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1、1高等教育自学考试毕业设计（论文）题目：汽车操纵稳定性能影响因素及改进措施分析专业班级： 汽车维修与检测 姓名： 指导教师姓名、职称 ： 所属助学单位： 年 月 日2目 录绪论 .21 汽车操纵稳定性概述 .51.1 汽车操纵稳定性定义 .51.2 汽车操纵稳定性评价指标 .51.3 不同行驶工况下对操纵稳定性的要求 .72.1转向系对操纵稳定性的影响 .102.1.1转向器的影响 .102.1.2 转向传动机构的影响 .102.1.3 转向系与汽车横摆角速度稳态响应的关系 .102.2 传动系对汽车操纵稳定性的影响 .112.2.1 地面切向反作用力与“不足一过多转向特性”的关系 .112.
2、3 行驶系对汽车操纵稳定性的影响 .122.4 制动系对汽车操纵稳定性的影响 .142.5 气动力的影响 .143提高汽车操纵稳定性的方法 .16结论 .18致谢 .191摘 要本文主要分析了影响汽车操纵稳定性的影响因素，介绍了操纵稳定性评价的研究过程及针对汽车操纵稳定性能影响因素的改进措施分析及其有待继续研究的问题。关键词：汽车操纵稳定性；影响因素；改进措施2绪论1 课题研究的意义根据路面的交通情况，汽车有时直线行驶，有时沿曲线行驶。在出现意外情况时，驾驶员还要做出紧急的转向操作，以求避免事故。此外，汽车在行驶中还不断受到地面不平和大风等外界因素的干扰。为此，汽车应具备良好的操纵稳定性。在实
3、际中，从驾驶员感性的角度描述，操纵稳定性不好的汽车通常有以下几类表现： （1）“飘”。有时驾驶员并未发出指令，而汽车白己不断改变方向；（2）“晃”。驾驶员给出稳定的转向指令，但汽车却左右摇摆，行驶方问难于稳定。汽车在受到路面不平或忽然阵风的扰动时，也会出现这种感觉；（3）“反应迟饨”，驾驶员己经发出指令相当长的时间，但汽车还没有反应或转向过程完成太慢； （4）“丧失路感”。正常汽车的转弯程度会通过方向盘在驾驶员的于上产生相应的感觉。有些操纵性能不好的汽车，特别是在高速或转向剧烈的时候会丧失这种感觉。这会增加驾驶员的操纵困难或影响驾驶员做出正确的判断；（5)“失去控制”。某些汽车在车速超过一个临
4、界值后或向心加速度超过定值之后，驾驶员已经完全不能控制其方向。 随着道路的改善，特别是高速公路的发展，不仅轿车，连货车以 100 km/h车速行驶的情况也是常见的，而许多汽车设计时速更超过 200 km/h。随着汽车速度的不断提高。汽车操纵稳定性的问题就显得更加突出。操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度，而且也是决定高速汽车安全行驶的一个主要性能，被称之为“高速汽车的生命线”。所以，汽车操纵稳定性的研究日益受到重视，成为现代汽车研究中最重要的课题之一。汽车控制是靠驾驶员对转向系统的操纵而进行的，在一般的操纵条件下能够达到要求，但汽车处于恶劣工作状态或紧急状况时，汽车的控制往往比较困难，而
5、绝大多数交通事故就发生在这种非理想的驾驶状况下，所以在这些工况下增加辅助控制以提高汽车操纵性、稳定性是十分必要的。 2 操纵稳定性研究的概况3操纵稳定性研究的早期，一般采用经典力学分析方法，进行一些简单、局部的校核计算，不能对车辆的整体性能进行评价和分析，不能对汽车设计提供直接的指导。后来发展了一些基于简化模型和经验模型的计算与仿真，将汽车作为一个完整的控制系统进行分析研究，得到了一些对操纵稳定性规律的重要认识。但是， 由于模型过于简单，不能直接针对设计参数进行分析和优化。随着仿真技术的不断发展以及仿真软件的不断成熟，操纵稳定性也更多地采用比较成熟的计算机仿真理论和高性能的仿真软件进行分析研究
6、，同时与计算机辅助设计软件相结合直接指导和参与汽车设计参数的设计和优化。这种设计方法已经在国外汽车设计领域得到了比较广泛的应用，国内也开始了这方面的研究，并逐步推向实用化。在采用计算机仿真之前，首先要建立汽车的整车动力学模型。组成汽车动力学系统的元件有轮胎、悬架、转向系统等，它们都明显具有非线性特性。因此，所建立的模型也应该包括这些元件的非线性特性，整车模型应该是一多体动力学模型。同时，驾驶员特性对操稳性也有较大的影响，必需建立一定的驾驶员模型，将人一车一路作为一闭环系统进行研究。驾驶员模型现在一般采用最优预瞄模型。国内己在整车简化模型的基础之上进行了一些驾驶员模型在整车跟随特性中的影响的研究
7、；国外是将描述整车系统的动力学仿真软件加上驾驶员特性的控制计算机仿真软件结合起来，从而得到人一车一路闭环系统的仿真模型。近年来，随着多体动力学的诞生和发展，汽车建模方法出现了新的改变。由于对汽车模型的精确度要求越来越高，大型的多体系统动力学方程推导十分困难，因而通用的多体仿真软件(如ADAMS等)逐渐被应用。应用多体仿真软件建模将使汽车每一部件看作是刚性体或弹性体，他们的连接是通过各种约束来描述，多体动力学软件自动生成运动和动力学方程，并利用软件内部的数学求解器准确的求解。然而，多体模型包含的部件较多，有些参数难以测量，因而不能从整体上保证系统的准确性；另外，复杂的模型在计算机上求解时运行较慢
8、，使得仿真运算有一定困难。仿真技术领域里不断出现诸如人工神经网络、最优控制、模糊控制、虚拟现实等新技术，这些新技术逐步应用到操纵稳定性研究中必将给操稳性研究带来质的飞跃。在汽车操纵稳定性建模中，存在许多非线性环节，利用人工神经网络技术，结合实验数据进行建模，则可更好地模拟实际汽车，更好地掌握操纵稳定性规律。采用人工神经网络建立的轮胎力学模型，可以比较精确地反映轮胎侧偏特性，大大提高建模精度;利用人工神经4网络建立驾驶员模型，可采用不同时刻、不同距离的汽车运动轨迹与预期轨迹的误差值作为输入，输出前轮转角，这可使操纵稳定性仿真结果更接近于实际行驶试验。采用最优控制领域涌现的新寻优方法如遗传算法及人
9、工神经网络设计的主动悬架，可以获得不同工况下悬架系统控制力的最优值;利用最优控制、模糊控制或模糊神经网络设计的汽车制动防抱死(ABS)系统，可使汽车制动时的制动效能及方向稳定性能获得极大的改善。利用虚拟现实技术可实现汽车操纵稳定性分析结果的可视化，可进行不同道路工况下整车操纵性能及驾驶员反应的研究，以及驾驶员训练等等。综上，随着仿真技术自身的不断发展，随着仿真技术不断渗透到操纵稳定性研究之中，必将使得建立的整车模型更逼近实车、且仿真结果、性能分析、指标评价具有更好的实用性。3 课题的研究内容 (1)汽车操纵稳定性能影响因素；(2)针对汽车操纵稳定性能影响因素的改进措施。51 汽车操纵稳定性概述
10、 1.1 汽车操纵稳定性定义汽车操纵稳定性，是指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（直线或转弯）行驶；且当受到外界干扰（路不平、侧风、货物或乘客偏载）时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的性能。汽车的操纵稳定性包含相互联系的两个部分，一是操纵性，二是稳定性。操纵性是指汽车能够确切地响应驾驶员转向指令的能力，稳定性是指汽车受到外界挠动（路面挠动或突然阵风挠动） 后恢复原来运动状态的能力。两者很难断然分开，稳定性好坏直接影响操纵性的好坏，因此通常只统称为操纵稳定性。汽车的操纵稳定性直接影响汽车驾驶的操纵方便度汽车行驶速度的提高汽车动力性的发挥和汽车运输
11、生产率的提高，而且也是决定高速汽车安全行驶的一个主要性能。影响汽车操纵稳定性的原因有许多，而主要原因是在行驶系、转向系及制动系等方面。在汽车操纵稳定性的研究中，常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，并以它们来表征汽车的操纵稳定性能。 汽车曲线行驶定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。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。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。 回正性-一种转向盘力输入下的
12、时域响应。1.2 汽车操纵稳定性评价指标汽车的操纵稳定涉及的问题较为广泛，需要用较多的物理参量从几个方面来评价。表 1-1给出了汽车操纵稳定性的基本内容及其评价用的物理参量。表 1-1汽车操纵稳定性的基本内容和评价所用物理参量基本内容 评价用物理参量1.方向盘角阶跃下进入的稳 稳态横摆角速度转向灵敏度、反应6态响应转向特性，方向盘阶跃输入下的瞬态响应时间、横摆角速度波动的无阻尼圆频率、共振峰频率、共振时振幅比、相位滞后、稳态增益2.横摆角速度频率响应特性 共振峰频率、共振时振幅比、相位滞后、稳态增益3.回正性 回正后剩余横摆角速度与剩余横摆角、达到剩余横摆角速度的时间4.转向半径 最小转向半径
13、5.转向轻便性原地转向轻便性低速行驶转向轻便性高速行驶转向轻便性转向力、转向功6.直线行驶性侧向风稳定性路面不平度稳定性侧向偏移7.典型行驶性能蛇行性能移线性能方向盘转角、转向力、侧向加速度、横摆角速度、侧偏角、车速8.极限行驶能力圆周行驶极限侧向加速度9.抗侧翻能力发生侧滑的控制性能极限侧向加速度极限速度回至原来路径所需时间表1-1中的转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应及转向盘角阶跃输入下的瞬态响应，就是表征汽车操纵稳定性的转向盘角位移输入下的时域响应。回正性是一种转向盘力输入下的时域响应.7横摆角速度频率响应特性-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图形。-另一个重要的表征汽车操纵稳定性的基础
