5-7章课堂思考题及解答

武汉理工大学余晨光武汉理工大学余晨光什么是操纵稳定性？为何日益受到重视？什么是转向盘角阶跃输入？什么是转向盘角阶跃输入下的稳态响应和瞬态响应？它们的评价参量有哪些？典型行驶工况性能主要包括哪些？其评价参量主要有哪些？什么是车辆坐标系？在该坐标中定义了哪些运动参量？武汉理工大学余晨光什么是操纵稳定性？为何日益受到重视？答：在驾驶者不感觉过分紧张、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，且当受到外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。随着道路的改善，尤其是高速公路的发展，汽车行驶车速越来越高，现代轿车的最高车速较多都超过200km/h。因此汽车的操纵稳定性日益受到重视。武汉理工大学余晨光什么是转向盘角阶跃输入？什么是转向盘角阶跃输入下的稳态响应和瞬态响应？它们的评价参量有哪些？答：等速直线行驶时，急剧转动转向盘至某一转角，并维持此转角不变，即对汽车以转向盘角阶跃输入。一般汽车经短暂的过渡过程后进入等速圆周行驶，称为转向盘角阶跃输入下的稳态响应。在等速直线行驶和等速圆周行驶两个稳态运动之间的过渡过程所对应的瞬间运动响应称为转向盘角阶跃输入下的瞬态响应。其评价参量有：稳态横摆角速度增益（转向灵敏度）、反应时间、横摆角速度波动的无阻尼圆频率。武汉理工大学余晨光典型行驶工况性能主要包括哪些？其评价参量主要有哪些？答：典型行驶工况性能主要包括蛇行性能、移线性能、双移线性能（回避障碍性能）。其评价参量主要有转向盘转角、转向力、侧向加速度、横摆角速度、侧偏角、车速等。武汉理工大学余晨光什么是车辆坐标系？在该坐标中定义了哪些运动参量？答：图中OXYZ坐标系固定在车身上，原点O为汽车的质心，处于汽车左右对称平面内，X轴为车身纵向水平轴，方向向前。Z轴通过质心指向上方，Y轴水平向左。在车辆坐标系中描述的汽车运动包括汽车质心速度在X轴、Y轴和Z轴上的分量（分别称为前进速度u、侧向速度v和垂直速度），以及车身角速度在X轴、Y轴和Z轴上的分量（分别称为侧倾角速度ωp、俯仰角速度ωq和横摆角速度ωr）。武汉理工大学余晨光什么是车辆坐标系？在该坐标中定义了哪些运动参量？武汉理工大学余晨光什么是轮胎坐标系？正的回正力矩、侧偏角和外倾角是如果定义的？什么是侧偏现象？何时会出现？什么是侧偏特性？侧偏力和侧偏角的关系如何？轮胎结构及工作条件对侧偏特性的影响如何？为何有回正力矩存在还有可能造成翻倾事故？武汉理工大学余晨光什么是轮胎坐标系？正的回正力矩、侧偏角和外倾角是如果定义的？答：轮胎坐标系原点O为车轮平面和地平面的交线与车轮旋转轴线在地平面上投影线的交点。车轮平面与地平面的交线取为X轴，规定向前为正。Z轴与地平面垂直，规定指向上方为正。Y轴在地平面上，规定面向车轮前进方向时指向左方为正。地面反作用力产生绕Z轴的回正力矩按右手法则判断正负；侧偏角是轮胎接地印迹中心（即坐标系原点）位移方向与X轴的夹角，偏向XOY平面第一象限为正；外倾角是垂直平面(XOZ面)与车轮平面的夹角，规定偏向右方为正（即右轮外倾角为正，左轮外倾角为负）。武汉理工大学余晨光什么是轮胎坐标系？正的回正力矩、侧偏角和外倾角是如果定义的？武汉理工大学余晨光什么是侧偏现象？何时会出现？答：轮胎的侧偏现象，是指当车轮有侧向弹性时，即使地面的侧向反作用力FY（即侧偏力）没有达到附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平面的现象。汽车行驶过程中，因路面侧向倾斜、侧向风或曲线行驶时离心力等的作用，车轮中心沿Y轴方向将作用有侧向力Fy，在地面上产生相应的地面侧向反作用力FY（即侧偏力）时会出现侧偏现象。武汉理工大学余晨光什么是侧偏特性？侧偏力和侧偏角的关系如何？答：侧偏特性主要是指侧偏力、回正力矩与侧偏角间的关系。汽车正常行驶时，侧向加速度不超过0.4g，侧偏角不超过4°～5°，可以认为侧偏角与侧偏力成线性关系。FY～α曲线在α＝0°处的斜率，称为侧偏刚度k，单位为N/rad或N/(°)。即：YFk武汉理工大学余晨光轮胎结构及工作条件对侧偏特性的影响如何？答：尺寸↑的轮胎，k↑；子午线轮胎接地面宽，k↑；钢丝轮胎比尼龙轮胎k↑；扁平率（高宽比）：H/B↓，k↑；在一定范围内，载荷↑（FZ↑），k↑。但载荷↑↑时，k↓；轮胎充气压力↑，k↑；行驶车速对k影响较小；切向作用力FX增加，侧偏力FY减小；潮湿特别在积水时，k↓很大。武汉理工大学余晨光为何有回正力矩存在还有可能造成翻倾事故？答：通过对侧偏力引起的稳定回正力矩的分析：1）侧偏力FY较小时，其轮胎拖距e较小，此时回正力矩TZ=FY×e较小；2）侧偏力FY增加时，其轮胎拖距e也随之增大，此时回正力矩TZ增大；3）随着侧偏力FY进一步加大，接地印记后部部分达到附着极限，轮胎拖距e逐渐减小，此时回正力矩TZ也有所减小；4）之后接地面后部发生侧向滑动，轮胎拖距e变为负值，此时回正力矩TZ不再起回正作用，而是加剧转向，这时就有可能造成翻倾事故。武汉理工大学余晨光外倾角与外倾侧向力的关系如何？外倾角如何产生回正力矩，其正负符号如何？什么是线性二自由度汽车模型？如何将汽车简化为线性二自由度汽车模型？武汉理工大学余晨光外倾角与外倾侧向力的关系如何？外倾角如何产生回正力矩，其正负符号如何？答：外倾侧向力FYγ与外倾角γ是线性关系，即由于车轮的向前滚动，轮胎和地面的相互作用力（分布力）偏向前方，外倾侧向力FYγ的作用点和地面垂直反力FZ类似也偏向前方，因此产生绕OZ轴的回正力矩。在轮胎坐标系中，右轮的外倾角为正，产生负的外倾侧向力，产生负的回正力矩。γγYFk武汉理工大学余晨光什么是线性二自由度汽车模型？如何将汽车简化为线性二自由度汽车模型？答：线性二自由度汽车模型是指仅有沿y轴的侧向速度v和绕z轴的横摆运动ωr，且轮胎的侧偏特性处于线性范围的汽车模型。简化过程：忽略转向系统的影响，直接以前轮转角δ作为输入；忽略悬架的作用；车身只作平行于地面的平面运动（即w、ωP、ωq均为0）；汽车前进速度u不变；汽车的侧向加速度ay0.4g。武汉理工大学余晨光稳态横摆角速度增益的表达式？式中各参数的含义及单位？为什么可以用稳定性因数K来判断汽车稳态响应的类型？什么是特征车速和临界车速？如何计算？有何意义？有哪几种表示汽车稳态转向特性的方法。表征稳态响应的具体参数有哪些？它们彼此之间的关系如何？武汉理工大学余晨光稳态横摆角速度增益的表达式？式中各参数的含义及单位？答：ωr/δ——横摆角速度增益；u——速度,m/s；L——轴距，m；K——稳定性因数，s2/m2；m——汽车质量，kg；a，b——汽车质心至前、后轴的距离，m；k1，k2——汽车前、后轮侧偏刚度，N/rad。（负值）2/1ruLKu221()mabKLkk武汉理工大学余晨光为什么可以用稳定性因数K来判断汽车稳态响应的类型？答：因为所以按照三种汽车稳态响应类型的定义有：K=0R=R0NeutralSteer中性转向K0RR0Understeer不足转向K0RR0Oversteer过多转向2202(1)(1)1rruuLuRRKuRKuuLKu武汉理工大学余晨光什么是特征车速和临界车速？如何计算？有何意义？答：当车辆为不足转向时，车速为特征车速uch时，汽车稳态横摆角速度增益达到最大值，而且其值为中性转向汽车横摆角速度增益的50%。计算式为：特征车速uch是表征不足转向量的一个参数。当不足转向量增加时，K增大，特征车速uch降低。另外对于高速行驶轿车，一般特征车速uch在70~80km/h左右，即汽车常用车速时转向灵敏度较高。ch1uK武汉理工大学余晨光什么是特征车速和临界车速？如何计算？有何意义？答：当车辆为过多转向时，当车速为ucr时，汽车横摆角速度增益趋向于无穷大，汽车将失去稳定性。ucr称为临界车速，是表征过多转向量的一个参数。临界车速ucr越低，过多转向量越大。计算式：临界车速ucr的意义在于过多转向时，如果接近临界车速ucr时汽车将失去稳定性。因为此时ωr/δ趋于无穷大时，只要极其微小的前轮转角便会产生极大的横摆角速度。这意味着汽车的转向半径R极小，汽车发生激转而侧滑或翻车。cr-1uK武汉理工大学余晨光有哪几种表示汽车稳态转向特性的方法。答：1）根据汽车稳态转向三种类型的定义，即R/R0的关系来判断；2）根据稳定性因数K值来判断；3）根据前后车轮侧偏角绝对值的差即（α1-α2）来判断；4）根据静态储备系数S.M.来判断；5）根据中性转向点Cn与汽车质心C的位置关系来判断。012/10()0..0CnRRKSMC质心在中性转向点之前武汉理工大学余晨光表征稳态响应的具体参数有哪些？它们彼此之间的关系如何？答：表征稳态响应的具体参数通常有R/R0、K、（α1-α2）、S.M.等。它们之间的相互关系如下：20/1RRKu12yKaL01212/()()LRRR2121212..kkkaLSMKkkLkkm＝武汉理工大学余晨光前轮角阶跃输入下的瞬态响应中用来表征响应品质好坏的参数主要有哪些？什么是车厢侧倾轴线、侧倾中心？什么是悬架的线刚度？单横臂独立悬架的线刚度如何计算？什么是悬架的侧倾角刚度？如何计算？侧倾力矩由哪三部分组成？武汉理工大学余晨光前轮角阶跃输入下的瞬态响应中用来表征响应品质好坏的参数主要有哪些？答：（1）横摆角速度ωr波动的固有（圆）频率ω0ω0值应高些为好，这样可以减少谐振的倾向。通常f0=ω0/2π，f0值在1HZ左右。（2）阻尼比ζ随着阻尼比ζ的增大，横摆角速度ωr的衰减很快，汽车的操纵稳定性也变好。21201ZkkLKuumI22121221221ZZmakbkIkkLmIkkKu武汉理工大学余晨光前轮角阶跃输入下的瞬态响应中用来表征响应品质好坏的参数主要有哪些？答：（3）反应时间τ：汽车横摆角速度ωr需要经过时间τ后才能第一次达到稳态值ωr0，即反应时间τ。反应时间短，驾驶员感到转向响应迅速、及时，否则就会觉得转向迟钝。一般希望反应时间短些为好。（4）峰值反应时间ε：从时间坐标原点开始，到所测横摆角速度响应达到第一个峰值止的时间称为峰值反应时间ε。反应时间与峰值反应时间只是一个相互比较的参考性数据。武汉理工大学余晨光什么是车厢侧倾轴线、侧倾中心？答：车厢相对于地面转动时的瞬时轴线称为车厢侧倾轴线。侧倾轴线通过车厢在前、后轴处横断面上的瞬时转动中心；这两个瞬时转动中心称为侧倾中心。武汉理工大学余晨光什么是悬架的线刚度？单横臂独立悬架的线刚度如何计算？答：悬架的线刚度是指车轮保持在地面上而车厢作垂直运动时，单位车厢位移下，悬架系统给车厢的总弹性恢复力。单横臂独立悬架的线刚度KL计算式如下：s222llmKnkK武汉理工大学余晨光什么是悬架的侧倾角刚度？如何计算？答：悬架的侧倾角刚度是指车厢侧倾时（车轮保持在地面上），单位车厢转角下，悬架系统给车厢的总弹性恢复力偶矩，即Φrr22sdd1122lTKΦBmKBkn武汉理工大学余晨光侧倾力矩由哪三部分组成？答：（1）悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩M1（2）侧倾后悬挂质量重力引起的侧倾力矩M2（3）独立悬架中非悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩M321s2s1sss[]yhbhauMFhmhRL2srMGh3u0yMFhr武汉理工大学余晨光横向稳定杆起什么作用？为何通常在轿车的前悬架加装横向稳定杆？什么是侧倾外倾？某轿车的悬架系统采用双横臂独立悬架和单横臂独立悬架，请问该车的前、后悬架悬架应采用哪种悬架？分析说明其道理。什么是侧倾转向？为何有些轿车后轮也设计有前束角？什么是变形转向？为何回正力矩作用的总效果一