《汽车行驶安全性能》PPT课件.ppt

汽车行驶安全性能 第一节概述 一、汽车行驶安全性包含的内容 操纵稳定性： 司机在不感到过分紧张、疲劳的 情况下，汽车按司机给定的方向稳定行 驶的能力，以及对企图改变行驶方向的 外界干扰的抵抗能力。（如：地面不平 、坡道、侧向风大等） 因为： （1）操纵方便性和安全行驶性是高速车 辆的生命线。 （2）现代车速的日益上升。 所以：汽车的操纵稳定性得到高度 重视。 例：普通汽车的最高车速=100km/h 轿车的车速200km/h 跑车的车速 300km/h 第二节轮胎的侧偏特性 一、轮胎的侧偏现象 侧向力Fy： 1、路面横向倾斜 2、横向风（侧向风） 3、曲线行驶时的惯性力 因为：弹性轮胎在侧向力Fy的作用下会产 生侧向变形。 所以：车轮滚动时，轮心速度方向沿Fy的 方向发生偏转，与车轮平面成一夹角 =轮胎的侧偏角 侧向变形图 F Fy y A A3 3 A A2 2 A A1 1A A2 2 A A3 3 道路附着极限道路附着极限 A A1 1 侧偏特性图 F Fy y 侧向力侧向力 子午线胎子午线胎 普通斜交线胎普通斜交线胎 z z 4 4 8 8 1212 侧偏特性： 1、随侧向力Fy的加大，线性关 系上升（4以内）。 2、Fy增至一定程度时，轮胎印痕 后部滑移， 剧烈上升。 当Fy = z时（附着极限）， （1）=10时达到最大值。 （2）车轮处于侧滑状态。 k=轮胎的侧偏刚度(N/(0)或(N/rad) 当在不超过45时，Fy = k k值上升，可以减少Fy对轮心运动方 向的干扰。良好路面上，常见的侧向力Fy 是转弯时的离心力Fj。 1、一般情况： 2，则：RR。称汽车具 有不足转向特性。 如果： 12 O VB 2 FY Fjx Fj FjY 1 VA VFY 因为在同样FY作用下12，所以 汽车绕O1转动，转向离心力FJY与FY方向 相反，起到阻止侧偏的作用。 产生的1、2较小，汽车偏离直 行方向不严重，当FY消失后， FJY可使汽 车自动回正。 所以：具有不足转向特性的汽车在 受到Fy干扰时，具有良好的直行能力， 操纵稳定性好。 3、过多转向特性11， 1-2是负值。 所以： 1-2 上升，则R下降。 从上式得：R=L/- (1-2) L=R-R (1-2) R=L+R (1-2) 所以：=L/R+1-2 1、对于中性转向性汽车1=2 所以： 中=L/R 2、对于不足转向性汽车12 所以：不=中+(1-2) 显然：不中 3、对于过多转向性汽车12 ，1-20，RR。（不足转向） 10，则R/R。1，即：R R。 不足转向特征。 3、K0 不足转向 V VCr Vch r/ 汽车以极低u行驶， = 0时的转向关 系，斜线为1/L。 K = 0时，r/随u线性增长。 K 0，不足转向在K = 0直线之下， 分母 1。 K 0，所以RR0 且 u R 汽车具有不足转向特性 称为特征车速。当不足转向 量增加时，K 增大，特征车速降低 。 不足转向 当 K0 时，由 横摆角速度增益比中性转向时要小 。 第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应 横摆角速度增益为与轴距L相 等的中性转向汽车横摆角速度增 益的一半。 说明： （1）在Uch下，绕R的圆周行驶，横 摆角速度增益为与轴距L相等的中性转 向汽车横摆角速度增益的一半,转向灵 敏度差。 （2）对于不足转向性汽车存在Uch。 （3）不足转向性越大，K大于0越多 ，则Uch越低。 当车速为 这意味着很小的前轮转角将产生极大的横摆角速度， 汽车将发生激转而侧滑或侧翻。由于过多转向汽车有失 去稳定性的危险，汽车应具有适度的不足转向特性。 称为临界车速。临界车速越低，过多转向量越大 。 第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应 表示当车速达到 时，很微小的会产生很大的r。 汽车失控激转侧滑翻 车。 进一步说明了汽车应具有不足转向 性的重要性！ 说明：仅前轮换用侧偏刚度大的子 午线轮胎，会使本来具有不足转向性的 汽车转变为过多转向性汽车。 三、静态储备系数S.M 1、中性转向点Cn： 使汽车前后轴产生相同侧偏角 的侧向力作用点中性转向点。 图： Fy2 Fy1 Cn C Fy1+Fy2Fy1+Fy2 a-a b a b a L 当侧向力作用于Cn时， 2、静态储备系数S.M（static Margin）是中性转向点Cn至前轴的距离 a，与汽车质心C，至前轴的距离a之差 ，（a-a）和轴距L之比。 即： 如果：S.M=0 即：a=a，质心与中性转向点重合， 前后轴相等，中性转向。 S.M 0，即a a，质心在中性转 向点之前，作用于质心上的侧向力使前 轮侧偏角1 2。 所以：汽车具有不足转向特性。 S.M 1。 所以：汽车具有过多转向特性。 总结： 汽车的稳态转向特性表示方法 1、12为不足转向性；1=2 为中性转向性； 10为不足转向性； K=0为中性 转向性； K0为不足转向性； S.M=0为 中性转向性； S.M1为不足转向性； R/R。=1为中性转向性； R/R。 1，易造成过多性转向。 2、前轮气压低与规定值，造成汽车不足 转向性增大，转向灵敏度下降。 即：（r/）下降。 3、胎侧标记H或V，高速轮胎含有耐 热的橡胶混合物，但冰雪路上耐滑性差。 所以：冬季应换用冬季专用轮胎（子 午线） 三、轮胎结构的影响 1、使用中不能随意换装不同结构（ 帘布层数、扁平率），不同型式（子午 线胎、普通斜交胎）的轮胎。 否则，易使汽车具有过多转向性， 危险。 2、如果仅前轮换用子午线轮胎， 则1小于2，过多转向。 Fy=k =Fy/k k大则小。 如果仅前轮换用扁平率小的宽轮胎 ，侧偏刚度大，则1小于2，过多转 向。 如果仅后轮换用扁平率小的宽轮胎 ，则1大于2，不足转向。 四、驱动型式的影响 转向时施加于轮胎上的切向力上升 ，k下降，上升。 1、后轮驱动的车辆，转向时施加驱动力， 有减少不足转向，增加过多转向的倾向 （ 2大于1，） 2、前轮驱动的车辆，转向时施加驱动力有 增加不足转向性的作用 （1大于2） 五、左右车轮垂直载荷再分配的影响 轮胎k随垂直载荷上升而上升。当车 身不侧倾（无侧向力）时，左右轮垂直 载荷为Z。 左右轮侧偏刚度为k。 图： C C k kr r k k。 k k 。 k kL L Z ZZ Z a a e e d d Z Z 。 b b 在轴上受Fy时，产生侧偏角。 。=Fy/2k。 实际上，转弯时的离心惯性力，作 用在重心高度处，产生侧倾力矩，使轴 上内侧车轮垂直载荷减少Z，侧偏刚 度为kL。 使轴上外侧车轮垂直载荷增加Z ，侧偏刚度为kr。 因为：同轴上两轮的侧偏角相等 所以：Fy = kL+ kr = Fy/（kL + kr） 令k。=（kL + kr）/2 = Fy/2k。 由图可见，显然k。小于k。 所以： 大于。 在侧向力Fy作用下： （1）前轴左右轮垂直载荷变动量越 大，则前轴车轮平均侧偏刚度下降， 1增大，侧偏角加大，汽车增加不足转 向性。 （2）后轴左右轮垂直载荷变动量越 大，则后轴车轮侧偏角加大， 2上升 ，汽车减小不足转向性。 （3）增加前悬架角刚度，能使前轴 左右轮垂直载荷变动量上升，1上升， 增加汽车不足转向性。 减少后悬架角刚度（减少钢板弹簧 ），能使后轴左右轮垂直载荷变动量下 降，2下降，增加汽车不足转向性。 例题：某车重G = 20.105kN L = 3.2m G1 = 53.5%G G2 = 46.5%G （1）如果每个前轮的k1 = 38.92kN/ 弧度，每个后轮的k2 = 38.25kN/弧度， 求该车的稳态转向特性。 该车K大于0，为不足转向性汽 车，其特征车速 （2）如仅前轮换用子午线轮胎 k1=47.82kN/弧度，求汽车稳态转向特性。 所以：该车K0，为多转向性汽车。 可见仅前轮换用侧偏刚度大的子午线 胎，会使本来不足转向性的汽车变成过多转 向性汽车！ v二自由度轿车模型的有关参数如下： v总质量 m=1818.2kg v绕Oz轴转动惯量 轴距 L=3.048m v质心至前轴距离 a=1.463m v质心至后轴距离 b=1.585m v前轮总侧偏刚度 k1=-62618N/rad v后轮总侧偏刚度 k2=-110185N/rad v转向系总传动比 i=20 v试求： 稳定性因数K、特征车速uch。 稳态横摆角速度增益曲线、车速u=22.35m/s时的转向灵敏度。 静态储备系数S.M.，侧向加速度为0.4g时的前、后轮侧偏角绝对值之差与转弯半径的比值R/R0(R0=15m)。 车速u=30.56m/s时，瞬态响应的横摆角速度波动的固有（圆）频率、阻尼比、反应时间与峰值反应时间注意：2） 所求的转向灵敏度中的是指转向盘转角，除以转向系传动比才是车轮转角。 v解： v1）稳定性因数 v特征车速稳态横摆角速度增益曲线如下图所示： v车速u=22.35m/s时的转向灵敏度/20=0.168 v作业题 v1、