силы, или силы при повороте, зависят от угла скольжения Для пневматических шин сила на повороте связана с углом скольжения, F yα = f (α) Примеры соотношений для шин с радиальным и наклонным слоем показаны на рисунке ниже. а для малых углов скольжения F yα C α α, где C α называется жесткостью на повороте.Угловая сила также может зависеть от других факторов, таких как развал колеса, нормальная нагрузка, давление в шине, передача поперечной нагрузки, размер и тип шины (например, радиальная, диагональная и т. Д.), Количество слоев, угол наклона корда, ширина колеса. , и протектор.

16 Определение коэффициента прохождения поворота Коэффициент прохождения поворота CC α определяется как CC α = C α / F z, где F z — вертикальная нагрузка. Обратите внимание, что C α имеет единицы силы / угла (например,g., Н / рад), а CC α имеет единицы 1 / угол. Типичный седан может иметь CC α около 8 рад 1, в то время как спортивный автомобиль может иметь значение около 40 рад 1.

17 Брызги шины? От Вонга [10]

18 Хорошо, а как насчет жестких резиновых колес? Боковая сила по существу моделируется кулоновской силой F y / F z = µ y, где коэффициент бокового трения µ y теперь принимает более сложную функциональную форму, зависящую от угла скольжения, нормальной нагрузки и т. Д.Реальные данные о жестких резиновых колесах найти сложно. Однако можно было бы ожидать, что поперечная сила будет нарастать от нуля по мере увеличения угла скольжения. Жесткость резины, вероятно, сделает колесо более жестким в поперечном направлении. (Если вы найдете какие-либо данные о силе поворота на жестких резиновых колесах, поделитесь ими!)

19 Направление устойчивости при боковом скольжении Прежде чем рассматривать влияние продольного скольжения, можно проверить курсовую устойчивость транспортного средства, подверженного боковым силам скольжения.Например, при изучении характеристик управляемости принято предполагать, что поступательная (продольная) скорость транспортного средства постоянна (в установившемся режиме), как это было сделано для упрощенной модели, изученной ранее. Rocard () сообщил об одном из первых анализов курсовой устойчивости двухосного транспортного средства в 1954 году [7]. Краткое изложение его работы можно найти в Steeds [9] (поскольку оригинальную работу может быть трудно найти).

20 Модель Рокарда [9] В модели Рокарда транспортное средство упрощено как жесткая прямоугольная рама с колесом в каждом углу, причем плоскость каждого колеса вертикальна и параллельна раме.Нет (кинематического) поворота колес. Усилие рулевого управления (т. Е. Силы поворота на каждое колесо / шину) моделируется линейной зависимостью F = Kα (в современных обозначениях F y = C α α), где α — угол скольжения, K — жесткость на повороте и предполагается, что на контактные силы не влияет движение транспортного средства.

21 Результат Рокара Рокар вывел два ОДУ 2-го порядка для этой задачи и на основе линейных приближений нашел характеристическое уравнение (s 2 + Rs + S) s 2 = 0 R = 2 MV S = 4K1K3 (a + b) 2 ( MkV) 2 () ()] [K a2 k + K b2 k 2 2 (K1a K3b) Mk 2, из которого он определил критическую скорость, 1 Результаты определяют положение центра масс транспортного средства и характеристики рулевого усилия для передние и задние колеса 2 Для равного усилия рулевого управления устойчивость обеспечивается, если b больше, чем a, или если ЦТ находится перед средней точкой колесной базы.V 2 c = 2K 1K 3 (a + b) 2 M (K 1 a K 3 b), ниже которого транспортное средство будет устойчивым по курсу. Если K 3 b> K 1 a, автомобиль устойчив на всех скоростях.

22 Классическая модель двухосного велосипеда (четырехколесного транспортного средства) Эта модель предполагает, что два колеса на передней и задней осях двухосного транспортного средства имеют равные углы скольжения и нормальные нагрузки (также называемая одноколейной моделью. ). Влияние крена и тангажа не учитывается. От Вонга [10] (глава 5) Модель велосипеда имеет по крайней мере три состояния: поступательный импульс прямого ЦТ или скорость, поперечный поступательный импульс ЦТ или скорость рыскание, угловой момент или скорость около ЦТ

23 Уравнения динамики модели велосипеда Уравнения ниже представлены в форма / обозначения даны Вонгом [10] (глава 5), но могут быть получены из основных уравнений Эйлера.Это уравнения с фиксированным телом. m (vxvy ω z) = F xf cos (δ f) +} {{} F} {{} xr F yf sin (δ f)} {{} Влияние поперечной силы переднего привода на задний привод m (vy + vx ω z ) = F yr + F yf cos (δ f) + F xf sin (δ f) I z ω z = l 1 F yf cos (δ f) l 2 F yr + l 1 F xf sin (δ f) Обратите внимание, что правые стороны — это в основном только внешние силы и крутящие моменты (здесь приложенные индуцированными силами взаимодействия шины с поверхностью). Уравнения легко адаптируются для включения управления задними колесами, а также внешних сил или крутящих моментов из-за органов управления или возмущений.Помните: продольные и поперечные силы колеса / шины являются функциями переменных состояния движения (v x, v y, ω z).

24 Формулы угла скольжения

25 Уменьшенная модель велосипеда — 2 степени свободы, vx = постоянная В этом случае мы считаем, что скорость поступательного движения постоянная, поэтому: vx = V δ f = δ = угол поворота (малый) m () vxvy omega z = Fxf cos (δ f) + F xr F} {{}} {{} yf sin (δ f)} {{} Влияние поперечной силы переднего привода на задний привод Итак, приведенные уравнения модели велосипеда (опять же, body- фиксированы): mvy = F yr + F yf + F xf δ f mv x ω z} {{} 0 I z ω z = l 1 F yf l 2 F yr + l 1 F xf δ f} {{} 0 Обратите внимание, что хотя δ выпадает при приближении малых углов, оно снова входит в поперечные силы через определения угла скольжения, поскольку α f = δ f tan 1 ((vy + l 1 ωz) / vx) δf ((vy + l 1 ωz) / vx) и αr = tan 1 ((l 2 ωz vy) / vx) ((l2 ωz vy) / vx).

26 Траектория транспортного средства в глобальной системе отсчета Только что представленные модели велосипедов решают для прямой и поперечной скорости и скорости рыскания, полученные из входных углов поворота, δ, относительно осей, закрепленных на корпусе. Чтобы найти траекторию и ориентацию (X, Y, ψ) транспортного средства в наземных координатах, мы используем уравнения преобразования для двумерного моделирования траектории, как и раньше, Ẋ = vx cos (ψ) vy sin (ψ) Ẏ = vx sin (ψ) + vy cos (ψ) ψ = ω z

27 Примеры моделирования модели велосипеда Следующие примеры проиллюстрированы с помощью моделирования: 1 Уменьшенная модель велосипеда моделируется на постоянной скорости с нулевым углом поворота и между моментами времени t don и t doff на переднюю ось в поперечном направлении действует возмущающая сила.Сравнивается отклик стабильного автомобиля и нестабильного, поскольку жесткость заднего поворота снижается вдвое. 2 Устойчивая модель транспортного средства управляется с помощью команд рулевого управления с разомкнутым контуром для смены полосы движения на две полосы.

28 Простая модель велосипеда Код простой модели велосипеда относится к уменьшенной модели велосипеда, в которой скорость движения постоянна, поэтому состояниями являются только поперечная скорость и скорость рыскания, а также глобальное положение и ориентация.2 Wf = L2 * Вт / л; % статической нагрузки на переднюю ось Wr = L1 * W / L; % статической нагрузки на заднюю ось% Обратитесь к Wong, раздел 1.4, чтобы узнать о следующих параметрах CCf = 0,171 * 180 / pi; % коэффициент жесткости лобовой части, / рад CCr = 1 * 0,181 * 180 / пи; % коэффициент жесткости заднего каркаса, / рад Cf = CCf * Wf / 2; % жесткости Corning на шину, Н / рад (перед) Cr = CCr * Wr / 2; % жесткости заднего поворота на шину, Н / рад (задняя)

29 Возмущающая сила в простой модели велосипеда Этот первый пример показывает, как автомобиль реагирует на возмущающую силу, приложенную к передней оси, для двух разных случаев.Обратите внимание на возмущающую силу, Fd vy_dot = (-m * vx * omegaz + Fyr + Fyf * cos (deltaf) + Fxf * sin (deltaf) + Fd) / m; omegaz_dot = (L1 * Fyf * cos (deltaf) — L2 * Fyr + L1 * Fxf * sin (deltaf) + Fd * L1) / Iz;

30 Стабильный и нестабильный отклик Базовый стабильный случай Жесткость задней части на поворотах уменьшена вдвое

31 Смена полосы движения с разомкнутым контуром Фиксированные углы поворота сохраняются в течение заранее определенных периодов времени для изменения полосы движения с двумя полосами движения.Входы смены полосы движения% двойной смены полосы движения, если (t <1) deltaf = 0; конец; если (t> = 1 & t <2) deltaf = steer_angle; конец; если (t> = 2 & t <3) deltaf = -steer_angle; конец; если (t> = 3 & t <4) deltaf = 0; конец; если (t> = 4 & t <5) deltaf = -steer_angle; конец; если (t> = 5 & t <6) deltaf = steer_angle; конец; если (t> = 6) deltaf = 0; конец;

32 Контроль, устойчивость и управляемость Термины «контроль», «устойчивость» и «управляемость» четко определены в динамике транспортного средства.Диксон [2] определяет эти термины следующим образом: Управление — это действие водителя, направленное на то, чтобы повлиять на движение автомобиля. Стабильность относится к нежеланию автомобиля отклоняться от существующего пути, что обычно является желательной чертой в умеренных количествах. Управляемость — это способность автомобиля успешно проходить повороты, изучение того, как это происходит, и изучение восприятия водителями поведения автомобиля на поворотах. Использование определенных терминов для описания динамики транспортного средства должно учитывать контекст, в котором они используются.Рассмотрим термины недостаточная и избыточная поворачиваемость, которые определены ниже.

33 Недостаточная и избыточная поворачиваемость С точки зрения управляемости, недостаточная и избыточная поворачиваемость относятся к восприятию водителем того, насколько автомобиль чувствителен к командам рулевого управления. Для транспортного средства с недостаточной поворачиваемостью водитель будет ощущать, что для прохождения данного поворота требуется больше рулевого управления, чем ожидалось, в то время как для транспортного средства с избыточной поворачиваемостью будет верно обратное. С этой точки зрения автомобиль с недостаточной поворачиваемостью будет иметь тенденцию ощущаться вялым, в то время как автомобиль с избыточной поворачиваемостью будет чувствовать себя чрезмерно чувствительным к командам рулевого управления.Это имеет смысл, если определить с точки зрения устойчивости системы, что автомобиль с недостаточной поворачиваемостью является устойчивым, а автомобиль с избыточной поворачиваемостью может быть нестабильным. Коэффициент недостаточной поворачиваемости, или градиент, K us, используется для количественной оценки этих характеристик: K us> 0 недостаточная поворачиваемость, всегда стабильная по направлению K us <0 избыточная поворачиваемость, стабильная только ниже критической скорости

34 Коэффициент недостаточной поворачиваемости или градиент Коэффициент недостаточной поворачиваемости или Градиент, K us, определяется как (Wf K us = W) r C αf C αr. Это выражение можно использовать двумя разными способами.1 K us можно определить из анализа устойчивости модели велосипеда. Это не должно вызывать удивления, поскольку Рокар вывел критерий устойчивости из аналогичной модели. Фактически, можно показать, что результаты эквивалентны. 2 K us может быть получено путем объединения уравнения боковой динамики в установившемся режиме с кинематикой поворачивающегося транспортного средства. Эти результаты дают представление о концепции нейтрального рулевого управления, поскольку K us возникает как член в уравнении рулевого управления, δ = L / R + K us ay / g, где δ — угол поворота, необходимый для достижения поворота с радиусом R для автомобиль с колесной базой L и ay — поперечное ускорение в повороте.Обратите внимание, что автомобиль с нейтральным рулевым управлением имеет идеальное рулевое управление, δ = L / R.

35 Уравнение рулевого управления и K us Градиент недостаточной поворачиваемости помогает определить величину и направление усилий рулевого управления, необходимых для достижения нейтрального поворота. Это мера направленного отклика разомкнутого контура.

36 Пример: влияние шин на управляемость и устойчивость Этот плакат из сервисного центра розничной продажи шин пытается показать, как значительная разница в степени износа ваших шин может привести к нестабильности, особенно когда дорожные условия ухудшают адгезионные свойства.1 Как правило, новые шины обеспечивают повышенное сопротивление аквапланированию за счет полной глубины протектора. При установке новых шин на заднюю часть легче избежать заноса из-за чрезмерной поворачиваемости. 2 Независимо от того, является ли ваш автомобиль передним, задним или полноприводным, если ваши задние колеса теряют сцепление с дорогой из-за аквапланирования на мокрой дороге, это может привести к избыточной поворачиваемости и потере управления, особенно в повороте. 3 Вождение автомобиля с неподходящим комплектом шин опасно. Это может серьезно повлиять на управляемость вашего автомобиля.Не могли бы вы оспорить достоинства утверждений, изложенных в этом плакате?

37 Нестабильность рыскания вокруг передней оси Изношенные шины уменьшили поперечную или поворачивающую силу, что напрямую влияет на поперечную динамику и динамику рыскания автомобиля. Это дополнительно усугубляется тем фактом, что более низкие продольные или тяговые силы шины могут облегчить блокировку колеса во время торможения. Нестабильность по рысканью может возникнуть, когда передние и задние колеса не блокируются одновременно.Возмущение относительно центра рыскания передней оси вызовет рыскание, которое прогрессирует с повышенным ускорением с уменьшением, когда он завершает поворот на 180 градусов.

38 Последствия потери поперечной силы при блокировке колеса Прекрасную иллюстрацию того, что происходит с усилием на повороте, когда колесо / шина приближается к 100% скольжению или заносу, как при блокировке, можно увидеть на Рисунке 3.54 от Вонга [10], воспроизведенном ниже. Очевидно, почему алгоритмы контроля тяги борются за то, чтобы поддерживать пробуксовку / занос на уровне 20% или ниже, чтобы поддерживать курсовую устойчивость автомобиля.

39 Пример: ранние испытания Брэдли и Вуд (1931) Эти ранние эксперименты иллюстрируют влияние на курсовую устойчивость при блокировке одного или нескольких колес

40 Эти результаты предсказуемы. может быть достигнуто прогнозирование курсовой устойчивости транспортного средства. На приведенном ниже графике показаны результаты двух различных исследований экспериментов Брэдли и Вуда.

41 Сила тяги / торможения вызывает снижение силы поворота на повороте. Типичные тенденции того, как сила тяги влияет на силу поворота, показаны ниже.

42 Моделирование комбинированных продольных и поперечных сил Предположим, что тренды соответствуют идеальному эллипсу. Как ты этим пользуешься? 1 Учитывая состояние привода колеса / шины, вы знаете скольжение, s. 2 Вы найдете F x в s 3 Для данной кривой скольжения µ вы знаете, что F x max Эллипс трения следующий: (Fy F yα) 2 () 2 Fx + = 1 F x max 4 Значение F y α является максимальным поворачивающая сила для данного значения угла скольжения α.5 Затем, чтобы найти фактическую (приведенную) поворачивающую силу F y при текущих условиях скольжения и угла скольжения, вы оцените, используя уравнение модели эллипса.

43 Резюме Устойчивость транспортного средства зависит не только от сил, возникающих на стыке шины / колеса с землей, и от того, как они уравновешиваются с динамикой транспортного средства, но и от других приложенных сил и моментов, приложенных преднамеренно или нет. Можно изучить ряд различных транспортных платформ, от одноосных транспортных средств, которые обычно используются в небольших наземных роботах, до многоосных транспортных средств, более распространенных для транспортных средств, используемых для пассажирских, промышленных и т. Д., Приложения. Это понимание может быть полезно при рассмотрении того, как следует строить и развертывать автомобильные системы. Картина стабильности не является полной, поскольку нам необходимо изучить, как ведут себя управляемые системы транспортного средства, и применить методы обеспечения устойчивости для управления настройкой и реализацией и т. Д.

44 Ссылки [1] J.P. Den Hartog, Mechanics, Dover edition. [2] Дж. К. Диксон, Шины, подвеска и управление (2-е изд.), SAE, Уоррендейл, Пенсильвания, [3] Д. Т. Гринвуд, Принципы динамики, Прентис-Холл (или любое более позднее издание).[4] Т.Д. Гиллеспи, Основы динамики транспортного средства, SAE, Warrendale, PA, [5] Д.К. Карнопп, Д.Л. Марголис, Технические приложения динамики, John Wiley & Sons, New York, [6] JB Liljedahl, P.K. Тернквист, Д. Смит и М. Хоки, Тракторы и их силовые агрегаты, ASAE, Сент-Джозеф, Мичиган, [7] Y. Rocard, L instabilite en Mecanique, Masson et Cie, Paris, [8] Л. Сегель, Теоретическое прогнозирование и экспериментальные исследования. Обоснование реакции автомобиля на рулевое управление, Институт инженеров-механиков, Труды автомобильного отдела, No.7, pp, [9] W. Steeds, Mechanics of Road Vehicles, Iliffe and Sons, Ltd., Лондон, [10] J.Y. Вонг Дж. Ю. Теория наземных транспортных средств, John Wiley and Sons, Inc., Нью-Йорк, 2001 г. (3-е изд.).

45 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Рауса Примеры критериев устойчивости Рауса Определения устойчивости Мы должны быть точными в том, что мы понимаем под устойчивостью транспортного средства. Статическая устойчивость системы относится к ее способности или тенденции искать состояние статического равновесия после того, как оно было нарушено.Статическая устойчивость иногда измеряется, например, величиной силы (или крутящего момента), необходимой для перемещения тела на определенное расстояние (или угол). При небольшом отклонении от состояния равновесия оно устойчиво, если возвращается в состояние равновесия. Справа показан классический способ иллюстрации этих концепций.

46 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Рауса Примеры критериев устойчивости Рауса Статическая и динамическая устойчивость транспортных средств При исследовании наземных транспортных средств необходимо учитывать как статическую, так и динамическую устойчивость движения в одной или нескольких основных степенях свободы: продольной, поперечной, рысканья , рулон и т. д.Транспортное средство, которое статически нестабильно, обычно нестабильно динамически. Однако нелегко оценить, будет ли статически устойчивая система также динамически устойчивой. Анализ с помощью линеаризованных моделей обращается к динамической устойчивости, но может быть неточным для больших движений от равновесия, когда нелинейный анализ или моделирование более точны. В любом случае полученное понимание ровно настолько хорошо, насколько хороша модель.

47 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Рауса Примеры критериев устойчивости Рауса Устойчивость линейных систем Мы используем модели для понимания устойчивости, признавая, что они несовершенны и не предназначены для включения всех эффектов, которые могут влиять на стабильность, как известных, так и неизвестных.Например, силы, вызванные взаимодействием с землей и имеющие значительную изменчивость, играют ключевую роль и могут возникать как в результате пассивных, так и активных действий. Мы все еще можем многому научиться, используя линейные модели таких сил. Методы анализа устойчивости с использованием линейных систем дают представление, даже если они применимы только для небольшого движения относительно состояния равновесия. На следующих слайдах представлены некоторые из этих методов.

48 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Рауса Примеры критериев устойчивости Рауса От BIBO до оценки устойчивости с использованием функций s-области, графиков полюс-ноль 1 Рассмотрим постоянную силу, приложенную к массе, скажем, ṗ x = mvx = F x = F .В то время как входная сила ограничена, выходная скорость v x не ограничена. Эта система не является стабильной с ограниченным входом-ограниченным выходом (BIBO). 2 Система с импульсной характеристикой h (t) называется BIBO тогда и только тогда, когда h (t) dt <. 3 Например, массовая система имеет функцию импульсного отклика h (t) = F dt = 1 (t), функцию единичного шага. Итак, h (τ) dτ = 0 1 dτ = (не ограничено). 4 Передаточная функция системы G (s) может быть найдена путем преобразования Лапласа функции импульсного отклика. 5 Преобразование Лапласа единичного шага 1 (t) равно 1 / с.6 Передаточная функция системы с одной массой, на которую действует сила, выражается G (s) = V / F = 1 / s. 7 Передаточная функция 1 / с имеет единственный полюс (корень) в начале координат при нанесении на график полюс-ноль. 8 Любая система с одним полюсом в начале координат не является стабильной BIBO. 9 Системы, у которых есть полюса с положительными действительными частями, нестабильны. 10 Системы, у которых есть полюса с отрицательными действительными частями, стабильны. 11 Системы, у которых есть полюса на воображаемой оси, называются предельно устойчивыми (они колеблются).

49 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Рауса Примеры критериев устойчивости Рауса Устойчивость системы низкого порядка Для одной степени свободы вопросы устойчивости могут быть легче изучены и поняты с помощью физической интерпретации или анализа.Динамические системы второго порядка позволяют нам построить фундаментальное понимание определений устойчивости. В следующих примерах характеристическое уравнение из линейного дифференциального уравнения используется для понимания того, как собственные значения зависят от параметров системы.

50 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Рауса Примеры критериев устойчивости Рауса Пример линейной вращательной системы Для простой вращательной системы ниже характеристическое уравнение s 2 + (b / j) s + (k / j) = 0.Корни легко найти: s = b [] 2 2J ± j k b J 2J Пока b и J положительны, эта модель говорит нам, что эта система всегда устойчива. Полюса всегда находятся справа от мнимой оси (отрицательные действительные части).

51 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Рауса Примеры критериев устойчивости Рауса Устойчивость с различными уровнями демпфирования График комплексных корней для вращательной системы, показанный ниже, показывает, как корни меняются в зависимости от демпфирования, b.Случаи, когда корни находятся на мнимой оси, соответствуют чистому гармоническому колебанию. Иногда мы говорим, что это незначительно или нейтрально. Когда b дает корни в (f), система нестабильна. Ситуации, когда затухание отрицательное, могут возникать в некоторых физических системах, хотя этот эффект может быть только временным. Тем не менее, этого может быть достаточно, чтобы вызвать автоколебания, как показано на следующем слайде.

52 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Рауса Примеры критериев устойчивости Рауса Неустойчивость, вызванная отрицательным демпфированием Отрицательное демпфирование из-за аэродинамических подъемных сил Отрицательное демпфирование из-за сухого трения о ленту (вибрация) Обратите внимание на эффективное демпфирование, обозначенное НАКЛОНОМ кривой , отрицательна в обоих случаях.Это один из способов определить вероятность нестабильности в системе.

53 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Рауса Примеры критериев устойчивости Рауса Неустойчивость, вызванная отрицательной жесткостью Отрицательная жесткость также может привести к нестабильному поведению. Работа клапана впрыска топлива, показанная ниже, специально имеет отрицательные характеристики пружины, как показано на характеристиках справа. Кривая «сила-смещение» Возвратная сила, действующая на массу, представляет собой суммарный эффект силы механической пружины и силы Бернулли из-за изменения давления на седле клапана.Клавиши на клавиатуре также имеют такую ​​же преднамеренно нестабильную конструкцию, которая может деформироваться.

54 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Рауса Примеры критериев устойчивости Рауса Критерий устойчивости Рауса — 1 Для более сложных систем может быть непросто интуитивно оценить стабильность или легко найти корни для систем низкого порядка. Оценить абсолютную устойчивость можно с помощью критерия устойчивости Рауса. Этот метод сообщит нам, стабильна ли система, но ничего не скажет о том, насколько стабильна или относительная стабильность.Мы получаем представление об относительной стабильности, изучая конкретные положения полюсов системы на реально-воображаемой плоскости. Например, метод корневого локуса дает представление об относительной стабильности.

55 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Рауса Примеры критериев устойчивости Рауса Критерий устойчивости Рауса — 2 Критерий устойчивости Рауса позволяет нам определить количество полюсов передаточной функции, которые лежат в правой половине s-плоскости, без необходимости факторизации полином.Это относится к передаточным функциям с конечными полиномами вида G (s) = b ms m + bm 1 smb 1 s + b 0 ansn + an 1 sna 1 s + a 0 = B (s) A (s) Это полезно, например, для определения диапазона, в котором могут действовать определенные параметры, при этом система не станет нестабильной.

56 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Рауса Примеры критериев устойчивости Рауса Таблица Рауса: ansn + an 1 sn 1 + + a 1 s + a 0 = 0 b 1 = an 1a n 2 anan 3 an 1 b 2 = an 1a n 4 anan 5 an 1 c 1 = b 1a n 3 an 1 b 2 b 1 c 2 = b 1a n 5 an 1 b 3 b 1 snanan 2 an 4… s n 1 a n 1 a n 3 a n b 1 b 2 b c 1 c 2 c 3 … Критерий: Корни имеют отрицательные действительные части тогда и только тогда, когда элементы первого столбца таблицы Рауса имеют одинаковый знак. Количество смен знака равно количеству корней с положительными действительными частями.

57 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Рауса Примеры критериев устойчивости Рауса 1 Описание критерия устойчивости Рауса 2 Пример 1 — числовое характеристическое уравнение 3 Пример 2 — определение диапазона K для устойчивости 4 Пример 3 — нахождение диапазона K для устойчивость 5 Пример 4 — Анализ устойчивости по Раусу для шимми колеса

58 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Рауса Примеры критериев устойчивости Рауса Пример Рауса -1

59 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Критерия Рауса Примеры критерия устойчивости Рауса -2

60 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Рауса Примеры критерия устойчивости Рауса Пример Рауса — 3 Для характеристического уравнения определите K для sta способность.s 3 + 3s 2 + 3s K = 0 Мы требуем, чтобы для устойчивости выполнялись оба этих условия, 8 K> 0 Таблица Рауса: ss K 0 … s 1 (8 K) / s KK> 0, следовательно, 1

61 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Рауса Примеры критериев устойчивости Рауса Анализ устойчивости шайбы Рауса для колесных шайб — 1 На рисунке ниже показана колесная шайба, распространенная в конструкциях осей транспортных средств 1930-х годов [1]. Для объяснения требуется описание 3 степеней свободы.Это самовозбуждающаяся вибрация, но она также может быть вызвана дисбалансом шин. Подвижная шайба колесного типа более четко проиллюстрирована ниже. Анализ устойчивости Рауса (следующий слайд) показывает, что система стабильна, если mal> I G + ma 2. Проблема в конечном итоге устраняется независимой подвеской передних колес.

62 Концепции устойчивости Анализ устойчивости Критерий устойчивости Рауса Примеры критериев устойчивости Рауса Анализ устойчивости Шимми колеса — 2 Характеристическое уравнение для шимми колеса: s 3 + amv IG + ma 2 s2 + kl 2 IG + ma 2 s + V kl IG + ma 2 = 0 Из таблицы Рауса требуется стабильность, таблица Рауса: и, aml> IG + ma 2 V kl> 0 s 3 1 kl 2 / I e 0… s 2 amv / I e V kl / ie 0 … s 1 (kl 2 / I e V kl / amv) 0 … s 0 V kl / (i G + ma 2) 0 … где I e = IG + ma 2

ДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ И ПЕРЕВОЗКА АВТОМОБИЛЯ. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ ОТЧЕТ

В этом отчете рассматривается поперечная / курсовая устойчивость наземного транспортного средства, которая имеет первостепенное значение для безопасности движения. Поперечная / направленная динамика включает в себя рыскание, крен и поперечное ускорение, а проблемы устойчивости включают раскручивание и опрокидывание.Поперечная / направленная динамика определяется силовой реакцией шины, которая зависит от горизонтального скольжения, угла развала и нормальной нагрузки. Условия ограниченного маневрирования транспортного средства могут привести к силовой реакции шин, которая приведет к раскрутке и опрокидыванию транспортного средства. В этом отчете описывается анализ аварий, испытания транспортных средств и анализ компьютерного моделирования, призванный дать представление об основных переменных конструкции транспортного средства, которые способствуют возникновению проблем со стабильностью. Описываются процедуры и результаты полевых испытаний для двенадцати испытательных автомобилей.Результаты полевых испытаний были использованы для проверки имитационной модели, которая затем была проанализирована в условиях жесткого маневрирования, чтобы пролить свет на проблемы динамической устойчивости, связанные с раскруткой и / или опрокидыванием. Также включены измерения параметров транспортных средств для дополнительных 29 транспортных средств, которые в сочетании с двенадцатью транспортными средствами для полевых испытаний иллюстрируют распределение характеристик устойчивости для широкого диапазона легковых автомобилей, легких грузовиков и грузовых автомобилей. Анализ моделирования для выбранных транспортных средств используется, чтобы показать взаимосвязь между характеристиками транспортного средства и проблемами поперечной / путевой устойчивости.Результаты испытаний транспортного средства и анализа моделирования показывают, что транспортное средство, которое имеет как относительно низкое отношение ширины колеи к высоте центра тяжести, так и оснащено шинами с относительно высоким пиковым коэффициентом трения, будет иметь склонность к опрокидыванию во время маневров рулевого управления. на ровной поверхности. Тестирование транспортного средства и анализ компьютерного моделирования также показывают, что на курсовую устойчивость значительно влияет соотношение между распределением веса транспортного средства и распределением поперечной передачи нагрузки, которое больше или равно проценту веса на передней оси.Было обнаружено, что два тестовых автомобиля с относительно низким распределением поперечной нагрузки на переднюю ось имеют тенденцию к раскрутке, а анализ моделирования показал, что на курсовую устойчивость можно напрямую влиять за счет смещения распределения поперечной передачи нагрузки между передней и задней осями.

Язык

Информация для СМИ

Предмет / указатель

Информация для подачи

• Регистрационный номер: 00719464
• Тип записи: Публикация
• Агентство-источник: Национальная администрация безопасности дорожного движения
• Номера отчетов / статей: STI-TR-1268-1, HS-807 956
• Номера договоров: DTNh32-88-C-07384
• Файлы: HSL, TRIS, USDOT
• Дата создания: 22 марта 1996 г.