汽车发动机原理与汽车理论基本课件-第十六章.ppt

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1、第一节　概　　述第二节　轮胎侧偏特性第三节　线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应特性第四节　汽车操纵稳定性与悬架、转向系的关系第五节　汽车操纵稳定性的道路试验第六节　操纵稳定性的主动控制第十六章　汽车的操纵稳定性定义：在驾驶员不感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽车能按照驾驶员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。意义操纵方便性高速安全性行驶方向直线转弯干扰路不平侧风货物或乘客偏载1内容输入：角输入、力输入响应：时域响应、频域响应。横摆角速度频率响应特性回正性转向半径转向轻便性直线行驶性（侧向风稳定性、路面不平稳定性、弯

2、道行驶性）典型行驶工况极限行驶性能第一节概述2车辆坐标系及时域响应汽车时域响应分为稳态响应和瞬态响应。转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应：等速直线行驶，急剧转动转向盘，然后维持转角不变，即对汽车施以转向盘角阶跃输入，汽车经短暂的过渡过程后进入等速圆周行驶工况。转向盘角阶跃输入下的瞬态响应：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。稳态转向特性：不足转向、中性转向、过度转向。转向盘保持一个固定转角不变，缓慢加速或以不同车速等速行驶时，不足转向的汽车转向半径逐渐增大，中性转向的汽车转向半径不变，而过度转向的汽车转向半径逐渐减小。汽车时域响应是把

3、汽车作为开环控制系统的控制特性。驾驶员－汽车系统是一个闭环控制系统：在汽车行驶过程中，驾驶员根据需要，操纵转向盘使汽车做转向运动。路面的凹凸不平、侧风、偏载等影响汽车的行驶。驾驶员根据道路、交通等情况，通过眼、手及身体感知的汽车运动状况（输出参数），经过头脑的分析、判断（反馈），修正其对转向盘的操纵。如此不断地反复循环，操纵汽车行驶前进。主观评价法:凭借主观感觉的评价转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应：3.评价方法客观评价法：用测试仪器测物理参数：侧偏特性：侧偏力、回正力与侧偏角的关系1轮胎坐标系第二节轮胎的侧偏特性概念最大侧偏力的影响因素附着条件及垂直载荷FZ轮胎胎面

4、花纹、材料、结构、充气压力路面材料、结构、潮湿程度车轮外倾角3.轮胎结构、工作条件与侧偏特性尺寸↑的轮胎，k↑；子午线轮胎接地面宽，k大；钢丝比尼龙轮胎k大；扁平率：轮胎断面高度与断面宽度之比H/B↓，k↑；在一定范围内，载荷↑（FZ↑），k↑。但载荷↑太大时，k↓；轮胎充气压力↑，k↑；行驶车速对k影响较小；潮湿特别在积水时，k↓很大。附着椭圆一定侧偏角下，驱动力或制动力增加时，侧偏力逐渐有所减小，这是由于轮胎侧线弹性有所改变的关系。当纵向力相当大时，侧偏力显著下降，接近附着极限时，切向力已耗去大部分附着力，而侧向力能利用的附着力很小。4回正力矩5轮胎外倾角对侧偏力的

5、作用☆忽略转向系的影响，以前轮转角作为输入；☆汽车只进行平行于地面的平面运动，而忽略悬架的作用；☆汽车前进（纵轴）速度不变，只有沿y轴的侧向速度和绕z轴的横摆运动(ay<0.4g)；☆驱动力不大，对侧偏特性无影响；☆忽略空气阻力；☆忽略左右轮胎因载荷变化引起轮胎特性的变化；☆忽略回正力矩的变化。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应1.线性二自由度汽车模型的运动微分方程Y向力平衡对质心取矩2前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应－－等速圆周运动2.1稳态响应的评价指标：稳态横摆角速度增益或转向灵敏度2稳态响应的三种类型过度转向Over-Steering不足转向Unde

6、r-Steering中性转向Neutral-Steering当汽车以很低的速度和/或很大转向半径行驶时，侧偏角很小，即则有特征车速临界车速过度转向汽车车速达到临界车速时将失去稳定性。因为只要一个很小的转角，横摆角速度增益r/就趋于无穷大。因为假设纵向速度为优先值，根据纵向速度与角速度的关系可知，汽车的转向半径极小，这样汽车必定发生激转而发生侧滑或侧翻。过度转向特性的问题3.几个表征稳态响应的参数Ackmann角转向半径比值静态裕度静态储备系数二自由度模型忽略了前、后轴及左、右轮载荷变化、车轮外倾角、悬架导向杆系及变形对轮胎侧偏角的影响。因此，轮胎弹性侧偏角绝对

7、值的大小取决于整车质心位置和轮胎无外倾角也无载荷变化下的侧偏刚度。第四节汽车操纵稳定性与悬架、转向系的关系1.车身侧倾轴线：车厢相对地面转动时瞬时轴线。侧倾中心：侧倾轴线通过车厢在前后轴处横断面的瞬时转动中心。侧倾中心的位置由悬架的导向机构所决定。可用解析和图解两种方法获得侧倾中心。图解方法是利用可逆原理，即假设车厢不动而地面相对车厢发生转动，求出地面相对车厢的瞬时转动中心，它也是车厢的侧倾中心。汽车的外倾无侧向力有侧向力商用车轿车悬架的侧倾角刚度t-tires-spring车身质量非悬挂质量车厢的侧倾角：车厢在侧向力的作用下