汽车操纵稳定性

a.汽车正确遵循驾驶员通过操纵机构所给定的方向的能力;第一节概述操纵稳定性b.汽车抵抗企图改变行驶方向干扰、保持稳定行驶方向的能力。在满足上述要求时，不能过分降低车速或造成驾驶员疲劳。1、“飘”—汽车自己改变方向。升力或转向系、轮胎、悬架等问题。2、“反应迟钝”—转向反映慢。传动比太大。3、“晃”—左右摇摆，行驶方向难于稳定。4、“丧失路感”—操纵稳定性不好的汽车在高速或急剧转向时会丧失路感，导致驾驶员判断的困难。5、“失控”—某些工况下汽车不能控制方向。制动时无法转向,甩尾，侧滑，侧翻。第一节概述操纵稳定性不好的具体表现第一节概述赛车负升力翼负升力翼—主要用于赛车•前负升力翼：用于产生汽车前部的负升力，从而改善汽车转向轮的附着性能，还可以部分平衡由负升力翼引起的车头上仰力矩的影响。影响因素有：（1）离地高度---越小越好（2）攻角---攻角必须为负，且绝对值越大越好（3）形状•后负升力翼：产生汽车后部负升力，改善汽车驱动轮的附着性能，提高汽车的加速性和制动性。后翼板的长、宽、高应控制在1000mm、500mm、800mm内。影响因素有：（1）离地高度（2）断面形状与角度（3）支架（4）端板目前跑车的后负升力翼设计的发展趋势是将来后负升力翼与跑车侧后围高度融合在一起。第一节概述车辆坐标系和汽车主要运动形式第一节概述汽车等速圆周行驶：汽车转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应时域响应SteadystateTransientstat稳态响应特性不足转向中性转向过多转向第一节概述汽车瞬态响应4．瞬态响应特性反应时间—、超调量—波动频率—稳定时间—%10001rrT20%105%95rr第一节概述人--车闭环系统第一节概述汽车试验的两种评价方法客观评价法客观评价通过仪器测试能定量评价汽车性能，且能通过分析求出其与汽车结构参数间的关系。主观评价法主观评价考虑到了人的感觉，能发现仪器不能测试出的现象，是操纵稳定性的最终评价方法，但很难给出定量评价数据。轮胎坐标系第二节轮胎的侧偏特性因轮胎侧向弹性，车轮受侧向力的作用使轮心速度方向偏离车轮平面的现象。侧向力因转向、路面倾斜、风力等引起。转向引起的侧向力总是指向汽车内侧。侧偏角总是位于和侧偏力指向相反的一侧。轮胎的侧偏现象第二节轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏现象第二节轮胎的侧偏特性具有侧向弹性的车轮在垂直载荷为W的条件下，车轮中心受到侧向力FY，地面相应的有侧偏力时的两种情况：·车轮静止不滚动。·车轮滚动。在侧偏角5时，侧偏力和侧偏角成线性关系。这时，式中，k称为侧偏刚度（N/rad）。为曲线在=0处的斜率。按轮胎坐标系，侧偏力和侧偏角总是反号，故侧偏刚度总是负值。轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性kFy轮胎侧偏特性数值轮胎车轮载荷(N)轮胎气压(bar)侧偏刚度(N/rad)轮胎车轮载荷(N)轮胎气压(bar)侧偏刚度(N/rad)5.20－136.00－136.40－13165R14175HR145.60-152452294339243924343329431.61.41.71.92.01.8178931769020626317993838229332155SRl56.50-169.00-209.00R2011R22.512.00-2039245886196201962016180294302.12.55.55.57.756.42904949310132687168205112815187371注：＝0°~3°，干燥路面，无切向力。*16bar=105Pa轮胎尺寸越大，k值也越大。第二节轮胎的侧偏特性轮胎结构与侧偏特性的关系*垂直载荷的影响垂直载荷增大，k增大。但垂直载荷太大k反而减小。第二节轮胎的侧偏特性轮胎结构与侧偏特性的关系*轮胎形式和结构参数的影响a.子午线胎比斜交胎侧偏刚度高。b.扁平比（=轮胎高度H/宽度B）小的轮胎侧偏刚度大。c.胎压大，则侧偏刚度大，但胎压太大侧偏刚度基本不变。试验时，可通过减少胎压改变稳态试验结果。第二节轮胎的侧偏特性纵向力与侧偏特性的关系第二节轮胎的侧偏特性路面对侧偏特性的影响路面干湿程度的影响路面越湿，最大侧偏力越小。薄水层的影响路面有薄水层时，轮胎可能会完全失去侧偏力，这称为“滑水”现象。第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性轮胎不对称受力产生的回正力矩第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性有外倾角时的轮胎滚动第二节轮胎的侧偏特性轮胎外倾角及产生的原因*车桥因载荷变形*汽车转向时的离心力*路面倾斜*前轮定位参数的需要第二节轮胎的侧偏特性外倾侧向力与外倾角的关系外倾侧向力式中：为外倾侧向力，它是侧偏角为零、外倾角为时的地面侧向反力。为轮胎外倾角，它为正时为负。为外倾刚度。外倾侧向力是轮胎有外倾角但仍沿x方向前进时地面对轮胎产生的侧向反力。kFYYFkYF第二节轮胎的侧偏特性有外倾角时的轮胎侧偏特性*小侧偏角时不同外倾角对应的侧偏刚度不变；*侧偏角为零、外倾角不为零时的地面侧向力，即为外倾侧向力。（图中y轴上的值）。*侧偏角不为零、外倾角为零时的地面侧向力，即为侧偏力。（图中0外倾角曲线上的值）*侧偏角和外倾角都不为零且侧偏角较小时kkFFFYYY第二节轮胎的侧偏特性外倾角对操稳性的影响外倾角增大会影响最大地面侧向反力，降低极限侧向加速度，故高速汽车转弯时应使前外轮尽量垂直于地面。第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性轮胎特性参数的正负规定第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应汽车模型的简化*忽略转向系的影响，以前轮转角作为输入；*汽车只进行平行于地面的平面运动，而忽略悬架的作用；*汽车前进（纵轴）速度不变，只有沿y轴的侧向速度和绕z轴的横摆运动;(ay0.4g)*驱动力不大，对侧偏特性无影响；*忽略空气阻力；*忽略左右轮胎因载荷变化引起轮胎特性的变化；*忽略回正力矩的变化。二自由度汽车模型第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应由前后两个有侧向弹性的轮胎支承于地面、具有侧向及横摆运动的二自由度汽车模型建立运动微分方程式将汽车的（绝对）加速度与（绝对）角加速度及外力与外力矩沿车辆坐标系的轴线分解。依次确定汽车质心的（绝对）加速度在车辆坐标系上的分量，二自由度汽车受到的外力与绕质心的外力矩，外力、外力矩与汽车运动参数的关系，最后列出二自由度的运动微分方程式。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应沿ox轴速度分量的变化为：考虑到很小并忽略二阶微量，上式变为除以并取极限，便是汽车质心绝对加速度在车辆坐标系ox轴上的分量uuuuuusinsincoscossin)(cos)(utrtxudtddtdutua0lim（1）汽车质心的绝对加速度在车辆坐标系上的分量沿oy轴速度分量的变化为：同理，汽车质心绝对加速度沿横轴oy上的分量为coscossinsincos)(sin)(uuuuryua由图5-22可知，二自由度汽车受到的外力沿y轴方向的合力与质心的力矩和为21cosYYYFFF21cosYYZbFaFM式中，、为地面对前、后轮的侧向力反作用力，即侧偏力；为前轮转角1YF2YF（2）二自由度汽车受到的外力与绕质心的外力矩考虑到角较小，、为侧偏力，上式可写作2YF1YF2211kkFY2211bkakMZ（3）外力、外力矩与汽车运动参数的关系ububuauauauuuurrrrr－＝－）＝－＝－（前后轮侧偏角为：＋＝为轴的夹角与。＝质心的侧偏角为，、侧偏角为，、度为汽车前、后轴中点的速2112121xrZrrrrrrrrrIubbkuaakumubkuakubbkuaakubkuak)()()()()()()(M)()(F212121Z21Y－＝－分方程式为二自由度汽车的运动微－－动参数的关系式为外力、外力矩与汽车运基本的特征。能反映汽车曲线运动最面的参数，量与轮胎侧偏刚度两方此方程包含了汽车的质＋（）－（＝－－（）（的运动微分方程式为整理后，二自由度汽车rZrrrIakkbkaubkakumkbkakukk122122112121)1)()1二.前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应-等速圆周行驶（一）稳态响应：以符号表示稳态时横摆角速度为定值，此时，以此代入式（5-9）得前轮转角稳态的横摆角速度转向灵敏度）稳态横摆角速度增益(sr)r00rrmukbkakuukk12121)(1)(0)(1)(1221221akkbkauubkakr式中，称为稳定性因素（二）．稳态响应的三种类型1．中性转向：2．不足转向：比中性转向时小3．过多转向：比中性转向时大221221/)(1/)KuLuukbkaLmLusr)(122kbkaLmK)/(22ms0KLusr/)0KLusr/)0KLusr/)联立消去v，求出稳态横摆角速度增益汽车稳态横摆角速度增益曲线第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应K=0时，汽车稳态响应为中性转向。这时，即转向半径，但这是在汽车无侧偏时的结果。因此，中性转向汽车加速时，转向半径不变。Lu//Lu/LR汽车中性转向第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应K0称为不足转向。不足转向汽车加速时，和中性转向时比，根据稳态横摆角速度增益较小，即r较小。但因R=，故不足转向汽车转向半径随车速增大而增大。21/KuLurru/汽车不足转向第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应特征车速0)1(2)1(1)(222KuKuLuKuLdudr02)1(22KuKuuch称为特征车速1/2KuLurKuch1K0称为过多转向。过多转向汽车加速时，和中性转向相比，稳态横摆角速度增益较大，故转向半径随车速增大而减小。显然，当时，=。这时较小的前轮转角都会导致激转而翻车。为了保持良好的操纵稳定性，汽车都应当具有适度的不足转向。Ku/1/r汽车过多转向第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应汽车质心位置的影响根据上式，质心靠后，a增大，b减小，K减小（k1，k2为负），故不足转向减小。)(212kakbLmK影响稳态响应特性的因素(1)第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应)(212kakbLmK胎压的影响在一定范围内，胎压减小则侧偏刚度减小。根据上式，后轮胎压降低会导致K减小，使不足转向减小。前轮胎压降低会导致K增大，使不足转向增大。影响稳态响应特性的因素(2)第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应)(212kakbLmK轮胎结构的影响子午线胎比斜交胎侧偏刚度高。扁平比（=轮胎高度H/宽度B）小的轮胎侧偏刚度大。前轮侧偏刚度增大，则不足转向减小。后轮侧偏刚度增大，则不足转向增加。影响稳态响应特性的因素(3)第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应增加前悬架角刚度或减少后悬架角刚度，会增加汽车不足转向。悬架角刚度对稳态特性的影响第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应表征稳态响应的参数1、前后侧偏角绝对值之差如果不知道轮胎侧偏刚度和汽车其他参数，只能通过实验判断汽车稳态特性。测