第3章工程分析方法与KC试验台.pdf

汽车操纵稳定性工程分析方法 • 参考资料： • 1、蔡世芳 汽车操纵稳定性评价指标和参 数匹配的工程分析方法 • 2、汽车理论 第二版P154-160 汽车操纵稳定性工程分析方法 • 1、数学模型： • 为了简化数学模型并保证足够的工程分析精 度，这里利用多自由度系统的一种近似解法 即缩减自由度法，把多自由度模型缩减为只 有 和的二自由度模型、其方法是忽略 和 以外其它自由度的惯性和阻尼而计及它们运 动的静态耦合效应 • 只要把简单的二自由度模型中的轮胎侧偏刚 度换以综合了各种侧偏效应的车轮当量侧偏 刚度，就可变成缩减的二自由度数学模型 • 即 = i rr汽车操纵稳定性工程分析方法 假设： •汽车垂直位移和俯仰，侧倾惯性质量及 其阻尼，转向系惯性质量及其阻尼均为 零 •内、外轮转向角和侧偏角相等 •行驶车速不变，忽略轮胎切向力和空气 动力的作用 • 汽车操纵稳定性工程 分析方法 • 线性二自由度汽车模型线性二自由度汽车模型的运动微分方程的运动微分方程   rZrrrIakkbkaubkakuvmkbkakukk122122112121)(1)()()(1)(汽车操纵稳定性工程分析方法 评价指标 •反映系统固有特性的参量：横摆振动固有频率，相对阻尼 系数和系统的时间常数Tz。

•反映稳态特性的参量：不足转向量1－2，转向灵敏度和汽车重心侧偏角 •时域反映横摆运动瞬态响应的参量：峰值反应时间和横摆 角速度超调量 •频域反映横摆运动瞬态响应的参量：固有频率，幅值比和 相位差 •综合参量：汽车因素 TB，TB 必须在同一工况下得出，通 常 V＝31．3m／s， a，＝ 0．4g 汽车操纵稳定性工程分析方法 • 侧偏柔度（cornering compliance）这个概念来表明线性范围内汽车前、后轮侧偏角的大小侧偏柔度是根据小侧向加速度时汽车零部件的线性特性外推到侧向加速度为一个g时的侧偏角，其单位为（°）／g，以符号D表示用侧偏柔度 D代替侧偏刚度K 汽车操纵稳定性工程分析方法 侧偏柔度由下列各项构成侧偏柔度由下列各项构成： 1．侧向力引起的轮胎弹性侧偏角 （ 单 位 为 （ o ） ／ g ） Da=57.3 G/k , G前轴或后轴的重量（N），k为 前轴或后轴的总侧偏刚度(取绝对 值） 汽车操纵稳定性工程分析方法 2.外倾引起的侧偏角: ：侧倾外倾系数 ：侧向加速度一个 g时的外倾角 g  kkDb g汽车操纵稳定性工程分析方法 3.侧向力变形外倾引起的侧偏角 ：侧向力变形外倾系数(1000N) k FGD ysc1000yF汽车操纵稳定性工程分析方法 4.轮胎回正力矩引起前、后轮侧偏力的变 化而产生的侧偏角Dd E:回正力矩系数( Nm/rad) )( )( 11 2 22 11bkEDbkEDDdad轮胎回正力矩引起前、后轮侧偏力的变化而产生的侧偏角Dd • e1和e2是轮胎拖距； • 1＝57.3G(b+e2)/(k1L)=57.3Gb(1+e2/b)/(k1l) 2=57.3G(a-e1)/(k2 L)=57.3Ga(1-e1/a)/(k2L) mg Fy1’ Fy2’ e1 e2 a b a-e1 b+e2 L • 外推到一个g时的回正力矩为： • E为回正力矩系数，所以轮胎拖距 • 所以 kE kDaEDae＝3 .57EDazT )1 ()1 (3 .57)1 ()1 (3 .5711 1 112222 1 2211akEDakE lkGabkEDbkE lkGbaa＝回正力矩使前轮增加，后轮减少 侧偏角 Dd(单位°/g) )()(11 1222 11akEDDbkEDDadad汽车操纵稳定性工程分析方法 5.侧倾转向引起的车轮转向角 6.侧向力变形转向引起的车轮转向角 7.回正力矩变形转向引起的车轮转向角 geD ys fFGD 1000TGTDeiz g 100)(汽车操纵稳定性工程分析方法 • 前后侧偏柔度为： • D1＝Da1+Db1+Dc1+Dd1+De1+Df1+Dg1 • D2＝Da2+Db2+Dc2+Dd2+De2+Df2+Dg2 具体例子 汽车操纵稳定性工程分析方法 小轿车结构参数统计值 • 侧倾转向系数deg/deg：0.1－0.25 • 侧倾外倾系数deg/deg： 0.6－1.1 • 前侧向力变形转向系数deg/N :（2.75－4.71）×10－6 • 后侧向力变形转向系数(deg/N):(-1.57－1.18）×10－6 • 前侧向力外倾系数(rad/N) ：（3.318-9.806）×10－6 • 后侧向力外倾系数(rad/N )：（11 .76-4.31）×10－6 • 回正力矩变形转向系数(rad/Nm)：（0-0.516）×10－4 • 轮胎拖距：L/6 =0.028-0.04 汽车操纵稳定性工程分析方法 • 不足转向量：U＝D1－D2 • 稳定性因数 K＝U/(57.3 gL) 项目项目 Da Db Dc Dd De Df Dg ∑∑D U 2 人人 ，， 带带 束斜交胎束斜交胎 前前 7.3 1.4 0.3 0.2 -0.3 0.0 1.6 10.5 4.4 后后 6.2 0.0 0.2 -0.2 -0.4 0.1 0.2 6.1 满载带束满载带束 斜交胎斜交胎 前前 7.4 1.7 0.3 0.2 -1.2 0.0 1.9 10.3 5.2 后后 6.8 0.0 0.4 -0.2 -2.3 0.1 0.3 5.1 2 人人 ，， 带带 束斜交胎束斜交胎 前新后磨前新后磨 前前 7.3 1.4 0.3 0.2 -0.3 0.0 1.6 10.5 5.0 后后 5.6 0.0 0.2 -0.2 -0.4 0.1 0.2 5.5 2 人人 ，， 前前 子午胎子午胎，， 后带束后带束 前前 4.7 0.2 0.0 0.1 -0.3 0.0 1.3 6.0 -0.1 后后 6.2 0.0 0.2 -0.2 -0.4 0.1 0.2 6.1 2 人 不 同人 不 同 子午胎子午胎 前前 5.5 0.4 0.1 0.1 -0.3 0.0 1.5 7.3 3.1 后后 4.4 0.0 0.0 -0.1 -0.4 0.1 0.2 4.2 满载前子满载前子 午后带束午后带束 前前 4.6 0.3 0.1 0.1 -1.1 0.0 1.1 5.1 -2.1 后后 8.8 0.0 0.4 -0.2 -2.3 0.1 0.4 7.2 典型轻型典型轻型 货车货车 前前 5.9 0.2 - 0.8 1.0 1.0 1.0 9.9 5.3 后后 7.5 0.0 -- -1.4 -1.5 0 0 4.6 轮胎 外倾 侧向力 回正力矩 侧倾 侧向力 回正力矩 变形外倾 转向 变形转向 变形 汽车操纵稳定性工程分析方法 汽车操纵稳定性工程分析方法 汽车操纵稳定性工程分析方法 • 3.阻尼比 汽车操纵稳定性工程分析方法 反应时间是达到稳态值的时间 汽车操纵稳定性工程分析方法 • 分析方法的精度：Bj212 空载 V＝100Km/h 干路面 ay=0.2g • Tp(s) 四自由度 0.6 工程分析方法：0.53 相对误差： 11.7% 汽车操纵稳定性工程分析方法 分析方法的精度：红旗CA770的试验( 脉冲试验） 与计算，对比不同轮胎匹配： 汽车操纵稳定性工程分析方法 BENZ载重车 G＝86700N ,L＝4.2m 转向系速比 I=22.7， 重心位置前42％,后58％；v=20m/s, ay=3m/s^2 轮胎配套试验结果： 汽车操纵稳定性工程分析方法 参数匹配规律 结论： 1、轴距L，转动惯量I在可能范围内不会有明显的 影响。

例如：某小汽车：l=2.5m,b=1.26m,I=14,D2=4,k=4. 如果L和I增加、减少10％，评价指标变化不超过 4～6％ 汽车操纵稳定性工程分析方法 参数匹配规律 结论： 2、后轮侧偏 柔度D2是影 响汽车操纵 稳定性最重 要的参数， 必须尽量降 低D2 汽车操纵稳定性工程分析方法 结论： 3、不足转向量U>0 4、 U=0.4-0.6|Dr| 现代小汽车统计值： U＝1.5 ° ~4 ° D2=3.5 ° ~7° 这里K=U 汽车操纵稳定性工程分析方法 • 5、提高轮胎侧偏刚度是降低Dr的最重要 途径：近30年轮胎侧偏刚度迅速提高； 80年代轮胎与50年代相比，提高3倍 • 6、 U的获取： • 重心位置： • 利用后轮侧倾外倾、侧倾转向（利用后 轮比前轮好） • 转向轮回正 侧偏柔度不是主要调节因素 汽车操纵稳定性工程分析方法 • 利用后轮侧倾外倾和侧倾转向比利用前 轮有效得多（例如，L=2.5m,b=1.256m) Df=-10;Dr=-6Df=-12,Dr=-6Df=-10,Dr=-4 TB(s.deg)0.950.860.42 TB相对变化率9．5％56％卡车稳态转向特性 中型卡车的转向特性 • 对EQ140汽车如何加大其不足转向量， 使其不发生过多转向？ 1、改变后前轴荷比， （即a/b重心位置） 工况 ay 1-2 d(1-2 )/d ay a/b=2.95 0.2g 0.41 -0.58 a/b=2.95 0.3g 0.17 -4.34 a/b=2.3 0.2g 1.0 2.72 a/b=2.3 0.3g 1.13 -0.33 中型卡车的转向特性 2、改变后前角刚度的比值 后前角刚度比6.3 后前角刚度比3.1 1-2 d(1-2 )/d ay 1-2 d(1-2 )/d ay ay=0.2g 0.41 -0.58 0.43 -0.18 ay=0.4g -0.56 -11.17 -0.27 -7.31 中型卡车的转向特性 • 前轮回正与转向系刚度 工况 ay 1-2 d(1-2 )/d ay Ks=585Nm/day 0.2g 0.41 -0.58 0.3g 0.17 -4.34 Ks=427Nm/day 0.2g 0.61 -0.06 0.3g 0.4 -4.32 中型卡车的转向特性 • 前轴侧倾转向： • 对垂直干涉量的要求：无标准。

• 法国雷诺公司要求：上下跳动100mm时， 转向球头因运动干涉水平方向运动不大 于5mm;日本丰田公司要求上下垂直跳动 40mm,水平干涉运动小于4mm 各车左右侧倾转向 中型卡车的转向特性 • 后轴轴转向 结构参数改变的稳态转向特性 中型卡车的转向特性 • EQ140汽车的改进方案： • 1、前加横向稳定杆，直径30 • 2、纵拉杆下降25 mm • 3、转向节臂与前轴的夹角11度改为0 中型卡车的转向特性 车型 头型 载重（Kg) 轮胎侧偏 角之差 前轮回正 13 前轴侧倾 转向12 后轴轴转 向22 前后轴侧 偏角之差 BenZ913 平 5500 0.35 1.35 -0.2 0.4 1.1 Mazda 平 3000 0.6 0.7 0.1 -0.2 1.6 IsuzuTD72 长 8500 0.3 1.2 0.4 0.3 1.6 Ford600 长 5000 0.1 1.0 0.1 0 1.2 CA10B 长 4000 -0.2 0.8 1.4 0.3 1.6 EQ140 长 5000 -0.2 0.7 0.1 0.4 。