汽车行驶安全性能.ppt

汽车行驶安全性能汽车行驶安全性能第一节概述第一节概述 一、汽车行驶安全性包含的内容一、汽车行驶安全性包含的内容 操纵稳定性：操纵稳定性：司机在不感到过分紧张、疲劳的司机在不感到过分紧张、疲劳的情况下，汽车按司机给定的方向稳定行情况下，汽车按司机给定的方向稳定行驶的能力，以及对企图改变行驶方向的驶的能力，以及对企图改变行驶方向的外界干扰的抵抗能力。（如：地面不平、外界干扰的抵抗能力。（如：地面不平、坡道、侧向风大等）坡道、侧向风大等）因为：因为：（1 1）操纵方便性和安全行驶性是高速车）操纵方便性和安全行驶性是高速车辆的生命线。辆的生命线。（2 2）现代车速的日益上升。）现代车速的日益上升。所以：汽车的操纵稳定性得到高度所以：汽车的操纵稳定性得到高度重视。重视。例：普通汽车的最高车速例：普通汽车的最高车速=100km/h=100km/h 轿车的车速轿车的车速200km/h200km/h 跑车的车速跑车的车速 300km/h 300km/h第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性一、轮胎的侧偏现象一、轮胎的侧偏现象 侧向力侧向力FyFy：1 1、路面横向倾斜、路面横向倾斜 2 2、横向风（侧向风）、横向风（侧向风）3 3、曲线行驶时的惯性力、曲线行驶时的惯性力 因为：弹性轮胎在侧向力因为：弹性轮胎在侧向力FyFy的作用下会产的作用下会产生侧向变形。生侧向变形。所以：车轮滚动时，轮心速度方向沿所以：车轮滚动时，轮心速度方向沿FyFy的的方向发生偏转，与车轮平面成一夹角方向发生偏转，与车轮平面成一夹角 =轮胎的侧偏角轮胎的侧偏角 侧向变形图侧向变形图Fy yA3 3A2 2A1 1A2 2A3 3道路附着极限道路附着极限道路附着极限道路附着极限A1 1侧偏特性图侧偏特性图 Fy y 侧向力侧向力子午线胎子午线胎普通斜交线胎普通斜交线胎z 4 8 12 侧偏特性：侧偏特性：1 1、随侧向力、随侧向力FyFy的加大，的加大，线性关线性关系上升（系上升（44以内）。以内）。2 2、FyFy增至一定程度时，轮胎印痕增至一定程度时，轮胎印痕后部滑移，后部滑移，剧烈上升。剧烈上升。当当Fy=zFy=z时（附着极限），时（附着极限），（1 1）=10=10时达到最大值。时达到最大值。（2 2）车轮处于侧滑状态。）车轮处于侧滑状态。k=k=轮胎的侧偏刚度轮胎的侧偏刚度(N/(0)(N/(0)或或(N/rad)(N/rad)当当在不超过在不超过4545时，时，Fy=kFy=k k k值上升，可以减少值上升，可以减少FyFy对轮心运动方对轮心运动方向的干扰。良好路面上，常见的侧向力向的干扰。良好路面上，常见的侧向力FyFy是转弯时的离心力是转弯时的离心力FjFj。1 1、一般情况：、一般情况：4 5 4 5时，时，（向心加速度（向心加速度 0.4 212，则：，则：RRRR。称汽车具。称汽车具有不足转向特性。有不足转向特性。如果：如果：12 12，则：，则：RRR2 2OVB2FYFjxFjFjY1VAVFY 因为在同样因为在同样FYFY作用下作用下1 12 2，所以，所以汽车绕汽车绕O O1 1转动，转向离心力转动，转向离心力F FJYJY与与F FY Y方向方向相反，起到阻止侧偏的作用。相反，起到阻止侧偏的作用。产生的产生的1 1、2 2较小，汽车偏离直较小，汽车偏离直行方向不严重，当行方向不严重，当F FY Y消失后，消失后，F FJYJY可使汽可使汽车自动回正。车自动回正。所以：具有不足转向特性的汽车在所以：具有不足转向特性的汽车在受到受到FyFy干扰时，具有良好的直行能力，干扰时，具有良好的直行能力，操纵稳定性好。操纵稳定性好。3 3、过多转向特性、过多转向特性1 12 2图图 21VAAFjyFjFjxFyVVBO 因为：在同样因为：在同样FYFY作用下，产生作用下，产生1211 1，1 1-2 2是负值。是负值。所以：所以：1-2 1-2 上升，则上升，则R R下降。下降。从上式得：从上式得：R=L/-(1-2)R=L/-(1-2)L=R-R(1-2)L=R-R(1-2)R=L+R(1-2)R=L+R(1-2)所以：所以：=L/R+1-2=L/R+1-2 1 1、对于中性转向性汽车、对于中性转向性汽车1 1=2 2 所以：所以：中中=L/R=L/R 2 2、对于不足转向性汽车、对于不足转向性汽车1 12 2 所以：所以：不不=中中+(+(1 1-2 2)显然：显然：不不中中 3 3、对于过多转向性汽车、对于过多转向性汽车1212 所以：所以：过过 2 12，1-201-20，RRRR。（不足转向）。（不足转向）12 12，1-201-20，RRR0K0，则，则R/RR/R。11，即：，即：R RR R。不足转向特征。不足转向特征。3 3、K0K0，则，则R/RR/R。11，即：，即：RRRR。过多转向特性。过多转向特性。由由 可做出下图：可做出下图：过多过多K0K0不足转向不足转向VVCrVchr/汽车以极低汽车以极低u u行驶，行驶，=0=0时的转向关时的转向关系，斜线为系，斜线为1/L1/L。K=0 K=0时，时，r r/随随u u线性增长。线性增长。K 0 K 0，不足转向在，不足转向在K=0K=0直线之下，直线之下，分母分母 1 1。K 0 K 0，过多转向在，过多转向在K=0K=0直线之上，直线之上，分母分母 10，所以，所以RR0且且 u R 汽车具有不足转向特性汽车具有不足转向特性 称为特征车速。当不足转向称为特征车速。当不足转向量增加时，量增加时，K 增大，特征车速降低。增大，特征车速降低。不足转向当当 K0 时，由时，由横摆角速度增益比中性转向时要小。横摆角速度增益比中性转向时要小。第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应 横摆角速度增益为与轴距横摆角速度增益为与轴距L相相等的中性转向汽车横摆角速度增等的中性转向汽车横摆角速度增益的一半。益的一半。说明：说明：（1 1）在）在UchUch下，绕下，绕R R的圆周行驶，横的圆周行驶，横摆角速度增益为与轴距摆角速度增益为与轴距L L相等的中性转相等的中性转向汽车横摆角速度增益的一半向汽车横摆角速度增益的一半,转向灵转向灵敏度差。敏度差。（2 2）对于不足转向性汽车存在）对于不足转向性汽车存在UchUch。（3 3）不足转向性越大，）不足转向性越大，K K大于大于0 0越多，越多，则则UchUch越低。越低。当车速为当车速为这意味着这意味着很小的前轮转角将产生极大的横摆角速度，很小的前轮转角将产生极大的横摆角速度，汽车将发生激转而侧滑或侧翻。由于过多转向汽车有失汽车将发生激转而侧滑或侧翻。由于过多转向汽车有失去稳定性的危险，汽车应具有适度的不足转向特性。去稳定性的危险，汽车应具有适度的不足转向特性。称为称为临界车速临界车速。临界车速越低，过多转向量越大。临界车速越低，过多转向量越大。第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应 表示当车速达到表示当车速达到 时，很微小的时，很微小的会产生很大的会产生很大的r r。汽车失控汽车失控激转激转侧滑侧滑翻翻车。车。进一步说明了汽车应具有不足转向进一步说明了汽车应具有不足转向性的重要性！性的重要性！说明：仅前轮换用侧偏刚度大的子说明：仅前轮换用侧偏刚度大的子午线轮胎，会使本来具有不足转向性的午线轮胎，会使本来具有不足转向性的汽车转变为过多转向性汽车。汽车转变为过多转向性汽车。三、静态储备系数三、静态储备系数S.MS.M 1 1、中性转向点、中性转向点CnCn：使汽车前后轴产生相同侧偏角使汽车前后轴产生相同侧偏角的侧向力作用点的侧向力作用点中性转向点。中性转向点。图：图：Fy2Fy1Cn CFy1+Fy2Fy1+Fy2a-ab ab aL当侧向力作用于当侧向力作用于CnCn时，时，2 2、静态储备系数、静态储备系数S.MS.M（static static MarginMargin）是中性转向点）是中性转向点CnCn至前轴的距离至前轴的距离aa，与汽车质心，与汽车质心C C，至前轴的距离，至前轴的距离a a之差，之差，（a-aa-a）和轴距）和轴距L L之比。之比。即：即：如果：如果：S.M=0S.M=0 即：即：a=aa=a，质心与中性转向点重合，质心与中性转向点重合，前后轴前后轴相等，中性转向。相等，中性转向。S.M 0S.M 0，即，即a aa a，质心在中性转，质心在中性转向点之前，作用于质心上的侧向力使前向点之前，作用于质心上的侧向力使前轮侧偏角轮侧偏角1 1 2 2。所以：汽车具有不足转向特性。所以：汽车具有不足转向特性。S.M 0 S.M 0，即：，即：a aa 1 1。所以：汽车具有过多转向特性。所以：汽车具有过多转向特性。总结：总结：汽车的稳态转向特性表示方法汽车的稳态转向特性表示方法 1 1、1212为不足转向性；为不足转向性；1=21=2为中性转向性；为中性转向性；12 10K0为不足转向性；为不足转向性；K=0 K=0为中性为中性转向性；转向性；K0 K0S.M0为不足转向性；为不足转向性；S.M=0 S.M=0为为中性转向性；中性转向性；S.M0 S.M11为不足转向性；为不足转向性；R/R R/R。=1=1为中性转向性；为中性转向性；R/R R/R。1 12 1，易造成过多性转向。，易造成过多性转向。2 2、前轮气压低与规定值，造成汽车不足、前轮气压低与规定值，造成汽车不足转向性增大，转向灵敏度下降。转向性增大，转向灵敏度下降。即：即：（r/r/）下降。）下降。3 3、胎侧标记、胎侧标记H H或或V V，高速轮胎含有耐，高速轮胎含有耐热的橡胶混合物，但冰雪路上耐滑性差。热的橡胶混合物，但冰雪路上耐滑性差。所以：冬季应换用冬季专用轮胎（子所以：冬季应换用冬季专用轮胎（子午线）午线）三、轮胎结构的影响三、轮胎结构的影响 1 1、使用中不能随意换装不同结构、使用中不能随意换装不同结构（帘布层数、扁平率），不同型式（子（帘布层数、扁平率），不同型式（子午线胎、普通斜交胎）的轮胎。午线胎、普通斜交胎）的轮胎。否则，易使汽车具有过多转向性，否则，易使汽车具有过多转向性，危险。危险。2 2、如果仅前轮换用子午线轮胎，、如果仅前轮换用子午线轮胎，则则1 1小于小于2 2，过多转向。，过多转向。F Fy y=k =F=k =Fy y/k k/k k大则大则小。小。如果仅前轮换用扁平率小的宽轮胎，如果仅前轮换用扁平率小的宽轮胎，侧偏刚度大，则侧偏刚度大，则1 1小于小于2 2，过多转向。，过多转向。如果仅后轮换用扁平率小的宽轮胎，如果仅后轮换用扁平率小的宽轮胎，则则1 1大于大于2 2，不足转向。，不足转向。四、驱动型式的影响四、驱动型式的影响 转向时施加于轮胎上的切向力上升，转向时施加于轮胎上的切向力上升，k k下降，下降，上升。上升。1 1、后轮驱动的车辆，转向时施加驱动力，、后轮驱动的车辆，转向时施加驱动力，有减少不足转向，增加过多转向的倾向有减少不足转向，增加过多转向的倾向（2 2大于大于1 1，），）2 2、前轮驱动的车辆，转向时施加驱动力有、前轮驱动的车辆，转向时施加驱动力有增加不足转向性的作用增加不足转向性的作用 （1 1大于大于2 2）五、左右车轮垂直载荷再分配的影响五、左右车轮垂直载荷再分配的影响 轮胎轮胎k k随垂直载荷上升而上升。当车随垂直载荷上升而上升。当车身不侧倾（无侧向力）时，左右轮垂直身不侧倾（无侧向力）时，左右轮垂直载荷为载荷为Z Z。左右轮侧偏刚度为左右轮侧偏刚度为k k。图：图：Ckr rk。k。kL LZ ZaedZ。b 在轴上受在轴上受FyFy时，产生侧偏角时，产生侧偏角。=Fy/2k=Fy/2k。实际上，转弯时的离心惯性力，作实际上，转弯时的离心惯性力，作用在重心高度处，产生侧倾力矩，使轴用在重心高度处，产生侧倾力矩，使轴上内侧车轮垂直载荷减少上内侧车轮垂直载荷减少ZZ，侧偏刚，侧偏刚度为度为kLkL。使轴上外侧车轮垂直载荷增加使轴上外侧车轮垂直载荷增加Z Z，侧偏刚度为，侧偏刚度为krkr。因为：同轴上两轮的侧偏角相等因为：同轴上两轮的侧偏角相等 所以：所以：Fy=kL+kr Fy=kL+kr =Fy/=Fy/（kL+krkL+kr）令令kk。=（kL+krkL+kr）/2/2 =Fy/2k =Fy/2k。由图可见，显然由图可见，显然kk。小于。小于k k。所以：所以：大于大于。在侧向力在侧向力FyFy作用下：作用下：（1 1）前轴左右轮垂直载荷变动量越）前轴左右轮垂直载荷变动量越大，则前轴车轮平均侧偏刚度下降，大，则前轴车轮平均侧偏刚度下降，1 1增大，侧偏角加大，汽车增加不足转增大，侧偏角加大，汽车增加不足转向性。向性。（2 2）后轴左右轮垂直载荷变动量越）后轴左右轮垂直载荷变动量越大，则后轴车轮侧偏角加大，大，则后轴车轮侧偏角加大，2 2上升，上升，汽车减小不足转向性。，汽车减小不足转向性。（3 3）增加前悬架角刚度，能使前轴）增加前悬架角刚度，能使前轴左右轮垂直载荷变动量上升，左右轮垂直载荷变动量上升，1 1上升，上升，增加汽车不足转向性。增加汽车不足转向性。减少后悬架角刚度（减少钢板弹簧）减少后悬架角刚度（减少钢板弹簧），能使后轴左右轮垂直载荷变动量下降，能使后轴左右轮垂直载荷变动量下降，2 2下降，增加汽车不足转向性。下降，增加汽车不足转向性。例题：某车重例题：某车重G=20.105kNG=20.105kN L=3.2m L=3.2m G G1 1=53.5%G =53.5%G G G2 2=46.5%G=46.5%G （1 1）如果每个前轮的）如果每个前轮的k k1 1=38.92kN/=38.92kN/弧度，每个后轮的弧度，每个后轮的k k2 2=38.25kN/=38.25kN/弧度，弧度，求该车的稳态转向特性。求该车的稳态转向特性。该车该车K K大于大于0 0，为不足转向性汽，为不足转向性汽车，其特征车速车，其特征车速 （2 2）如仅前轮换用子午线轮胎）如仅前轮换用子午线轮胎 k1=47.82kN/k1=47.82kN/弧度，求汽车稳态转向特性。弧度，求汽车稳态转向特性。所以：该车所以：该车K0K0，为多转向性汽车。，为多转向性汽车。可见仅前轮换用侧偏刚度大的子午线可见仅前轮换用侧偏刚度大的子午线胎，会使本来不足转向性的汽车变成过多转胎，会使本来不足转向性的汽车变成过多转向性汽车！向性汽车！v二自由度轿车模型的有关参数如下：v总质量 m=1818.2kgv绕Oz轴转动惯量 轴距 L=3.048mv质心至前轴距离 a=1.463mv质心至后轴距离 b=1.585mv前轮总侧偏刚度 k1=-62618N/radv后轮总侧偏刚度 k2=-110185N/radv转向系总传动比 i=20v试求：稳定性因数K、特征车速uch。稳态横摆角速度增益曲线、车速u=22.35m/s时的转向灵敏度。静态储备系数S.M.，侧向加速度为0.4g时的前、后轮侧偏角绝对值之差与转弯半径的比值R/R0(R0=15m)。车速u=30.56m/s时，瞬态响应的横摆角速度波动的固有（圆）频率、阻尼比、反应时间与峰值反应时间注意：2）所求的转向灵敏度中的是指转向盘转角，除以转向系传动比才是车轮转角。v解：v1）稳定性因数v特征车速稳态横摆角速度增益曲线如下图所示：v车速u=22.35m/s时的转向灵敏度/20=0.168v作业题作业题v1、汽车稳态转向行驶时会出现哪几种转向特性？各、汽车稳态转向行驶时会出现哪几种转向特性？各种转向特性的明显特征是什么？种转向特性的明显特征是什么？v2、哪种转向特性最危险？原因是什么？、哪种转向特性最危险？原因是什么？v3、为了避免最危险的转向特性，在更换轮胎、轮胎、为了避免最危险的转向特性，在更换轮胎、轮胎充气、重心布置和弯道超车时应注意什么？充气、重心布置和弯道超车时应注意什么？v4、汽车紧急制动时，前轮抱死或后轮抱死、汽车紧急制动时，前轮抱死或后轮抱死2种情况种情况相比，哪种制动最危险？为什么？相比，哪种制动最危险？为什么？v5、后轮驱动的货车在同样的路面以同样的速度紧急、后轮驱动的货车在同样的路面以同样的速度紧急制动，空载或满载制动，空载或满载2种情况相比，哪种制动最危险？种情况相比，哪种制动最危险？为什么？为什么？