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第一章 车辆动力学与控制

第二节 四轮车辆简化模型

    为了研究车辆动力学及其控制,首先假设了一个典型车辆的数学模型,如图1.1所示。该模型由一个刚性的车身以及安装于其上的前后各两个可操纵的车轮组成。轿车、货车、公共汽车以及农用车辆均可抽象地简化成这样的模型。表面上看,这些不同车辆之间似乎不存在动力学上的共性,但当采用了这一简单的四轮车辆模型后,就能获取这些不同车辆在动力学方面的基本信息了。

    在图1.1所示的车辆数学模型中,假设车轮不具有质量,车辆的质量集中于刚性的车身。我们取车辆的质心为坐标原点,车辆的纵向为x轴,侧向为y轴,垂直方向为z轴,这样就建立了固定于车辆的坐标系。

车辆动力学模型

图1.1 车辆动力学模型

    以此坐标系为基准,车辆的运动具有如下六个独立的自由度:

    1)z方向上的垂向运动。

    2)y方向上的侧向运动。

    3)x方向上的纵向运动。

    4)绕x轴的侧倾运动。

    5)绕y轴的俯仰运动。

    6)绕z轴的横摆运动。

    上述运动可以分为两类:一类为与转向操纵无直接关系的1)、3)、5)的运动,其中1)是由路面不平引起的垂向运动,它关系到车辆的乘坐舒适性;3)为车辆的纵向直线运动,产生于驾驶人通过踩加速踏板或制动踏板所引起的驱动或制动;5)也是由路面不平、驱动或制动而引起的运动,同样关系到车辆的乘坐舒适性。

    而车辆在y方向上的侧向运动2)和绕z轴的横摆运动6)基本上是由对车辆所进行的转向操纵而产生的;而绕x轴的侧倾运动4)则是伴随着运动2)和6)而产生的,当然,路面不平也会导致这种运动。

    如前所述,本书所研究的道路车辆是可通过转向操纵而在地面上沿任意方向自由运动的车辆。因此,本书中我们将主要研究由转向操纵引起的y方向上的侧向运动2)、绕x轴的侧倾运动4)以及绕z轴的横摆运动6)。