武汉理工大学 车辆工程汽车理论讲稿(第5章).
154页1、汽 车 理 论 Theory of automobile,武汉理工大学汽车工程学院 2010年3月,乔维高,第五章 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;,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。不能过分降低车速或造成驾驶员疲劳。,第1节 概述,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。,操纵稳定性不好的具体表现,汽车操稳性引起的事故,4.29交通事故轨迹图,错误地在前、后轴混装子午线轮胎和斜交轮胎。具有过多转向特性的汽车,在转向时达到一定车速(称为“临界车速”)时,将会出乎意外地向转向内侧激转,造成事故。 该车转向系统相关零部件间累计间隙过大,方向盘自由行程严重超差,而又未及时维修(或维修质量不佳),未排除故障,带病运行,导致该车行驶中前束值或大或小不
2、断变化,使汽车行驶处于极不稳定状态,这也加剧了过多转向的趋势。 该车左后轮制动器因左后半轴油封损坏,齿轮油漏入左后轮制动器而导致该轮制动器工作失效。不均衡制动力造成的回转力矩。,车辆坐标系和汽车主要运动形式,汽车操纵稳定性评价方法,人-车闭环系统,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2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,轮胎的侧偏现象,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,侧偏力与侧偏角的关系,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
3、增大。但垂直载荷太大k反而减小。 *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,可能通过改变减少胎 压改变稳态试验结果。,纵向力与侧偏特性的关系,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。,回正性,轮胎不对称受力产生的回正力矩,有外倾角时的轮胎滚动,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,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。,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
4、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,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。,轮胎特性参数的正负规定,第3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,*忽略转向系统的影响,直接以前轮转角为输入。 *不考虑振动、侧倾、俯仰运动,认为汽车只作平行 于地面的运动; *不考虑轮胎切向力、外倾角、空气阻力的影响; *忽略左右轮胎载荷变化引起的侧偏特性变化; *忽略轮胎回正力矩; *认为轮胎侧偏特性处于线性范围; *认为汽车沿x轴速度不变。,二自由度汽车模型,汽车平面运动方程,式中:k1,k2为前后轮胎侧偏刚度(已知); 1,2为前后轮胎侧偏角(未知); a,b为汽车前后轴到质心的水平距离(已知) 。,汽车受到的y向外力和绕z轴的外力矩为,式中:k1,k2为前后轮胎侧偏刚度(已知); 1,2为前后轮胎侧偏角(未知); a,b为汽车前后轴到质心的水平距离(已知) 。,式中,v和r为待求的时间函数。,汽车平面运动方程为,汽车稳态响应,稳态下汽车平面运动
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