汽車理論操縱穩(wěn)定性

汽車理論操縱穩(wěn)定性第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-1汽車操縱穩(wěn)定性的評價汽車的操縱穩(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。操縱性是指汽車能夠確切地相應駕駛員轉向指令的能力。穩(wěn)定性是汽車在行駛過程中，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。汽車的操縱穩(wěn)定性不僅影響到汽車駕駛的操縱方便程度，而且也是決定高速汽車安全行駛的一個主要性能。汽車的操縱穩(wěn)定性涉及到的問題較為廣泛，與前面討論的幾個性能有所不同，它需要采用較多的物理參量從幾個方面來進行評價。第二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-1汽車操縱穩(wěn)定性的評價一、評價方法1.開路系統(tǒng)把汽車作為一個多自由度的動力學系統(tǒng)，不考慮駕駛員的反饋，建立汽車的輸入與輸出關系，以確定其轉向特性。汽車XYX—駕駛員給汽車的轉向指令（方向盤轉角或力）Y—汽車轉向運動參量（橫擺角速度、轉彎半徑）第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-1汽車操縱穩(wěn)定性的評價一、評價方法2.閉路系統(tǒng)閉路評價把環(huán)境—汽車—駕駛員看成一個閉路系統(tǒng)，根據自動調節(jié)原理，全面地研究它們之間的聯(lián)系、響應和反饋。因為對人體特性研究尚不成熟，閉路系統(tǒng)的操縱穩(wěn)定性只能在具有實際車輛的條件下通過試驗求得，目前還不能做到通過理論分析與計算來進行準確的預測。汽車操縱動作駕駛員外界干擾環(huán)境因素汽車運動（橫擺、側傾、轉向）第四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-1汽車操縱穩(wěn)定性的評價二、評價指標1.汽車的穩(wěn)態(tài)轉向特性2.轉向回正性能3.瞬態(tài)橫擺響應特性4.蛇形性能5.低速行駛轉向輕便性6.轉向半徑（機動性、通過性）三、操縱穩(wěn)定性不好的汽車的具體表現（感性認識）1.發(fā)飄：駕駛員未發(fā)出轉向指令，汽車不斷改變行駛方向2.反應遲鈍：轉向過程完成過慢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)定性不好的汽車都同時具有以上的表現。第五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-2輪胎的側偏特性輪胎的側偏特性主要是指側偏力、回正力矩與側偏角之間的關系，它是研究汽車操縱穩(wěn)定性的基礎。一、輪胎坐標系輪胎平面：垂直于車輪旋轉軸線的輪胎中分平面。第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-2輪胎的側偏特性二、輪胎的側偏現象和側偏力—側偏角曲線汽車在行駛過程中，由于路面的側向傾斜、側向風或曲線行駛的離心力等的作用，車輪中心沿Y軸方向將作用有側向力Fy，相應地在地面上產生地面?zhèn)认蚍醋饔昧Y—側偏力。如果是剛性車輪第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-2輪胎的側偏特性二、輪胎的側偏現象和側偏力—側偏角曲線當車輪有側向彈性時，車輪行駛方向將偏離輪胎平面方向（受到側偏力作用），這就是輪胎的側偏現象。由于輪胎的側偏現象，產生側偏角。輪胎的旋轉平面與前進方向的夾角稱為側偏角α。當α不超過4～5°時，可以認為α與FY成線性關系。第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-2輪胎的側偏特性二、輪胎的側偏現象和側偏力—側偏角曲線k—側偏剛度，單位為：N/rad，N/(°)側偏角與側偏力方向永遠相反，負的側偏力產生正的側偏角，因此，k為負值。側偏剛度是決定操縱穩(wěn)定性的重要輪胎參數。輪胎應有高的側偏剛度，以保證汽車良好的操縱穩(wěn)定性。小型轎車：k=-28000～-80000N/rad。在FY較大時，隨著k的增加，α增長很快，這是因為FY接近Fφ時，輪胎在接地處已發(fā)生部分側滑。第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-2輪胎的側偏特性三、影響輪胎側偏特性的因素輪胎的尺寸、型式和結構參數對側偏剛度有顯著的影響。尺寸較大的輪胎有較高的側偏剛度。1.扁平率（H／B×100%）H／B越小，側偏剛度越大。2.垂直載荷K隨著垂直載荷的增加而增大，但W過大時，輪胎產生很大的徑向變形，K反而有所減小。3.輪胎氣壓隨著氣壓的增加，側偏剛度增大，但氣壓過高后剛度不再發(fā)生變化。4.行駛車速對K影響很小第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-2輪胎的側偏特性四、回正力矩TZ汽車的四個定位參數：α—車輪外傾角（使車輪回正、轉向輕便）β—主銷內傾角γ—主銷后傾角前束—克服車輪外傾造成的不利影響1.側偏角αα增大，TZ增大；α＝4～6°時，TZ最大；隨后，隨著α的增加，TZ減小，α＝10～16°時，TZ＝0。2.垂直載荷垂直載荷增加，回正力矩增加3.α一定時，尺寸大的輪胎，TZ也大4.子午線輪胎回正力矩大第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-3汽車的轉向特性一、線性二自由度汽車模型的運動微分方程式1.車輛坐標系第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-3汽車的轉向特性2.線性二自由度汽車模型①忽略轉向系統(tǒng)的影響，直接以前輪轉角作為輸入。②忽略懸架的作用，認為汽車只作平行于地面的平面運動。（垂直速度w、側傾角速度ωp

、俯仰角速度ωq均為0）③汽車沿X軸的前進車速u視為不變。④ay<0.4g，輪胎側偏特性處于線性范圍。⑤驅動力不大，不考慮地面切向力對輪胎側偏特性的影響第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-3汽車的轉向特性2.汽車模型的運動微分方程k1、k2—前后軸側偏剛度β—質心的側偏角u—前進速度ωr—橫擺角速度δ—前輪轉角IZ—汽車繞Z軸的轉動慣量—側向加速度—橫擺角加速度第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-3汽車的轉向特性二、汽車的穩(wěn)態(tài)響應特性1.穩(wěn)態(tài)響應（SteadyState）汽車等速行駛時，在前輪角階躍輸入下，進入的穩(wěn)態(tài)響應就是等速圓周行駛。—穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益（轉向靈敏度）穩(wěn)態(tài)時：代入運動微分方程式K—穩(wěn)定性因數第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-3汽車的轉向特性二、汽車的穩(wěn)態(tài)響應特性2.穩(wěn)態(tài)響應的三種類型根據K的數值，汽車的穩(wěn)態(tài)響應可分為三類①中性轉向K=0橫擺角速度增益與車速成線性關系②不足轉向K>0K值越大，不足轉向量越大③過多轉向K<0K值越小，過多轉向量越大。過多轉向汽車達到臨界車速時，將失去穩(wěn)定性。第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-3汽車的轉向特性二、汽車的穩(wěn)態(tài)響應特性3.表示穩(wěn)態(tài)響應的幾個特征參數①前后車輪側偏角之差（α1-α2）A.α1＝α2時K=0中性轉向B.α1>α2時K>0不足轉向C.α1<α2時K<0過多轉向②轉向半徑的比值R／R0A.R／R0＝1K=0中性轉向R／R0<1K<0過多轉向C.R／R0>1K>0不足轉向第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-3汽車的轉向特性三、汽車的瞬態(tài)響應特性1.反應時間τ應小些，比較好2.峰值反應時間ε越小越好3.超調量越小越好4.橫擺角速度ωr波動時的固有圓頻率ω0應高些較好5.穩(wěn)定時間σ越短越好第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-4汽車操縱穩(wěn)定性與轉向系的關系一、轉向系的功能與轉向盤力特性功能：1.駕駛者通過轉向盤控制前輪繞主銷的轉角來操縱汽車運動的方向。（角輸入和力輸入）2.憑借轉向盤（反作用）力，將整車及輪胎的運動、受力狀況反饋給駕駛者。反饋—路感（RoadFeeling）轉向盤力隨汽車運動狀況而變化的規(guī)律稱為轉向盤力特性。轉向盤力特性決定于下列因素：轉向器傳動比及其變化規(guī)律、轉向器效率、動力轉向器的轉向盤操作力特性、轉向桿系傳動比、轉向桿系效率、由懸架導向桿系決定的主銷位置、輪胎上的載荷、輪胎氣壓、輪胎力學特性、地面附著條件、轉向盤轉動慣量、轉向柱摩擦阻力以及汽車整體動力學特性。第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-4汽車操縱穩(wěn)定性與轉向系的關系二、不同行駛工況下對操縱穩(wěn)定性的要求1.在低車速、低側向加速度行駛工況下，汽車應具有適度的轉向盤力與轉向盤總回轉角，也應具有良好的回正性能。2.在高車速、轉向盤小轉角、低側向加速度范圍內，汽車應具有良好的橫擺角速度頻率特性、直線行駛能力與回正性能。在以中、高側向加速度作曲線行駛時，汽車的側向加速度、輪胎地面?zhèn)认蚍醋饔昧σ约拜喬サ母街惹闆r，主要靠轉向盤（反作用）力傳遞的。所以有人認為轉向盤力最好與側向加速度有線性關系。第二十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-4汽車操縱穩(wěn)定性與轉向系的關系三、評價高速公路行駛操縱穩(wěn)定性試驗（一）試驗方法（二）轉向盤力輸入方面的評價指標四、轉向系與汽車橫擺角速度穩(wěn)態(tài)響應的關系（一）側傾時轉向系統(tǒng)與懸架的運動干涉（二）轉向系剛度與轉向車輪的變形轉向第二十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日§5-5汽車操縱穩(wěn)定性與傳動系