第五章：汽车的操纵稳定性

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1、第五章：汽车的操纵稳定性VehicleDrivingStability主讲教师：褚志刚MobilePhone:13983615968QQ：798566341IntroductionWhat?前提：驾驶员在不感到过分紧张、疲劳的条件下能力：1）汽车能遵询驾驶员通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，2）且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳态行驶的能力HowtoEvaluate出发点：把汽车看成是一个控制系统，求出该系统在作曲线行驶时的时域响应和频域响应时域响应：是指汽车在转向盘输入或者外界侧向输入下的运动响应频域响应：是指汽车的操纵性能随着频率的变化

2、关系EvolutionParameter1、转向盘角阶跃输入下的稳态响应和瞬态响应2、横摆角速度频率响应特性3、回正性能4、转向半径5、转向轻便性6、直线行驶能力7、蛇行单移线双移线等典型工况的性能8、极限工况行驶能力HowtoStudy实际汽车总是“人－车－路”闭环系统开环系统只有驾驶员的操纵指令和汽车本身，而无人的反馈控制作用闭环系统的客观性和再现能力不如开环系统2轮胎的侧偏特性轮胎坐标系车轮平面：垂直于轮轴的轮胎中分平面坐标原点：车轮平面与地面的交线与轮轴在地面的投影线的交点X轴：车轮平面与地面的交线，向前为正Z轴：过原点的地面垂直线，向上

3、为正Y轴：右手法则确定轮胎的受力Fx：地面切向反作用力Fy：地面侧向反作用力(即侧偏力)Fz：地面法向反作用力Tz：回正力矩侧偏角和外倾角侧偏角：接地印迹中心与x轴的夹角，由x轴向y轴旋转为正外倾角：垂直平面与车轮平面的夹角，由y轴向z轴旋转为正轮胎简化为刚性时……..Fy<附着极限，无滑动，沿c－c线行驶Fy>附着极限，有滑动，沿u’方向行驶没有侧滑实际轮胎必然具有弹性……在受到侧偏力Fy下静止时：轮胎侧向变形，接地印迹中心线aa与车轮平面cc平行错开滚动时：接地印迹中心线aa与车轮平面cc成一角度α，即侧偏角轮胎侧偏现象和侧偏特性产生机理：由于实

4、际的车轮具有侧向弹性，在有侧偏力Fy作用下，即使Fy未达到车轮的侧向附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平面cc的方向，即轮胎产生了侧偏现象，该特性称为轮胎的侧偏特性侧偏特性的表示方法侧偏特性曲线来表示，即侧偏力与侧偏角之间的关系曲线具有明显的非线性在侧偏角小于4度时基本成线性关系实际汽车在侧向加速度不超过0.4g时，侧偏角一般不超过5度侧偏刚度：侧偏力与侧偏角关系曲线中侧偏角为0度时的斜率，单位N/rad，为负值轮胎应该具有怎样的侧偏特性呢？轮胎应该具有较高的侧偏刚度，以保证良好的操纵稳定性轮胎应该具有足够的最大侧偏力，最大侧偏力越大，极限性能越好侧

5、偏特性取决于附着条件，如垂直载荷、胎面花纹、轮胎材料、轮胎结构、轮胎气压、路面及车轮外倾角等等轮胎侧偏特性的影响因素——扁平率的影响扁平率：轮胎横截断面的高度与宽度之比扁平率越小，即轮胎越宽，则侧偏刚度越高减少轮胎扁平率是提高侧偏刚度的主要措施（采用加宽轮胎）轮胎侧偏特性的影响因素——垂直载荷的影响垂直载荷增加，侧偏刚度提高垂直载荷过大，侧偏刚度反而下降，主要是由于轮胎与地面接触区的压力变得极不均匀轮胎侧偏特性的影响因素——轮胎气压的影响轮胎气压增加，侧偏刚度增加轮胎气压增加过高后，侧偏刚度将不再增加所以实际汽车应该在厂家额定的气压范围内工作轮胎侧偏

6、特性的影响因素——轮胎切向力的影响在一定侧偏角下，当切向力增加时，侧偏力逐渐下降，即侧偏刚度下降主要原因时轮胎的侧向弹性发生变化当切向力相当大时，侧偏力显著下降，因为此时切向力接近附着极限，切向力消耗掉了大部分附着力，而侧向能利用的附着力就很小了，因此，高速危险附着椭圆轮胎侧偏特性的影响因素——其他因素的影响路面及其粗糙程度、干湿状况对轮胎侧偏特性有显著影响（滑水现象：当路面有薄水层时，会出现完全丧失侧偏力的情况，此时转向不起作用，雨天路滑，慢速行驶）轮胎胎面花纹有显著影响行驶车速对侧偏特性影响较小回正力矩（绕z轴的力矩）a：静止时，车轮平面平行偏离

7、接地印迹中心线，各点变形相同，侧向反作用力均匀分布b：滚动时，印迹前端离车轮平面近，变形小后端远，变形大，而微元作用力的分布与变形成正比，故合力作用点移后一个拖距e，并产生了回正力矩Fy×ec：Fy继续增加至接地印迹的后端达到附着极限d：Fy继续增大，Fy将沿345分布，当再增加到所有部分均达到附着极限时，便发生了侧滑往侧向力方向回正回正力矩的影响因素轮胎的结构形式及结构参数：尺寸大的轮胎回正力矩大，子午线轮胎的回正力矩比斜交胎大轮胎气压的影响：轮胎的气压低，接地印迹长，轮胎拖距大，回正力矩大（漏气后气压低转向很难）地面切向反作用力的影响：切向力为驱

8、动力时，随着驱动力的增加，回正力矩达到最大后下降；当为制动力时，随着制动力增加回正力矩减小，到一定制动力后下