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Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 主讲： 王文林 教授 南昌大学机电工程学院 -车辆工程技术研究中心 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车操纵稳定性的定义 定义义：在驾驶员驾驶员 不感觉过觉过 分紧张紧张 、疲劳劳的条 件下，汽车车能按照驾驶员驾驶员 通过转过转 向系及转转向 车轮给车轮给 定的方向行驶驶，且当受到外界干扰时扰时 ， 汽车车能抵抗干扰扰而保持稳稳定行驶驶的能力。 意义义： 操纵纵方便性 高速安全性 行驶驶方向 ： 直线线 转转弯 干扰扰： 路不平 侧风侧风 货货物或乘客偏载载 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车系统坐标系及运动形式 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 输输入：转转向盘盘角度输输入 响应应：时时域响应应、频频域响应应。 汽车操纵稳定性输入、输出 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车时域响应分为稳态响应和瞬态响应。 1、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。 2、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。 汽车系统时间域的响应： Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车系统时间域的响应： 稳态响应特性分类：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。 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车系统时间域的响应： Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 驾驶员-汽车闭环系统 汽车时域响应：把汽车作为开环控制系统的控 制特性。 驾驶员汽车系统闭环控制系统：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 干扰因素会影响汽车的行驶。驾驶员则根据道 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，使汽车能稳定行驶。 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 驾驶员-汽车闭环系统 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车操纵稳定性的评价方法 1、客观评价法：通过道路试验，用测试仪器测 量转向时的汽车系统的物理参数。 试验项目： (1)、蛇形试验：评价汽车的随动性、收敛性、方向操纵轻便性和 事故可避性等。 (2)、转向瞬态响应试验(转向盘转角阶跃输入)：评价汽车的动态 特性。 (3)、转向瞬态响应试验(转向盘转角脉冲输入)：评价汽车的动态 特性。 (4)、转向回正性能试验：评价汽车从曲线行驶自行回复到直线行 驶的过渡过程和能力。 (5)、转向轻便性试验：通过测定汽车在低速大转角时的转向轻便 性，来评价驾驶员操纵汽车转向盘的轻重程度。 (6)、稳态回转试验。(固定转向盘转角连续加速、定转弯半径法 等。) Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车操纵稳定性的评价方法 常用测试仪器： (1)、五轮仪或非接触式车速仪：测定车速、时间。 (2)、转向盘测力计：转向盘作用转矩、转角。 (3)、加速度计：测定汽车作曲线行驶时的侧向和纵向加速度。 (4)、角速度陀螺仪：汽车横摆角速度。 (5)、垂直陀螺仪：汽车车身侧倾角、俯仰角。 (6)、现场数据处理系统。 2、主观评价法：凭借主观感觉的评价。如转向 盘阶跃输入下进入的稳态响应等。 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 轮胎坐标系、侧偏特性 侧偏特性：侧偏力、回正力与侧偏角的关系。 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 侧偏现象、侧偏力、侧偏角、侧偏特性 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 侧偏现象、侧偏力、侧偏角、侧偏特性 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 保证汽车具有良好的操纵稳定性要求：轮胎 具有较大的侧偏刚度和侧偏力，这样汽车的 极限性能越好。譬如按圆周行驶的极限侧向 加速度就越高。 侧偏现象、侧偏力、侧偏角、侧偏特性 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 最大侧偏力的影响因素 1、附着条件及垂直载荷FZ 2、轮胎胎面花纹、材料、结构、充气压力 3、路面材料、结构、潮湿程度 4、车轮外倾角 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 轮胎结构、工作条件与侧偏刚度 1、尺寸的轮胎，k ； 2、子午线轮胎接地面宽，k大； 3、钢丝比尼龙轮胎k大； 4、扁平率：轮胎断面高度与断面宽度之比H /B ， k ； 5、在一定范围内，载荷 （FZ ） ，k 。 但载荷太大时，k； 6、轮胎充气压力 ，k ； 7、行驶车速对k影响较小； 8、潮湿特别在积水时，k 很大。 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 轮胎结构、工作条件与侧偏特性 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 轮胎结构、工作条件与侧偏特性 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 有所改变的所至。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。 附着椭圆 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 回正力矩 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 回正力矩 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 轮胎外倾角对侧偏力的作用 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 轮胎外倾角对侧偏力的作用 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 线性二自由度汽车模型的运动微分方程 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(ay0.4g) ； 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。 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 线性二自由度汽车模型的运动微分方程 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 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 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 线性二自由度汽车模型的运动微分方程 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应等速圆周运动 稳态响应的评价指标：稳态横摆角速度 增益或转向灵敏度。 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应等速圆周运动 稳态横摆角速度增益稳态横摆角速度增益 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车稳态响应的三种类型 过度转向 Over-Steering 不足转向 Under- Steering 中性转向 Neutral-Steering Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车稳态转向的特征车速 特征车速：表示不足转向的一个参数。当不足转向量增加 时，K增大，特征车速降低。 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车稳态转向的临界车速 临界车速： 表示过多转 向的一个参 数。临界车 速越低，过 多转向量越 大。 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车稳态转向的特征车速、临界车速 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 过度转向特性的问题 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。 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 电子稳定控制 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车的侧倾 无侧向力 有侧向力 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车的侧倾 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。 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车的侧倾 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车的侧倾 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车的侧倾 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车的侧倾 商用车 轿车 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 车厢的侧倾角 车厢的侧倾角：车厢在侧向力的作用下绕侧倾轴线 的转角。 车厢侧倾角是操纵稳定性和汽车平顺性的重要参数 。 侧倾角r 影响汽车r 动态和稳态响应，是操纵稳 定性的重要评价指标。r 过大，会使驾驶员感觉不稳 定、不安全、不舒服。r 过小，在不平路面车厢冲击 大。 汽车稳态圆周运动时，车厢的侧倾角为： Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 悬架的侧倾角刚度 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 悬架的侧倾角刚度 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 悬挂质量离心力引起的侧倾力矩 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 侧倾后悬挂质量重力引起的侧倾力矩 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 独立悬架中非悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车作稳态圆周运动时其侧倾力矩 Handling performance of Vehicle System SUBTITLES 概 述 线性二自由度汽 车模型对前轮角 输入的响应 汽车操纵稳定性 与悬架、转向系 的关系 轮胎的侧偏特性 复习题 汽车作稳态圆周运动时其侧倾力矩 在侧倾力矩的作用下，汽车左右车轮的垂 直载荷发生变化，这将导致轮胎的侧偏特性变 化而使汽车稳态转向特性发生变化。 左右车轮垂直载荷差别越大，侧偏刚度越 小。 若前轴左右车轮的垂直载荷变化大，则趋 于不足转向。后轴左右车轮的垂直载荷变化大 ，则为趋于过多转向。 车轮左右载荷的变动取决于：侧倾角刚度 、悬挂质量、非悬挂质量、质心位置、前后悬 挂侧倾中心位置等。 Handling perform