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第四章汽车操纵稳定性汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。汽车的操纵稳定性是汽车主动安全性的重要评价指标。稳定性是指汽车抵抗改变其行驶方向的各种外界干扰（路面扰动或风扰动），并保持稳定行驶而不失去控制，甚至翻车或侧滑的能力。操纵性是指汽车能够确切地响应驾驶员指令的能力。第一节概述本节将介绍汽车操纵稳定性包含的内容、车辆坐标系、转向盘角阶跃输入下的时域响应特性等。本节还将介绍操纵稳定性的研究方法及试验评价方法。汽车操纵稳定性是汽车的主要性能之一。汽车操纵稳定性可以借助一些相关的物理量进行评价和分析。如下表所示一、操纵稳定性包含的内容在汽车操纵稳定性的研究中，常把汽车作为一个控制系统，求出汽车曲线行驶的时域响应与频域响应，并以它们来表征汽车的操纵稳定性。汽车曲线行驶的时域响应：汽车在转向盘输入或外界侧向干扰输入下的侧向运动响应。转向盘输入有角位移输入和力矩输入。外界干扰输入主要是指侧向风和路面不平产生的侧向力。1.转向盘角阶跃输入下的响应基本内容主要评价参量转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应——转向特性横摆角速度增益—转向灵敏度转向盘角阶跃输入下的瞬态响应①反应时间②横摆角速度波动的无阻尼圆频率基本内容主要评价参量转向盘转角正弦输入下，频率由0→∞变化时，汽车横摆角速度与转向盘转角的振幅比及相位差的变化图形。①共振峰频率②共振时振幅比③相位滞后角④稳态增益2.横摆角速度频率响应特性3.转向盘中间位置操纵稳定性基本内容主要评价参量转向盘小转角、低频正弦输入下，汽车高速行驶时的操纵稳定性①转向灵敏度②转向盘力特性③转向功灵敏度4.转向回正性基本内容主要评价参量转向盘力输入下的时域响应①回正后剩余横摆角速度与剩余横摆角②达到剩余横摆角速度的时间5.转向半径基本内容主要评价参量是评价汽车机动灵活性的物理参量。转向盘转到极限位置，汽车以最低稳定车速转向行驶最小转向半径车型最小转向半径/m（左/右）AudiA45.6/5.6（轴距2650mm）宝马520i5.65/5.65（轴距2830mm）雷克萨斯LS4305.4/5.3（轴距2925mm）一些车型的最小转向半径6.转向轻便性基本内容主要评价参量1.评价转动转向盘轻便程度的特性2.包括原地转向轻便性、低速行驶转向轻便性和高速行驶转向轻便性①转向力②转向功7.直线行驶性能基本内容主要评价参量直线行驶性转向盘转角和（累计值）侧向风稳定性侧向偏移路面不平度稳定性侧向偏移8.典型行驶工况性能基本内容主要评价参量蛇行性能转向盘转角、转向力、侧向加速度、横摆角速度、侧偏角、车速等移线性能双移线性能—避障性能汽车通过某种模拟典型驾驶操作通道的性能。它们更能如实地反映汽车的操纵稳定性。基本内容主要评价参量圆周行驶极限侧向加速度极限侧向加速度抗侧翻能力极限车速发生侧滑时的控制能力回至原来路径所需时间9.极限行驶能力汽车在处于正常行驶与异常危险运动之间的运动状态下的特性。它表明汽车安全行驶的极限性能。假设•汽车具有惯性、弹性、阻尼，是一个多自由度的动力学系统•轮胎、悬架、转向系都具有非线性特性，描述汽车的微分方程应是非线性微分方程，即汽车为一非线性系统。•侧向加速度不大于0.4g，可近似为线性动力学系统汽车是由若干部件组成的一个物理系统。1.车辆坐标系二、车辆坐标系,转向盘角阶跃输入下的时域响应固结于汽车的直角动坐标系是就是车辆坐标系。汽车直线行驶时，急速转动转向盘至某一转角时，停止转动转向盘并维持此转角不变，即给汽车以转向盘角阶跃输入2.稳态响应特性转向盘角阶跃输入经短暂时间后，汽车进入等速圆周行驶，称为转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应时间t转向盘转角sw0汽车的时域响应可分为不随时间变化的稳态响应和随时间变化的瞬态响应。转向盘保持一固定转角δsw，缓慢回正或以不同车速等速行驶。不足转向中性转向不变过多转向稳态响应特性有三种类型auRauRauR操纵稳定性良好的汽车应具有适度的不足转向特性。具有中性转向特性的汽车在使用条件变动时，可能转变为具有过多转向特性。转向盘角阶跃输入前后，直线行驶与等速圆周行驶这两个稳态运动之间的过渡过程是一种瞬态，相应的瞬态运动响应称为转向盘角阶跃输入下的瞬态响应3.瞬态响应特性图所示为一辆等速行驶的汽车在t=0时，驾驶者急速转动转向盘至角度δsw0并维持此转角不变时的汽车瞬态响应曲线。用汽车横摆角速度ωr来描述瞬态响应。汽车以转向盘角阶跃输入后，汽车横摆角速度经过一过渡过程后达到稳态横摆角速度ωr0，此过渡过程即汽车的瞬态响应过程。1）时间上的滞后汽车的横摆角速度不能立即达到稳态横摆角速度ωt0，而要结过时间τ后才能第一次达到。这一段滞后时间称为反应时间。反映时间短，则驾驶员感到转向响应迅速、及时，否则就会感到转向迟钝，也有用到达第一峰值的时间ε来表示滞后时间的。瞬态响应的评价指标2）执行上的误差最大横摆角速度ωr1常大于稳态值ωr0。（ωr1/ωr0）×100％称为超调量。表示执行指令的误差的大小。3）横摆角速度的波动瞬态响应中，横摆角速度ωr1以频率ω在ωr0值上下波动。波动的ω＝2π/T,取决于汽车动力学系统的结构参数。是表征汽车操纵稳定性的一个重要参数。4）进入稳态所经历的时间σ横摆角速度达到稳态值95%~105%之间的σ称为稳定时间。表明进入稳定响应所经历的时间。个别汽车也可能出现汽车横摆角速度不能收敛的情况，即ωr值越来越大，转向半径越来越小，从而导致汽车出现侧向滑动或翻车。瞬态响应应包括两方面的问题：一是行驶方向稳定性，即给汽车以转向盘阶跃输入后，汽车能不达到新的稳定状况的问题；二是响应品质问题，即达到新的稳态之前，其瞬间响应的特性如何。将汽车作为开路控制系统人—汽车系统作为闭路系统三、人-汽车闭路系统通过测试仪器测出能够表征汽车操纵稳定性能的参数，如横摆加速度、侧向加速度以及侧倾角及转向力等来评价操纵稳定性的方法让试验评价人员根据试验时自己的感觉进行评价的方法人—汽车闭路系统四、操纵稳定性的两种试验评价方法开路系统主观评价法客观评价法主观评价法–感觉评价—以不同人驾驶汽车的主观感受来评价–是汽车操纵稳定性的最终评价方法–评价结果因人而异，受个人主观因素影响–不能给出“汽车性能”与“汽车结构”之间任何联系确定稳态响应与瞬态响应的转向盘角阶跃输入试验、确定横摆角速度频率响应特性的转向盘角脉冲输入试验，以及转向盘中间位置操纵稳定性试验，就是由长期汽车工程实践与专门的主观评价试验所肯定下来的开路控制系统客观评价试验方法。主观评价指标“飘”：有时驾驶员并未发出转向指令，而汽车自己却不断改变行驶的方向。“贼”：有时汽车就像受惊的马，突然地忽东忽西，不听驾驶员操纵。“反应迟钝”：驾驶员转向指令虽已发出相当时间，但汽车还没有转向反应，或转向过程完成的过慢。“晃”：驾驶员给出稳定的转向指令，但汽车却左右摇摆，行驶方向难于确定。这样的汽车在受到路面不平或突然阵风的扰动时，也会出现这种摇摆。