第六章 汽车的操纵稳定性

《第六章 汽车的操纵稳定性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章 汽车的操纵稳定性（111页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第六章 汽车操纵稳定性,第1节 概 述 第2节 轮胎侧偏特性 第3节 汽车转向轮的振动,第1节 概述,侧翻和侧滑的临界条件,汽车侧翻是指汽车在行驶过程中绕其纵轴线转动90或更大的角度，以至车身与地面相接触的一种危险的侧向运动。 侧翻分类: 一类是曲线运动引起的侧翻，指汽车在道路(包括侧向坡道)上行驶时，由于汽车的侧向加速度超过一定限值，使得汽车内侧车轮的垂直反力为零而引起的侧翻； 另一类是绊倒侧翻，指汽车行驶时产生侧向滑移，与路面上的障碍物侧向撞击而将其“绊倒”。,导致侧翻的根本原因是：横向稳定性丧失,侧翻和侧滑的临界条件,侧翻临界条件,随着行驶车速的提高，在离心力Fc的作用下，汽车可能以左侧

2、车轮为支点向外侧翻。 当右侧车轮法向反力FzR=0时，开始侧翻。因此，汽车绕左侧车轮侧翻的条件为： 汽车转弯半径为R，行驶速度为U，则,侧翻临界条件,横向坡道上不发生向外侧翻的极限车速：,当横向坡度值 即Umax= ,说明汽车在此坡度弯道行驶时，任意速度也不会使汽车绕外侧车轮侧翻。,思考题,为什么在修建公路时，常将弯道处筑有一定的坡度？,侧滑临界条件,在横向坡道上发生侧滑的临界条件是：,Fccos- Gsin=（Fsin Gcos）,第2节 轮胎侧偏特性,轮胎侧偏特性是轮胎的重要力学特性。 侧偏特性主要是指侧偏力、回正力矩与侧偏角间的关系，它是研究汽车操纵稳定性的基础。,1.轮胎的坐标系和术语

3、,建立坐标系 垂直于车轮旋转轴线的轮胎中分平面称为车轮平面。 坐标系原点O为车轮平面和地平面的交线与车轮旋转轴线在地平面上投影线的交点 车轮平面与地平面的交线取为x轴，规定向前为正。 z轴与地平面垂直，规定指向上方为正。 y轴在地平面上，规定面向车轮前进方向时指向左方为正。,常用术语,翻转力距Tx 滚动阻力矩Ty 回正力矩Tz 侧偏角 轮胎接地中心位移方向（车轮行驶方向）与x轴的夹角。 外倾角 xoz平面与车轮平面的夹角。,2.轮胎侧偏特性,汽车行驶过程中，因路面侧向倾斜、侧向风或曲线行驶时离心力等的作用，车轮中心沿轴方向将作用有侧向力，在地面上产生相应的地面侧向反作用力，也称为侧偏力 (图a

4、),若车轮是刚性的，则可以发生两种情况： 1)当地面侧向反作用力未超过车轮与地面间的附着极限时( )，车轮与地面间没有滑动，车轮仍沿其本身平面的方向行驶 2)当地面侧向反作用力达到车轮与地面间的附着极限时( )，车轮发生侧向滑动，若滑动速度为u，车轮便沿合成速度的方向行驶，偏离了车轮平面方向,2.轮胎侧偏特性,轮胎的侧偏现象，是指当车轮有侧向弹性时，即使没有达到附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平面的方向。,2.轮胎侧偏特性,2.轮胎侧偏特性,为了说明轮胎侧偏现象，设具有侧向弹性的车轮在垂直载荷为G的条件下，车轮中心受到侧向力，地面相应的有侧偏力时的两种情况：,第一种,车轮静止不滚动。由于车轮

5、有侧向弹性，轮胎发生侧向变形，轮胎胎面接地印迹的中心线与车轮平面不重合，错开，但仍平行于车轮平面。,第二种,车轮滚动。车轮滚动时接触印迹的长轴线aa，不只是和车轮平面错开一定距离，而且不再与车轮平面cc平行。图示出车轮的滚动过程中，车轮平面上点A1、A2、A3、 依次落在地面上，形成点Al、A2、A3、，点Al、A2、A3的连线aa与的夹角即为侧偏角。车轮就是沿着aa方向滚动的。显然，侧偏角的数值是与侧向力Fy有关的。,轮胎侧偏刚度,图为由试验测出的不同载荷和不同道路上某轮胎的侧偏力一侧偏角关系曲线。,曲线表明，侧偏角不超过5时，与成线性关系。汽车正常行驶时，侧向加速度不超过0.4g，侧偏角不

6、超过45，可以认为侧偏角与侧偏力成线性关系。 曲线在0处的斜率，称为侧偏刚度k ，单位为N/rad或N/()。由轮胎坐标系有关符号规定可知，负的侧偏力产生正的侧偏角。因此，侧偏刚度为负值。,侧偏刚度,轿车轮胎值约在-28000-80000N/rad范围内,侧偏刚度,从表中可看出，轮胎尺寸越大，,值也越大。,侧偏刚度,侧偏力较大时，侧偏角以较大的速率增长，即曲线的斜率逐渐减小。这时，轮胎在接地面处已发生部分侧滑。最后，侧偏力达到附着极限时，整个轮胎侧滑 最大侧偏力决定于附着条件，即垂直载荷，轮胎胎面花纹、材料、结构、充气压力，路面的材料、结构、潮湿程度以及车轮外倾角等。 最大侧偏力越大，汽车极限

7、性能越好，汽车圆周行驶的极限侧向加速度就越高。,瞬态响应,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。,瞬态响应评价指

8、标,（1）响应时间 以转向盘转角达到终值的 50的时刻，作为时间坐标原点，到所测横摆角速度第一次过渡到新稳态值的 50所用的时间，称为响应时间。这段时间应尽量短些，响应时间太长，驾驶员将感到汽车转向反应迟钝。 （2）峰值响应时间 从时间坐标原点开始，到所测横摆角速度响应达到第一个峰值止，这段时间称为峰值响应时间。由于打转向盘的起始时间难以准确确定，而且开始转动及停止转动转向盘前，转向盘转角变化速率较大，所以响应时间与峰值响应时间只是一个相互比较的参考性数据。,瞬态响应评价指标,（3）横摆角速度超调量 在t=时，横摆角速度达到最大值1、2往往大于0，1/0的百分数称为超调量。超调量表明瞬态响应中

9、执行指令误差的大小。超调量越小越好。减小超调量可使横摆角速度波动较快衰减。 （4）横摆角速度的波动量 在瞬态响应中，横摆角速度值在0值上、下波动。车速一定时，值的波动表现在转向半径R的时大时小，这就增加了驾驶的困难。汽车横摆角速度的波动周期T或频率，也是评价瞬态应的重要参数。 （5）稳定时间 横摆角速度达到稳定值的 95105之间的时间，称为稳定时间。这段时间应尽量短些，凡是能使横摆角速度加快衰减的因素，也是使稳定时间缩短的因素。,汽车时域响应是把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

10、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。,第3节 汽车转向轮的振动,车轮不平衡，产生后果 车行驶时稳定性变差,方向盘难以控制,严重跑偏,甚至高速时突然甩尾打横.,习题,什么是汽车的操纵稳定性？ 能解释轮胎的侧偏弹性 什么是汽车的瞬态响应和稳态响应 稳态转向特性有哪几种转向？ 侧翻的临界条件是什么？ 瞬态响应的评价指标是什么？,第1节 汽车通过性 第2节 汽车行驶平顺性,第七章 汽车的通过性和行驶平顺性,课前思考,为什么要了解汽车通过性？ 有哪些

11、参数可以评价汽车通过性？,常见现象,为什么陷进去出不来了？,解决办法有哪些？,地面附 着系数小,(1)人力推车 (2)往地面垫砖块儿或者石头 (3)差速器锁止,学习通过性的意义,【意义】： 对我们正确使用车辆具有很好的指导意义。 能够用更专业的知识帮助我们解释一些常见的现象，从而能够开发出提高汽车通过性的办法。,第1节 汽车通过性,通过性的概念 轮廓通过性参数（评价指标） 影响通过性的因素,一、通过性的概念,【定义】： 汽车的通过性是指汽车在一定载重下，能以足够高的平均车速，通过各种坏路和无路地带（如松软的土壤、沙漠、雪地、沼泽及坎坷不平地段），以及克服各种障碍（陡坡、侧坡、台阶、壕沟等）的能

12、力。,低附着系数路面和障碍,泥泞道路,45陡坡,通过性,通过性的分类,【分类】： 轮廓通过性和牵引支承通过性。 轮廓通过性是表征车辆通过坎坷不平路段和障碍的能力； 牵引支承通过性是指车辆顺利通过松软土壤、沙漠、雪地、冰面、沼泽等地面的能力。,第1节 汽车通过性,通过性的概念 轮廓通过性参数（评价指标） 影响通过性的因素,二、轮廓通过性参数,【间隙失效】 在越野行驶时，由于汽车与不规则地面的间隙不足，可能出现汽车被托住而无法通过的现象，称为间隙失效。 间隙失效主要有两种形式： 顶起失效是车辆中间底部的零件碰到地面，而被顶住的间隙失效。 触头失效（或托尾失效）是汽车前端（或车尾）触及地面的间隙失效

13、。,二、轮廓通过性参数,几何参数： 最小离地间隙 接近角和离去角 纵向通过角 最小转弯直径和最大通道宽度,最小离地间隙,【定义】： 除车轮外的最低点与路面间的距离。,表征： 汽车顺利通过树桩、石块等低矮障碍物的能力。,影响最小离地间隙的结构：前桥、飞轮壳、变速器壳等 在设计越野汽车时，应保证有较大的最小离地间隙。 轿车的最小离地间隙是：100200 越野车的最小离地间隙是：200370,接近角和离去角,【定义】： 指自车身前、后突出点，分别向前、后车轮外缘引切线，切线与路面之间的夹角。（如图所示）,表征： 汽车接近或离开障碍物时，不发生碰撞的能力。 接近角或离去角越大，通过性越好,纵向通过角,

14、【定义】： 指汽车空载、静止时，在汽车侧视图上通过车轮前后外缘做切线交于下部较低部位所形成的最小锐角，车辆可以超越的最大角度 。,表征： 汽车可无碰撞地通过小丘、拱桥等障碍物的轮廓尺寸。 纵向通过角越大，汽车的通过性越好。,最小转弯直径,【定义】： 车辆行驶过程中，方向盘向左或向右转到极限位置时，车辆外转向轮在其支撑面上的轨迹圆直径。,最小转弯直径,表征： 车辆在最小面积内的回转能力和通过狭窄弯曲地带或绕过障碍物的能力 转弯时机动性能,最大通道宽度或者转弯通道圆,转向盘转到极限位置时，下述两圆为车辆转弯通道圆： a.车辆所有点在支承面上的投影均位于圆外的最大内圆； b.包含车辆所有点在支承面上

15、的投影的最小外圆。,车辆有左和右转弯通道圆,最大通道宽度【定义】： 汽车最远点最小转弯直径，与最近点最小转弯直径之差的一半 。 越窄，通过性越好。,几款SUV通过性比较,倾覆失效,越野汽车在通过较大的侧坡或纵坡，可能导致汽车的倾覆失效。 在侧坡上直线行驶时，当坡度大到重力通过一侧车轮中心，而另一侧车轮的地面法向反作用力等于零时，则车辆将发生侧翻。,式中汽车不发生倒翻的极限角。 为了防止侧翻，汽车的质心应尽量降低，轮距应尽量宽。,第1节 汽车通过性,通过性的概念 轮廓通过性参数（评价指标） 影响通过性的因素,三、影响通过性的因素,主要有： 行驶速度 汽车车轮 轮胎花纹 增大轮胎直径和宽度 选择合

16、适的轮胎气压 减少滚动阻力 差速器正确使用 驾驶方法,1.行驶速度,当汽车的行驶速度降低时，土壤的剪切和车轮滑转的倾向减少。因此，用低速行驶克服困难地段，也可改善汽车的通过性。 越野汽车传动系最大总传动比一般较大。越野汽车最低稳定车速可按表71选取，其值随汽车总质量而定。,2汽车车轮,轮胎花纹 增大轮胎直径和宽度 选择合适的轮胎气压 减少滚动阻力,（1）轮胎花纹,正确选择轮胎花纹，可以提高在一定路面上的通过性 越野汽车的轮胎具有宽而深的花纹 ： 在湿路面上行驶时，由于只有花纹的凸起部分与地面接触，使轮胎对地面有较高的单位压力，足以挤出水层 ； 在松软地面上行驶时，轮胎下陷，嵌入土壤的花纹凸起的数目增加，与地面接触面积及土壤剪切面积都迅速增加，因而，同样能保证有较好的附着性