汽车理论操纵稳定性精选文档.ppt

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1、汽车理论操纵稳定性本讲稿第一页，共二十三页5-1 汽车操纵稳定性的评价汽车操纵稳定性的评价汽车的操纵稳定性包括相互联系的两部分，一是操纵性，二汽车的操纵稳定性包括相互联系的两部分，一是操纵性，二是稳定性。是稳定性。操纵性操纵性是指汽车能够确切地相应驾驶员转向指令的能力。是指汽车能够确切地相应驾驶员转向指令的能力。稳定性稳定性是汽车在行驶过程中，具有抵抗改变其行驶方向的是汽车在行驶过程中，具有抵抗改变其行驶方向的各种干扰，并保持稳定行驶的能力。各种干扰，并保持稳定行驶的能力。汽车的操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程汽车的操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度，而且也是决定高速汽车安全行

2、驶的一个主要性能。度，而且也是决定高速汽车安全行驶的一个主要性能。汽车的操纵稳定性涉及到的问题较为广泛，与前面讨汽车的操纵稳定性涉及到的问题较为广泛，与前面讨论的几个性能有所不同，它需要采用较多的物理参量从几论的几个性能有所不同，它需要采用较多的物理参量从几个方面来进行评价。个方面来进行评价。本讲稿第二页，共二十三页5-1 汽车操纵稳定性的评价汽车操纵稳定性的评价一、评价方法一、评价方法1.开路系统开路系统把汽车作为一个多自由度的动力学系统，不考虑驾驶把汽车作为一个多自由度的动力学系统，不考虑驾驶员的反馈，建立汽车的输入与输出关系，以确定其转向特员的反馈，建立汽车的输入与输出关系，以确定其转向

3、特性。性。汽 车XYX驾驶员给汽车的转向指令（方向盘转角或力）驾驶员给汽车的转向指令（方向盘转角或力）Y汽车转向运动参量（横摆角速度、转弯半径）汽车转向运动参量（横摆角速度、转弯半径）本讲稿第三页，共二十三页5-1 汽车操纵稳定性的评价汽车操纵稳定性的评价一、评价方法一、评价方法2.闭路系统闭路系统闭路评价把环境闭路评价把环境汽车汽车驾驶员看成一个闭路系统，根驾驶员看成一个闭路系统，根据自动调节原理，全面地研究它们之间的联系、响应和反据自动调节原理，全面地研究它们之间的联系、响应和反馈。馈。因为对人体特性研究尚不成熟，闭路系统的操纵稳定性只因为对人体特性研究尚不成熟，闭路系统的操纵稳定性只能在

4、具有实际车辆的条件下通过试验求得，目前还不能做到能在具有实际车辆的条件下通过试验求得，目前还不能做到通过理论分析与计算来进行准确的预测。通过理论分析与计算来进行准确的预测。汽 车操纵动作操纵动作驾驶员外界干扰外界干扰环境因素环境因素汽车运动汽车运动（横摆、侧倾、转向）（横摆、侧倾、转向）本讲稿第四页，共二十三页5-1 汽车操纵稳定性的评价汽车操纵稳定性的评价二、评价指标二、评价指标1.汽车的稳态转向特性汽车的稳态转向特性2.转向回正性能转向回正性能3.瞬态横摆响应特性瞬态横摆响应特性4.蛇形性能蛇形性能5.低速行驶转向轻便性低速行驶转向轻便性6.转向半径（机动性、通过性）转向半径（机动性、通过

5、性）三、操纵稳定性不好的汽车的具体表现（感性认识）三、操纵稳定性不好的汽车的具体表现（感性认识）1.发飘发飘：驾驶员未发出转向指令，汽车不断改变行驶方向驾驶员未发出转向指令，汽车不断改变行驶方向2.反应迟钝：反应迟钝：转向过程完成过慢转向过程完成过慢3.丧失路感：丧失路感：路面的变化不能反馈给驾驶员路面的变化不能反馈给驾驶员4.失去控制：失去控制：驾驶员不能控制方向驾驶员不能控制方向并不是所有操纵稳定性不好的汽车都同时具有以上的表现。并不是所有操纵稳定性不好的汽车都同时具有以上的表现。本讲稿第五页，共二十三页5-2 轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏特性主要是指侧偏力、回正力矩与侧偏角轮胎

6、的侧偏特性主要是指侧偏力、回正力矩与侧偏角之间的关系，它是研究汽车操纵稳定性的基础。之间的关系，它是研究汽车操纵稳定性的基础。一、轮胎坐标系一、轮胎坐标系轮胎平面：轮胎平面：垂直于车轮旋转垂直于车轮旋转轴线的轮胎中分轴线的轮胎中分平面。平面。本讲稿第六页，共二十三页5-2 轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏特性二、轮胎的侧偏现象和侧偏力二、轮胎的侧偏现象和侧偏力侧偏角曲线侧偏角曲线汽车在行驶过程中，由汽车在行驶过程中，由于路面的侧向倾斜、侧向风于路面的侧向倾斜、侧向风或曲线行驶的离心力等的作或曲线行驶的离心力等的作用，车轮中心沿用，车轮中心沿Y轴方向将轴方向将作用有侧向力作用有侧向力Fy，相应地，相应地

7、在地面上产生地面侧向反在地面上产生地面侧向反作用力作用力FY侧偏力。侧偏力。如果是刚性车轮如果是刚性车轮本讲稿第七页，共二十三页5-2 轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏特性二、轮胎的侧偏现象和侧偏力二、轮胎的侧偏现象和侧偏力侧偏角曲线侧偏角曲线当车轮有侧向弹性时，车轮行当车轮有侧向弹性时，车轮行驶方向将偏离轮胎平面方向（受到驶方向将偏离轮胎平面方向（受到侧偏力作用），这就是轮胎的侧偏侧偏力作用），这就是轮胎的侧偏现象。现象。由于轮胎的侧偏现象，产生侧由于轮胎的侧偏现象，产生侧偏角。偏角。轮胎的旋转平面与前进方向的夹角轮胎的旋转平面与前进方向的夹角称为侧偏角称为侧偏角。当当不超过不超过45时，可以认为时

8、，可以认为与与FY成线性关系。成线性关系。本讲稿第八页，共二十三页5-2 轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏特性二、轮胎的侧偏现象和侧偏力二、轮胎的侧偏现象和侧偏力侧偏角曲线侧偏角曲线k侧偏刚度，单位为：侧偏刚度，单位为：N/rad，N/()侧偏角与侧偏力方向永远相反，侧偏角与侧偏力方向永远相反，负的侧偏力产生正的负的侧偏力产生正的侧偏角，因此，侧偏角，因此，k为负值。为负值。侧偏刚度是决定操纵稳定性的重要轮胎参数。轮胎侧偏刚度是决定操纵稳定性的重要轮胎参数。轮胎应有高的侧偏刚度，以保证汽车良好的操纵稳定性。应有高的侧偏刚度，以保证汽车良好的操纵稳定性。小型轿车：小型轿车：k=-28000-80000N

9、/rad。在在FY较大时，随着较大时，随着k的增加，的增加，增长很快，这是因为增长很快，这是因为FY接近接近F时，轮胎在接地处已发生部分侧滑。时，轮胎在接地处已发生部分侧滑。本讲稿第九页，共二十三页5-2 轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏特性三、影响轮胎侧偏特性的因素三、影响轮胎侧偏特性的因素轮胎的尺寸、型式和结构参数对侧偏刚度有显著的影响。轮胎的尺寸、型式和结构参数对侧偏刚度有显著的影响。尺寸较大的轮胎有较高的侧偏刚度。尺寸较大的轮胎有较高的侧偏刚度。1.扁平率（扁平率（HB100%）HB越小，侧偏刚度越大。越小，侧偏刚度越大。2.垂直载荷垂直载荷K随着垂直载荷的增加而增大，但随着垂直载荷的增加而增

10、大，但W过大时，轮胎产生很大的径向变形，过大时，轮胎产生很大的径向变形，K反而有所减小。反而有所减小。3.轮胎气压轮胎气压随着气压的增加，侧偏刚度增大，但气压过高后刚度不再发生变化。随着气压的增加，侧偏刚度增大，但气压过高后刚度不再发生变化。4.行驶车速行驶车速 对对K影响很小影响很小本讲稿第十页，共二十三页5-2 轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏特性四、回正力矩四、回正力矩TZ汽车的四个定位参数：汽车的四个定位参数：车轮外倾角（使车轮回正、转向轻便）车轮外倾角（使车轮回正、转向轻便）主销内倾角主销内倾角主销后倾角主销后倾角前束前束克服车轮外倾造成的不利影响克服车轮外倾造成的不利影响1.侧偏角侧偏角增

11、大，增大，TZ增大；增大；46时，时，TZ最大；随后，随着最大；随后，随着的增加，的增加，TZ减小，减小，1016时，时，TZ 0。2.垂直载荷垂直载荷 垂直载荷增加，回正力矩增加垂直载荷增加，回正力矩增加3.一定时，尺寸大的轮胎，一定时，尺寸大的轮胎，TZ也大也大 4.子午线轮胎回正力矩大子午线轮胎回正力矩大本讲稿第十一页，共二十三页5-3 汽车的转向特性汽车的转向特性一、线性二自由度汽车模型的运动微分方程式一、线性二自由度汽车模型的运动微分方程式1.车辆坐标系车辆坐标系本讲稿第十二页，共二十三页5-3 汽车的转向特性汽车的转向特性2.线性二自由度汽车模型线性二自由度汽车模型忽忽略略转转向向

12、系系统统的的影影响响，直直接接以以前前轮轮转角作为输入。转角作为输入。忽忽略略悬悬架架的的作作用用，认认为为汽汽车车只只作作平行于地面的平面运动。平行于地面的平面运动。（垂垂直直速速度度w、侧侧倾倾角角速速度度p、俯俯仰角速度仰角速度q均为均为0）汽车沿汽车沿X轴的前进车速轴的前进车速u视为不变。视为不变。ay0K值越大，不足转向量值越大，不足转向量越大越大过多转向过多转向 K2 时时 K0 不足转向不足转向C.12 时时 K0 过多转向过多转向转向半径的比值转向半径的比值RR0A.RR01 K=0 中性转向中性转向B.RR01 K1 K0 不足转向不足转向本讲稿第十七页，共二十三页5-3 汽

13、车的转向特性汽车的转向特性三、三、汽车的瞬态响应特性汽车的瞬态响应特性1.反应时间反应时间应小些，比较好应小些，比较好2.峰值反应时间峰值反应时间越小越好越小越好3.超调量超调量越小越好越小越好4.横摆角速度横摆角速度r波动时的固有圆波动时的固有圆频率频率0应高些较好应高些较好5.稳定时间稳定时间越短越好越短越好本讲稿第十八页，共二十三页5-4 汽车操纵稳定性与转向系的关系汽车操纵稳定性与转向系的关系一、转向系的功能与转向盘力特性一、转向系的功能与转向盘力特性功能：功能：1.驾驶者通过转向盘控制前轮绕主销的转角来操纵汽车运动的方驾驶者通过转向盘控制前轮绕主销的转角来操纵汽车运动的方向。（角输入

14、和力输入）向。（角输入和力输入）2.凭借转向盘（反作用）力，将整车及轮胎的运动、受力状况反馈给驾凭借转向盘（反作用）力，将整车及轮胎的运动、受力状况反馈给驾驶者。驶者。反馈反馈路感（路感（Road Feeling）转向盘力随汽车运动状况而变化的规律称为转向盘力特性。转向盘力随汽车运动状况而变化的规律称为转向盘力特性。转向盘力特性决定于下列因素：转向盘力特性决定于下列因素：转向器传动比及其变化规律、转向器效率、动力转向器的转转向器传动比及其变化规律、转向器效率、动力转向器的转向盘操作力特性、转向杆系传动比、转向杆系效率、由悬架导向向盘操作力特性、转向杆系传动比、转向杆系效率、由悬架导向杆系决定的

15、主销位置、轮胎上的载荷、轮胎气压、轮胎力学特性、杆系决定的主销位置、轮胎上的载荷、轮胎气压、轮胎力学特性、地面附着条件、转向盘转动惯量、转向柱摩擦阻力以及汽车整体地面附着条件、转向盘转动惯量、转向柱摩擦阻力以及汽车整体动力学特性。动力学特性。本讲稿第十九页，共二十三页5-4 汽车操纵稳定性与转向系的关系汽车操纵稳定性与转向系的关系二、不同行驶工况下对操纵稳定性的要求二、不同行驶工况下对操纵稳定性的要求1.在低车速、低侧向加速度行驶工况下，汽车应具有适在低车速、低侧向加速度行驶工况下，汽车应具有适度的转向盘力与转向盘总回转角，也应具有良好的回正性度的转向盘力与转向盘总回转角，也应具有良好的回正性

16、能。能。2.在高车速、转向盘小转角、低侧向加速度范围内，在高车速、转向盘小转角、低侧向加速度范围内，汽车应具有良好的横摆角速度频率特性、直线行驶能力汽车应具有良好的横摆角速度频率特性、直线行驶能力与回正性能。与回正性能。在以中、高侧向加速度作曲线行驶时，汽车的侧向加速度、轮胎在以中、高侧向加速度作曲线行驶时，汽车的侧向加速度、轮胎地面侧向反作用力以及轮胎的附着等情况，主要靠转向盘（反作用）地面侧向反作用力以及轮胎的附着等情况，主要靠转向盘（反作用）力传递的。所以有人认为转向盘力最好与侧向加速度有线性关系。力传递的。所以有人认为转向盘力最好与侧向加速度有线性关系。本讲稿第二十页，共二十三页5-4

17、 汽车操纵稳定性与转向系的关系汽车操纵稳定性与转向系的关系三、评价高速公路行驶操纵稳定性试验三、评价高速公路行驶操纵稳定性试验（一）试验方法（一）试验方法（二）转向盘力输入方面的评价指标（二）转向盘力输入方面的评价指标四、转向系与汽车横摆角速度稳态响应的关系四、转向系与汽车横摆角速度稳态响应的关系（一）侧倾时转向系统与悬架的运动干涉（一）侧倾时转向系统与悬架的运动干涉（二）转向系刚度与转向车轮的变形转向（二）转向系刚度与转向车轮的变形转向本讲稿第二十一页，共二十三页5-5 汽车操纵稳定性与传动系的关系汽车操纵稳定性与传动系的关系一、地面切向反作用力与一、地面切向反作用力与“不足不足过多转向特性过多转向特性”的关系的关系二、地面切向反作用力控制转向特性的基本概念简介二、地面切向反作用力控制转向特性的基本概念简介本讲稿第二十二页，共二十三页5-6 提高操纵稳定性的电子控制系统提高操纵稳定性的电子控制系统一、四轮转向系统（一、四轮转向系统（Four Wheel Steering System）二、车辆稳定性控制系统（二、车辆稳定性控制系统（Vehicle Stability Control System）本讲稿第二十三页，共二十三页