第二节传动系性能试验-第五章汽车操纵稳定性试验(

第五章汽车操纵稳定性试验汽车操纵稳定性试验可大致地分为道路试验和室内试验两类。本章所述试验项目均属道路试验内容。一、试验仪器和设备1、道路试验仪器1)角速度陀螺仪2)垂直陀螺仪横摆角传感器3)侧（纵）向加速度计4)第五车轮第五轮仪有两种类型。一种是机械式，它由传动机构、机械记录机构、时间信号发生器（机械式电时钟机构）等部分组成。另一种是电子式的，其中又分金属膜纸带记录式和数字显示式两种。这种五轮仪的特点是测量数据的处理简便直观，而且精度较高使用方便。安装支架调节系统五轮齿圈传感器5)转向盘测力仪转向盘测力仪用于测定施加在转向盘上的力矩和转角。转角量程一般为±1080°，力矩为±1000N·m。这种仪器的测力元件要求有较大的扭转刚度，因转向系的力学模型本身就是质量、弹簧、阻尼系统，转向盘上装上测力仪后，测力元件被串联在转向系中，如果其扭转刚度小，则会使系统力学特性发生变化，或者说，测量汽车的运动特性会与原车不一样。转向盘测力仪有两种形式。一种常有一个副转向盘，其测力元件装在副转向盘上，试验前将副转向盘与被试汽车的转向盘刚性地串联在一起。试验时操纵副转向盘进行转向输入。这种结构形式的转向盘测力仪的优点是安装方便，但由于增加了一个副转向盘，相当于增大了被试汽车转向盘的转动惯量，会使系统的运动特性发生改变，特别是进行力输入试验时影响更大，驾驶员操作起来亦会感到不方便。另一种转向盘测力仪不带副转向盘，它只有力传感器和角度传感器的组件，可装在原车转向盘下方，如图4-1-3所示。试验时，驾驶员操纵的是原车转向盘，不会产生不适感觉，也不会影响原车的动态特性。但安装传感器组件时，比前一种要复杂些。6)车辆动态测试仪为使操纵稳定性试验仪器便于在汽车上安装及简化线路连接，将适合地面车辆参数测量的二自由度陀螺仪、三自由度陀螺仪、侧（纵）向加速度计组合在一起，就构成了车辆动态测试仪。使用这种测试仪进行汽车操纵稳定性试验，可使试验前的准备工作大大简化。试验时应将这种仪器装在汽车质心处。有的车辆动态测试仪除了有模拟信号输出外，还具有数字信号打印输出，甚至可以绘图和进行简单的数据处理工作。7)操纵稳定性现场数据处理系统使用这种数据处理系统，可以在试验场地现场对所规定的试验项目（计算机程序已固化在微机模块中）进行数据处理，并按规定进行绘图和打印评价指标。发现问题可以在现场马上重复试验。从而大大提高了工作效力，节约了试验的人力和物力。图4-1-4是一辆仪器设备安装齐全的操纵稳定性试验车的示意图。二、操纵稳定性道路试验1、稳态回转试验2、蛇行试验3、转向回正性能试验4、转向轻便性试验5、瞬态响应试验„稳态回转试验1、试验的基本原理和意义¾汽车在车速V行驶时，驾驶员以一个固定的转向盘输入，汽车产生转向运动。根据汽车本身的固有转向特性（由汽车结构参数决定），其后若干时间一般会出现两种现象：一种是汽车出现不稳定现象，发生激转（或称甩尾）；另—种是转向进入稳定状态，即汽车绕某定点转动且角速度不变，这种现象称汽车进入稳态转向。前一种情况汽车的转向特性称过多转向；后一种情况汽车的转向特性理论上有两种：—种称中性转向，另一种称不足转向。¾理论分析指出，过多转向的汽车，在车速V达到或大于临界车速Vcr时，即使受到轻微的转向干扰，汽车的运动也会发生不稳定现象。现代设计汽车时，事先都要进行模拟计算，预示其稳态转向特性。产品制造出来后更要进行试验测定，其重要意义显而易见。在QC/T480－1999《汽车操纵稳定性指标限值及评价方法》中，明确规定稳态回转试验不及格的车辆，其操纵稳定性的总评价为不及格。„稳态回转试验2、引用标准①GB/T12534汽车道路试验方法通则②GB/T13047汽车操纵稳定性指标限值与评价方法③GB/T12549汽车操纵稳定性术语及其定义„稳态回转试验3、试验方法变侧向加速度ay法固定侧向加速度ay法：改变车速V外，还要改变转向半径R。固定转向盘转角法固定转向半径R法„稳态回转试验3.1固定转向盘转角法初始半径R0的选择：要确定转向盘转角多大合适，实际上是选用多大的初始半径R0。由于轮胎的非线性特性，使得同一辆汽车选用不同的R0会得到不同的试验结果。为了便于比较，国际标准ISO4138－82稳态圆周试验建议R0＝30m。国标GB/T6323.6－94《稳态回转试验》中规定R0＝15m或20m。„稳态回转试验具体试验方法：⑴仪器设备：第五车轮、车辆动态测试仪、操纵稳定性现场数据处理系统⑵试验步骤：①在试验场地上，用明显颜色画出半径为15m或20m的圆周。②试验开始之前，汽车应以侧向加速度为3m/s2的相应车速沿画定的圆周行驶500m以使轮胎升温。③驾驶员操纵汽车以昀低稳定速度沿所画圆周行驶，待安装于汽车纵向对称面上的车速传感器(第五轮仪)在半圈内都能对准地面所画圆周时，固定转向盘不动，然后缓缓连续而均匀地加速（纵向加速度不超0.25m/s2），直至汽车的侧向加速度达到6.5m/s2（或车速不能再升高而出现甩尾、或轮胎发出尖叫声）为止。记录整个过程。④试验按向左转和向右转两个方向进行，每个方向试验三次。每次试验开始时车身应处正中位置。„稳态回转试验⑶数据处理：①转弯半径比、前后轴侧偏角差值、车身侧倾角与侧向加速度ay关系曲线：根据记录的横摆角速度及汽车前进车速，用下述公式计算各点(第i点)的转弯半径、侧向加速度及前后轴侧偏角差值。Ri=Vi/iγayi=Vi·iγ)11(2360)(1021RRLi−=−°°παα„稳态回转试验⑶数据处理：„稳态回转试验⑶数据处理：②根据GB/T13047的要求，找出中性转向点的侧向加速度an，不足转向度U及车身侧倾度KΦ三个参数。中性转向点的侧向加速度an按GB/T13047中2.3条规定确定。中性转向点的侧向加速度值an，定义为前、后桥侧偏角差与侧向加速度关系曲线上，斜率为零处的侧向加速度值。不足转向度U按GB/T13047中2.4条规定确定。不足转向度U，按前、后桥侧偏角差值与侧向加速度关系曲线上侧向加速度值为2m／s2处的平均斜率（纵坐标值除以横坐标值）计算。车身侧倾度KΦ按GB/T13047中2.5条规定确定。车身侧倾度按车身侧倾与侧向加速度关系曲线上侧向加速度值为2m／s2处的平均斜率（纵坐标值除以横坐标值）计算。„稳态回转试验⑷评价方法：„稳态回转试验①中性转向点的侧向加速度值an的评价计分值按式（1）计算：„稳态回转试验②不足转向度U评价计分值按式（2）计算：„稳态回转试验③车身侧倾度KΦ评价计分值按式（3）计算：„稳态回转试验④稳态回转试验的综合评价计分值，按式（4）计算：„蛇行试验1、试验的目的和意义蛇行试验属于驾驶员——汽车——外界环境组合而成的闭路系统性能试验方法之一。这种试验方法可反映出此闭路系统进行急剧的转向能力，同时可反映出在此种急剧转向情况下乘员的舒适性和安全性。„蛇行试验2、引用标准①GB／T12534汽车道路试验方法通则②GB3730.1汽车和挂车的术语和定义车辆类型③GB3730.2汽车和挂车的术语和定义车辆质量④GB／T12549汽车操纵稳定性术语及其定义„蛇行试验3、试验方法⑴仪器设备：①转向盘测力仪——用以测定转向盘转角，可用普通角度传感器替代。②角速度和垂直陀螺仪——或使用车辆动态测试仪，用以测定汽车横摆角速度和车身侧倾角。③秒表——用以测定通过有效标桩区时间，s。⑵试验步骤：①在试验场地上按图1规定，布置标桩10根，中小型汽车L＝30mm，昀大总质量大于6t的汽车L＝50m，进出口标桩宽度自定。②试验驾驶员应具有较丰富的驾驶经验。在正式实验前，按图1所示路线，练习五个往返。③试验时驾驶被试车辆以基准车速通过有效标桩区，小型汽车的基准车速VB=65km/h；昀大总质量大于6t的汽车，VB=60km/h；若大于15t，VB=50km/h，汽车进入入口前，即应打开仪器设备进行记录，直至驶出出口。„蛇行试验⑵试验步骤：④完成基准车速的测试后，可以提高试验车速（车速间隔自行选择）继续进行试验，共进行10次（撞倒标桩的次数不计在内）。但昀高试验车速不得超过80km/h。„蛇行试验⑶数据处理：①蛇行车速sstLV/18•=„蛇行试验⑶数据处理：②平均转向盘转角„蛇行试验⑶数据处理：③平均横摆角速度„蛇行试验⑶数据处理：④平均车身侧倾角„蛇行试验⑶数据处理：⑤平均侧向加速度问题：侧向加速度的求法？a.侧向加速度计测量b.横摆角速度乘以汽车前进速度„蛇行试验⑷结果表达：①将10次试验数据填入相应表格。②拟合画出平均横摆角速度、平均转向盘转角、平均车身侧倾角、平均侧向加速度与车速的关系图。③将基准车速下的平均横摆角速度，平均转向盘转角，平均车身侧倾角及平均侧向加速度的数值填入表4中。„蛇行试验⑸评价方法：①本项试验，按基准车速下的平均横摆角速度峰值r与平均转向盘转角峰值θ进行评价计分。„蛇行试验⑸评价方法：②平均横摆角速度峰值r的评价计分值，按式（18）计算：（当Nr大于100时，按100分计）„蛇行试验⑸评价方法：③平均转向盘转角峰值θ的评价计分值，按式（19）计算：（当Nθ大于100时，按100分计）„蛇行试验⑸评价方法：④不能达到基准车速的汽车，Nr与Nθ的评价计分值，均按式（20）计算：⑤蛇行试验的综合评价计分值，按式（21）计算：„转向回正性能试验1、试验的基本原理和意义行驶中的汽车如果转向后转向盘不能自动回正，便会使驾驶员感到汽车行驶方向不易控制，高速行驶时，甚至会有危险感。因而把转向回正性能作为评定汽车操纵稳定性中的一项重要内容，其直观性很容易被人们所接受。回正力矩的产生来源于轮胎的侧偏现象和主销定位角。转向回正性能反映的是汽车转向机构所表现出的恢复直线行驶的能力。这种试验方法是对系统施加—个大小不变的力输入后，突然松掉，然后观察系统的运动特性，汽车的这种运动特性又可称为自由控制运动特性。2、引用标准①GB／T12534汽车道路试验方法通则②GB／T12549汽车操纵稳定性术语及其定义„转向回正性能试验3、试验方法⑴仪器设备：①第五车轮。②角速度陀螺仪——或使用车辆动态测试仪，用以测定汽车横摆角速度。③侧向加速度计——或使用车辆动态测试仪，用以测定汽车侧向加速度。④转向盘测力仪——用以测定转向盘转角，可用0～±3600普通角度传感器替代。⑤操纵性现场数据处理系统。⑵试验步骤：¾低速回正性能试验①在试验场地上用明显的颜色画出半径为15m的圆周。②试验前试验汽车沿半径为15m的圆周、以侧向加速度达3m/s2的相应车速，行驶500m，使轮胎升温。„转向回正性能试验3、试验方法¾低速回正性能试验③使汽车沿半径为15±1m的圆周行驶，调整车速，使侧向加速度达到4±0.2m／s2,固定转向盘转角，稳定车速并开始记录，待3s后，驾驶员突然松开转向盘并做一标记（建议用一微动开关和一个讯号通道同时记录），至少记录松手后4s的汽车运动过程。记录时间内油门开度保持不变。对于侧向加速度达不到4±0.2m/s2的汽车，按试验汽车所能达到的昀高侧向加速度进行试验，应在试验报告中加以说明。④试验按向左转与向右转两个方向进行，每个方向三次。„转向回正性能试验3、试验方法¾高速回正性能试验①对于昀高车速超过100km／h的汽车，要进行本项试验。②试验车速按被试汽车昀高车速的70％并四舍五入为10的整数倍。③试验汽车沿试验路段以试验车速直线行驶，记录各测量变量的零线。随后驾驶员转动转向盘使侧向加速度达到2±0.2m／s2，稳定车速并开始记录。3s后驾驶员突然松开转向盘并做一标记（建议用一微动开关和一个讯号通道同时记录），至少记录松手后4s内的汽车运动过程。记录时间内油门开度保持不变。④试验按向左转与向右转两个方向进行，每个方向三次。„转向回正性能试验⑶数据处理：汽车回正试验横摆角速度记录的时间历程，可能出现如图1所示曲线1～6的六种情况。出现曲线5和6现象均属汽车回正性能不合格，不必进行数据处理。正常情况下，试验记录的横摆角速度时间历程为曲线1～4中的某一种。„转向回正性能试验⑶数据处理：①稳定时间(回正时间)