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汽車(chē)?yán)碚摬倏v穩(wěn)定性第一頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-1汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性包括相互聯(lián)系的兩部分,一是操縱性,二是穩(wěn)定性。操縱性是指汽車(chē)能夠確切地相應(yīng)駕駛員轉(zhuǎn)向指令的能力。穩(wěn)定性是汽車(chē)在行駛過(guò)程中,具有抵抗改變其行駛方向的各種干擾,并保持穩(wěn)定行駛的能力。汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性不僅影響到汽車(chē)駕駛的操縱方便程度,而且也是決定高速汽車(chē)安全行駛的一個(gè)主要性能。汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性涉及到的問(wèn)題較為廣泛,與前面討論的幾個(gè)性能有所不同,它需要采用較多的物理參量從幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。第二頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-1汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)一、評(píng)價(jià)方法1.開(kāi)路系統(tǒng)把汽車(chē)作為一個(gè)多自由度的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),不考慮駕駛員的反饋,建立汽車(chē)的輸入與輸出關(guān)系,以確定其轉(zhuǎn)向特性。汽車(chē)XYX—駕駛員給汽車(chē)的轉(zhuǎn)向指令(方向盤(pán)轉(zhuǎn)角或力)Y—汽車(chē)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)參量(橫擺角速度、轉(zhuǎn)彎半徑)第三頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-1汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)一、評(píng)價(jià)方法2.閉路系統(tǒng)閉路評(píng)價(jià)把環(huán)境—汽車(chē)—駕駛員看成一個(gè)閉路系統(tǒng),根據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)原理,全面地研究它們之間的聯(lián)系、響應(yīng)和反饋。因?yàn)閷?duì)人體特性研究尚不成熟,閉路系統(tǒng)的操縱穩(wěn)定性只能在具有實(shí)際車(chē)輛的條件下通過(guò)試驗(yàn)求得,目前還不能做到通過(guò)理論分析與計(jì)算來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。汽車(chē)操縱動(dòng)作駕駛員外界干擾環(huán)境因素汽車(chē)運(yùn)動(dòng)(橫擺、側(cè)傾、轉(zhuǎn)向)第四頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-1汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)二、評(píng)價(jià)指標(biāo)1.汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性2.轉(zhuǎn)向回正性能3.瞬態(tài)橫擺響應(yīng)特性4.蛇形性能5.低速行駛轉(zhuǎn)向輕便性6.轉(zhuǎn)向半徑(機(jī)動(dòng)性、通過(guò)性)三、操縱穩(wěn)定性不好的汽車(chē)的具體表現(xiàn)(感性認(rèn)識(shí))1.發(fā)飄:駕駛員未發(fā)出轉(zhuǎn)向指令,汽車(chē)不斷改變行駛方向2.反應(yīng)遲鈍:轉(zhuǎn)向過(guò)程完成過(guò)慢3.喪失路感:路面的變化不能反饋給駕駛員4.失去控制:駕駛員不能控制方向并不是所有操縱穩(wěn)定性不好的汽車(chē)都同時(shí)具有以上的表現(xiàn)。第五頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-2輪胎的側(cè)偏特性輪胎的側(cè)偏特性主要是指?jìng)?cè)偏力、回正力矩與側(cè)偏角之間的關(guān)系,它是研究汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。一、輪胎坐標(biāo)系輪胎平面:垂直于車(chē)輪旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的輪胎中分平面。第六頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-2輪胎的側(cè)偏特性二、輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象和側(cè)偏力—側(cè)偏角曲線(xiàn)汽車(chē)在行駛過(guò)程中,由于路面的側(cè)向傾斜、側(cè)向風(fēng)或曲線(xiàn)行駛的離心力等的作用,車(chē)輪中心沿Y軸方向?qū)⒆饔糜袀?cè)向力Fy,相應(yīng)地在地面上產(chǎn)生地面?zhèn)认蚍醋饔昧Y—側(cè)偏力。如果是剛性車(chē)輪第七頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-2輪胎的側(cè)偏特性二、輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象和側(cè)偏力—側(cè)偏角曲線(xiàn)當(dāng)車(chē)輪有側(cè)向彈性時(shí),車(chē)輪行駛方向?qū)⑵x輪胎平面方向(受到側(cè)偏力作用),這就是輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象。由于輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象,產(chǎn)生側(cè)偏角。輪胎的旋轉(zhuǎn)平面與前進(jìn)方向的夾角稱(chēng)為側(cè)偏角α。當(dāng)α不超過(guò)4~5°時(shí),可以認(rèn)為α與FY成線(xiàn)性關(guān)系。第八頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-2輪胎的側(cè)偏特性二、輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象和側(cè)偏力—側(cè)偏角曲線(xiàn)k—側(cè)偏剛度,單位為:N/rad,N/(°)側(cè)偏角與側(cè)偏力方向永遠(yuǎn)相反,負(fù)的側(cè)偏力產(chǎn)生正的側(cè)偏角,因此,k為負(fù)值。側(cè)偏剛度是決定操縱穩(wěn)定性的重要輪胎參數(shù)。輪胎應(yīng)有高的側(cè)偏剛度,以保證汽車(chē)良好的操縱穩(wěn)定性。小型轎車(chē):k=-28000~-80000N/rad。在FY較大時(shí),隨著k的增加,α增長(zhǎng)很快,這是因?yàn)镕Y接近Fφ時(shí),輪胎在接地處已發(fā)生部分側(cè)滑。第九頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-2輪胎的側(cè)偏特性三、影響輪胎側(cè)偏特性的因素輪胎的尺寸、型式和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)側(cè)偏剛度有顯著的影響。尺寸較大的輪胎有較高的側(cè)偏剛度。1.扁平率(H/B×100%)H/B越小,側(cè)偏剛度越大。2.垂直載荷K隨著垂直載荷的增加而增大,但W過(guò)大時(shí),輪胎產(chǎn)生很大的徑向變形,K反而有所減小。3.輪胎氣壓隨著氣壓的增加,側(cè)偏剛度增大,但氣壓過(guò)高后剛度不再發(fā)生變化。4.行駛車(chē)速對(duì)K影響很小第十頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-2輪胎的側(cè)偏特性四、回正力矩TZ汽車(chē)的四個(gè)定位參數(shù):α—車(chē)輪外傾角(使車(chē)輪回正、轉(zhuǎn)向輕便)β—主銷(xiāo)內(nèi)傾角γ—主銷(xiāo)后傾角前束—克服車(chē)輪外傾造成的不利影響1.側(cè)偏角αα增大,TZ增大;α=4~6°時(shí),TZ最大;隨后,隨著α的增加,TZ減小,α=10~16°時(shí),TZ=0。2.垂直載荷垂直載荷增加,回正力矩增加3.α一定時(shí),尺寸大的輪胎,TZ也大4.子午線(xiàn)輪胎回正力矩大第十一頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-3汽車(chē)的轉(zhuǎn)向特性一、線(xiàn)性二自由度汽車(chē)模型的運(yùn)動(dòng)微分方程式1.車(chē)輛坐標(biāo)系第十二頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-3汽車(chē)的轉(zhuǎn)向特性2.線(xiàn)性二自由度汽車(chē)模型①忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響,直接以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入。②忽略懸架的作用,認(rèn)為汽車(chē)只作平行于地面的平面運(yùn)動(dòng)。(垂直速度w、側(cè)傾角速度ωp

、俯仰角速度ωq均為0)③汽車(chē)沿X軸的前進(jìn)車(chē)速u(mài)視為不變。④ay<0.4g,輪胎側(cè)偏特性處于線(xiàn)性范圍。⑤驅(qū)動(dòng)力不大,不考慮地面切向力對(duì)輪胎側(cè)偏特性的影響第十三頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-3汽車(chē)的轉(zhuǎn)向特性2.汽車(chē)模型的運(yùn)動(dòng)微分方程k1、k2—前后軸側(cè)偏剛度β—質(zhì)心的側(cè)偏角u—前進(jìn)速度ωr—橫擺角速度δ—前輪轉(zhuǎn)角IZ—汽車(chē)?yán)@Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量—側(cè)向加速度—橫擺角加速度第十四頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-3汽車(chē)的轉(zhuǎn)向特性二、汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性1.穩(wěn)態(tài)響應(yīng)(SteadyState)汽車(chē)等速行駛時(shí),在前輪角階躍輸入下,進(jìn)入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)就是等速圓周行駛?!€(wěn)態(tài)橫擺角速度增益(轉(zhuǎn)向靈敏度)穩(wěn)態(tài)時(shí):代入運(yùn)動(dòng)微分方程式K—穩(wěn)定性因數(shù)第十五頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-3汽車(chē)的轉(zhuǎn)向特性二、汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性2.穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的三種類(lèi)型根據(jù)K的數(shù)值,汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)可分為三類(lèi)①中性轉(zhuǎn)向K=0橫擺角速度增益與車(chē)速成線(xiàn)性關(guān)系②不足轉(zhuǎn)向K>0K值越大,不足轉(zhuǎn)向量越大③過(guò)多轉(zhuǎn)向K<0K值越小,過(guò)多轉(zhuǎn)向量越大。過(guò)多轉(zhuǎn)向汽車(chē)達(dá)到臨界車(chē)速時(shí),將失去穩(wěn)定性。第十六頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-3汽車(chē)的轉(zhuǎn)向特性二、汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性3.表示穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的幾個(gè)特征參數(shù)①前后車(chē)輪側(cè)偏角之差(α1-α2)A.α1=α2時(shí)K=0中性轉(zhuǎn)向B.α1>α2時(shí)K>0不足轉(zhuǎn)向C.α1<α2時(shí)K<0過(guò)多轉(zhuǎn)向②轉(zhuǎn)向半徑的比值R/R0A.R/R0=1K=0中性轉(zhuǎn)向R/R0<1K<0過(guò)多轉(zhuǎn)向C.R/R0>1K>0不足轉(zhuǎn)向第十七頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-3汽車(chē)的轉(zhuǎn)向特性三、汽車(chē)的瞬態(tài)響應(yīng)特性1.反應(yīng)時(shí)間τ應(yīng)小些,比較好2.峰值反應(yīng)時(shí)間ε越小越好3.超調(diào)量越小越好4.橫擺角速度ωr波動(dòng)時(shí)的固有圓頻率ω0應(yīng)高些較好5.穩(wěn)定時(shí)間σ越短越好第十八頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-4汽車(chē)操縱穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)向系的關(guān)系一、轉(zhuǎn)向系的功能與轉(zhuǎn)向盤(pán)力特性功能:1.駕駛者通過(guò)轉(zhuǎn)向盤(pán)控制前輪繞主銷(xiāo)的轉(zhuǎn)角來(lái)操縱汽車(chē)運(yùn)動(dòng)的方向。(角輸入和力輸入)2.憑借轉(zhuǎn)向盤(pán)(反作用)力,將整車(chē)及輪胎的運(yùn)動(dòng)、受力狀況反饋給駕駛者。反饋—路感(RoadFeeling)轉(zhuǎn)向盤(pán)力隨汽車(chē)運(yùn)動(dòng)狀況而變化的規(guī)律稱(chēng)為轉(zhuǎn)向盤(pán)力特性。轉(zhuǎn)向盤(pán)力特性決定于下列因素:轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比及其變化規(guī)律、轉(zhuǎn)向器效率、動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向盤(pán)操作力特性、轉(zhuǎn)向桿系傳動(dòng)比、轉(zhuǎn)向桿系效率、由懸架導(dǎo)向桿系決定的主銷(xiāo)位置、輪胎上的載荷、輪胎氣壓、輪胎力學(xué)特性、地面附著條件、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、轉(zhuǎn)向柱摩擦阻力以及汽車(chē)整體動(dòng)力學(xué)特性。第十九頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-4汽車(chē)操縱穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)向系的關(guān)系二、不同行駛工況下對(duì)操縱穩(wěn)定性的要求1.在低車(chē)速、低側(cè)向加速度行駛工況下,汽車(chē)應(yīng)具有適度的轉(zhuǎn)向盤(pán)力與轉(zhuǎn)向盤(pán)總回轉(zhuǎn)角,也應(yīng)具有良好的回正性能。2.在高車(chē)速、轉(zhuǎn)向盤(pán)小轉(zhuǎn)角、低側(cè)向加速度范圍內(nèi),汽車(chē)應(yīng)具有良好的橫擺角速度頻率特性、直線(xiàn)行駛能力與回正性能。在以中、高側(cè)向加速度作曲線(xiàn)行駛時(shí),汽車(chē)的側(cè)向加速度、輪胎地面?zhèn)认蚍醋饔昧σ约拜喬サ母街惹闆r,主要靠轉(zhuǎn)向盤(pán)(反作用)力傳遞的。所以有人認(rèn)為轉(zhuǎn)向盤(pán)力最好與側(cè)向加速度有線(xiàn)性關(guān)系。第二十頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-4汽車(chē)操縱穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)向系的關(guān)系三、評(píng)價(jià)高速公路行駛操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)(一)試驗(yàn)方法(二)轉(zhuǎn)向盤(pán)力輸入方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)四、轉(zhuǎn)向系與汽車(chē)橫擺角速度穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的關(guān)系(一)側(cè)傾時(shí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架的運(yùn)動(dòng)干涉(二)轉(zhuǎn)向系剛度與轉(zhuǎn)向車(chē)輪的變形轉(zhuǎn)向第二十一頁(yè),共二十三頁(yè),編輯于2023年,星期日§5-5汽車(chē)操縱穩(wěn)定性與傳動(dòng)系

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