汽车理论 余志生 第五章
80页1、manuevereabilityhandling performance授课章节:4.1 概述4.2 轮胎的侧偏特性 目的要求:掌握操纵稳定性包含的内容;掌握车辆坐标系与 转向盘角阶跃输入下的时域响应;了解人汽车闭环 系统;熟练掌握轮胎侧偏特性及其有关概念。 重点难点:车辆坐标系与转向盘角阶跃输入下的时域响应、 轮胎侧偏特性及有关概念 第五章 汽车的操纵稳定性第一节 概述一、汽车的操纵稳定性不仅影响汽车驾驶的方便性,而且决定高速汽车安全行驶的一个主 要性能汽车的操纵稳定性包括操纵性和稳定性。操纵性 指汽车能够确切地响应驾驶员的转向指令的 能力。稳定性 指汽车在行驶过程中,具有抵抗改变其行驶 方向的各种干扰,并保持稳定行驶而不致失去控制甚至翻车 或侧滑的能力。汽车的操纵稳定性 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。二、汽车操纵稳定性包含的内容1. 汽车操纵稳定性的研究方法 在汽车操纵稳 定性的研究中,把汽车作为一控制系统,求出汽车曲线行驶 的时域响应与频域响应,并以它们来表
2、征汽车的操纵稳定性 能。汽车是一多元件组成的系统,是一多自由度动力学系统 但在大多数行驶状况下,如果侧向加速度不超过0.4g,忽略 次要因素,可将其视为一个线性动力学系统。(1)汽车系统 汽车系统是一个人车系统。近代汽车操纵稳定性研究中,常把汽车系统抽 象为闭环系统或开环系统进行研究。1)“人汽车”闭环系统 把驾驶员及汽车作为 统一整体的闭环自动调节系统。闭环系统中驾驶员既是“比较”、指令”元件,又是“感 受”、“测量元件。汽车是接受指令的调节对象,汽车状态为 调节参数。空气和路面对汽车起扰动的作用。因此,系统追 随驾驶员指令的灵敏程度,以及最终响应指令偏离程度,是 对汽车操纵性的描述;“指令不变时,系统在各种扰动下稳 定运行的能力是对稳定性的描述。2)汽车开环系统 仅研究驾驶员给定“指令”后汽 车在某种转向输入下的运行状态,不允许驾驶员起任何反馈 作用。开环系统的控制特性取决于汽车的结构与参数 ,是汽车本身固有的特性。闭环系统较完整地描述了输入、响应和反馈的 相互关系,但十分繁杂。由于驾驶员的反馈作用, 其客观性和再现性不如开环汽车系统的时域响应好 ,而且只能通过实车试验进行研究。因
3、而,在产品 开发阶段,广泛应用的理论分析对象只能是汽车开 环系统 (2)汽车曲线行驶的时域响应 指汽车在转 向盘输入或外界侧向干扰输入下的侧向运动响应。 1)转向盘输入 有两种形式:给转向盘作用一个角位移,称为角 位移输入,简称角输入;给转向盘作用一个力矩,称为 力矩输入,简称力输入。驾驶员在实际驾驶车辆时,对转向盘的这两 种输入是同时加入的。 2)外界侧向干扰输入 主要是指侧向风与路 面不平产生的侧向力。2. 汽车操纵稳定性的主要内容1)转向盘角阶跃输入下进入的稳态及瞬态 响应 是转向盘角位移输入下的时域响应。2)回正性 是一种转向盘力输入下的时域响应。3)横摆角速度频率响应特性 是转向盘转角正 弦输入下,频率由0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规律。它是另一个重要的表征汽车操纵稳定性的基础 特性。 4)转向半径 指最小转向半径。是评价汽车机动 灵活性的物理参量。 三、汽车的运动与车辆坐标系1车辆坐标系 固结于运动着的汽车上的动坐标系。1)坐标系的原点O与质心重合;2)xoz处于汽车左右对称平面内。当车辆在水平路面上处于静止状态下,x轴平行于地 面指向前方;3)
4、z轴铅垂向上方;4)y轴指向驾驶员的左侧。 2.车身空间运动的六个自由度1)纵向运动汽车质心沿x轴的运动;2)侧向运动汽车质心沿y轴的运动;3)垂向运动汽车质心沿z轴的运动;4)侧倾运动汽车质心绕x轴的转动;5)仰俯运动汽车质心绕y轴的转动;6)横摆运动汽车质心绕z轴的转动。与操纵稳定性有关的主要运动参量有:横摆角速度、侧 向速度、侧向加速度。四、转向盘角阶跃输入下的时域响应(研究汽 车方向稳定性的一种方法)车辆响应:由于外部或车辆内部的输入所产生的车 辆运动。汽车的时域响应可分为稳态响应和瞬态响应。1. 转向盘角阶跃输入 在汽车等速直线行驶时, 急速转动转向盘至某一转角后停止转动转向盘并维持此转角 不变,称这时转向盘的角输入为转向盘角阶跃输入。2. 转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应(汽 车的稳态转向特性) 在转向盘角阶跃输入下,汽车经 短暂时间后进入的等速圆周行驶。3. 汽车稳态转向特性的三种类型 不足转向、 中性转向和过多转向。 三种稳态转向特性汽车的行驶特点:在转向盘 保持一固定转角下,缓慢加速或以不同车速等速行 驶时,随着车速的增加,不足转向汽车的转向半径 增大;中性转向汽车的
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