汽车操作稳定性

1,汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的情况下，汽车能遵循驾驶者通过转向系统及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。汽车的操纵稳定性是汽车主动安全性的重要评价指标。,第四章汽车的操纵稳定性,2,复习汽车的转向机构,动力转向系,转向直拉杆,转向节臂,转向摇臂,转向器,转向减振器,转向横拉杆,转向油罐,转向油泵,转向控制阀,转向油管,3,4,5,将汽车作为开路控制系统,人汽车系统作为闭路系统,操纵稳定性的研究方法,6,通过仪器测出横摆角速度、侧向加速度、侧倾角及转向力。,让试验评价人员根据试验时自己的感觉进行评价。,人汽车闭路系统,操纵稳定性的两种试验评价方法,开路系统,主观评价法,客观评价法,7,4.1汽车的转向特性,轮胎的侧偏特性汽车的转向特性,地面作用于车轮的侧向反作用力。,一、轮胎的侧偏现象和侧偏力侧偏角曲线,1.侧偏力FY,8,u,c,c,u,c,c,只有当侧向力大于（或等于）车轮与路面间的侧向附着力时，车轮的运动方向才会改变。,1）在刚性轮上作用侧向力,9,FY,俯视图,车轮静止,2）在弹性轮上作用侧向力,直线cc表示轮胎平面线,直线aa表示轮胎与地面接触印痕的中心线,10,FY,2）在弹性轮上作用侧向力,车轮滚动,11,2.侧偏现象,当车轮有侧向弹性时，即使FY没有达到侧向附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平面的方向。,侧偏角轮胎接地印迹中心的位移方向与X轴的夹角。,u,12,k侧偏刚度。,FY一定时希望侧偏角越小越好，所以|k|越大越好。,3.FY曲线,13,二、轮胎结构、工作条件对侧偏特性的影响,大尺寸轮胎,子午线轮胎,斜交轮胎,钢丝子午线轮胎,纤维子午线轮胎,轮胎的尺寸、型式和结构参数对侧偏刚度有显著影响。,侧偏刚度大,侧偏刚度小,大尺寸轮胎,小尺寸轮胎,14,（1）扁平率小，k大,H,B,扁平率=(H/B)100%,15,宽度,一些车型轮胎的型号及扁平率,轮辋直径,日本,法国,16,17,（2）垂直载荷大，k大,垂直载荷过大时，轮胎与地面接触区的压力分布不均匀，使k反而有所减小。,18,一定时，W大，FY大。FY=，即k大。,19,（3）轮胎气压高，k大,20,FX1,FY1,FX2,FY2,（4）FX越大，FY越小,21,（5）路面干湿状态,22,路面有薄水层时，由于滑水现象，会出现完全丧失侧偏力的情况。,轮胎胎面、路面粗糙程度、水层厚度与滑水现象的关系,23,24,二、汽车的转向特性,直角三角勾股定理：c2=a2+b2因此：sin2A+cos2A=1sinA/cosA=tanAtanA=1/cotA,25,26,1、刚性轮胎转向时的几何关系,27,2、有侧向偏离时的汽车转向特性,28,29,当转向盘角度固定不变时R与u无关，汽车具有中性转向的特性。,1）中性转向,3、转向特性分析,30,随着车速的提高，转弯半径不断增大,1、转弯时，汽车受到的离心力和侧向力方向相反，有削弱侧向力的作用。2、这种特性的车在给定半径的圆周行驶时应随着转速的提高不断增加方向盘的转角。,2）不足转向,奔驰CLK跑车：前轮205/55R16，后轮225/50R16。前205、后225的轮胎组合，使得前轮的侧偏刚度小于后轮，有利于营造不足转向特性。,31,3）过多转向,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。,32,以上分析可知：具有适度不足转向的汽车具有良好的操作稳定性；过度的不足转向会加剧轮胎的磨损。,33,4.2汽车的纵向和侧向稳定性,汽车的纵向稳定性汽车的侧向稳定性,34,学习之前要掌握的几个概念,35,重心centreofgravity,1、物体各部分所受重力的合力作用点。2、规则而密度均匀物体的重心就是它的几何中心。3、一个物体的各部分都要受到重力的作用。从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心。4、物体的重心位置，质量均匀分布的物体，重心的位置只跟物体的形状有关。例如，均匀球体的重心在球心。5、质量分布不均匀的物体，重心的位置除跟物体的形状有关外，还跟物体内质量的分布有关。载重汽车的重心随着装货多少和装载位置而变化。,36,物理学上指使物体转动的力乘以到转轴的距离。力对物体产生转动效应的量度力对物体产生转动作用的物理量。可分为力对轴的矩和力对点的矩。力对轴的矩是力对物体产生绕某一轴转动作用的物理量。,力矩(torque),37,摩擦力：frictionalforce,当两接触构件间存在正压力时，阻止两构件进行相对运动的切向阻力。滑动摩擦力是阻碍相互接触物体间相对运动的力,不一定是阻碍物体运动的力。即摩擦力不一定是阻力,它也可能是使物体运动的动力。,38,一、汽车的纵向稳定性,39,各字母表示含义对前后车辆的两点取矩前轮法向力Fz1=0时，汽车发生绕后轴翻车。,40,41,42,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极其危险的侧向运动。,曲线运动引起的侧翻,汽车侧翻可分为两类,绊倒侧翻,43,离心力centrifugalforce定义：由于物体旋转而产生脱离旋转中心的力。离心力计算公式=质量*速度平方/半径,44,汽车在坡道上转弯行驶时允许的最大车速：,当道路横向坡角时，弯道行驶当坡角等于0时，弯道行驶如果汽车在坡道上直线行驶，离心力等于0,侧坡上弯道行驶或转弯行驶向外侧翻车,侧坡上直线行驶向内侧翻车,45,2、汽车的侧滑,侧滑时的力特点：侧向附着力等于侧向反作用力。推到出的侧滑前的最高车速为：当时，任意车速不侧滑。无横向坡时，存在最大车速。无离心力时，存在不侧滑最大角。,46,3、汽车侧向稳定性系数,从安全角度，侧滑发生在侧翻前侧向稳定系数尽量降低汽车重心高度,47,表5-4几种汽车侧翻阈值的范围,汽车开始侧翻时所受的侧向加速度(g)，称为侧翻阈值,48,4.3汽车转向操纵性一般要求,转向盘的最大自由转动量车辆的最小转弯直径和内外轮转角车辆应具有适度的不足转向特性转向操作轻便性,49,一、转向盘的最大自由行程,转向盘自由行程-转向盘在空转阶段中的角行程。转向盘自由行程对于缓和路面冲击及避免使驾驶员过度紧张是有利的，但不宜过大，以免过分影响灵敏性。最大的设计车速大于或等于100km/h时为20；最大的设计车速小于100km/h时为30；转向盘最大自由转动量的测量一般采用转向力角位移仪器来测量。,50,二、车辆的最小转弯直径和内外轮转角,车辆转向时，从瞬时转向中心到前外轮轮辙中心线的距离即为转弯半径。二倍的转弯半径即为转弯直径，最小转弯直径不得大于24m。转弯直径过大不利于汽车的机动性。转向轮的最大转向角直径影响转向直径的大小。转向轮内外转向角应该满足一定的几何比例关系，保证车轮近似纯滚动。,51,三、车辆应具有适度的不足转向特性,随着车速的提高，转弯半径不断增大,1、转弯时，汽车受到的离心力和侧向力方向相反，有削弱侧向力的作用。2、这种特性的车在给定半径的圆周行驶时应随着转速的提高不断增加方向盘的转角。,奔驰CLK跑车：前轮205/55R16，后轮225/50R16。前205、后225的轮胎组合，使得前轮的侧偏刚度小于后轮，有利于营造不足转向特性。,52,四、转向操作轻便性,路试检测等速圆周行驶，用转向力测试仪测试转向盘外缘的最大切向力不得大于150N。原地检测原地达到转向轮出厂规定转角，用转向力测试仪测转向盘操纵力不大于120N。,53,4.4转向轮侧滑的检测,54,复习汽车构造的知识,55,56,57,前轮前束：脚尖向内，所谓“内八字脚”的意思，指的是左右前轮分别向内。采用这种结构目的是修正上述前轮外倾角引起的车轮向外侧转动。,58,59,一、侧滑量与车轮定位的关系,外倾角引起的侧滑向内滑动前束引起的侧滑向外滑动目前多是在滑板式试验台上检测转向轮的横向侧滑量。,60,二、侧滑试验台,侧滑试验台分为单滑板式和双滑板式，目前主要使用双滑板式。,61,三、检测方法,设备调零车辆以34km/h的低速，保持直线行驶通过滑动板。汽车转向轮的横向侧滑量检测时应不大于5m/km/。检测不合格时，一般情况通过调整前束使侧滑合格。,62,汽车高速行驶时，如果车轮的质量中心与旋转中心不重合，会产生离心力，这种现象叫静不平衡。汽车上圆盘状旋转零件：如飞轮、离合器压盘等，必须符合静不平衡要求。,一、车轮平衡的概念,4.5车轮平衡的检测,63,由于车轮有一定的宽度，因此当车轮的质量分布相对于车轮的纵向中心面不对称时，会造成车轮的动不平衡。汽车曲轴、传动轴等长轴类旋转零件均有动平衡要求。引起车轮动不平衡的原因主要有：轮胎质量分布不均；轮辋、制动鼓变形；轮毂加工质量不符合要求；轮胎安装不良等。动平衡符合要求的车轮，静平衡要符合要求。,64,二、车轮平衡机,1、离心式车轮动平衡机卧式主要有主轴、水平传感器、垂直传感器、驱动电机、仪表盘和安全罩等组成。装置简单、工作可靠、应用广泛。长时间使用，精度会下降，检测灵敏度可达10g。,65,2、立式平衡机避免主轴产生轮胎质量造成的完全力矩。检测灵敏度较高，可达3g.工作可靠，重复性和稳定性好。轮胎安装不如卧式的方便。,66,车轮动平衡检测原理,电动机驱动车轮旋转车轮动不平衡力矩引起主轴支撑部件产生支撑反力支撑反力通过水平和垂直传感器测试出来传感器信息反映了不平衡力的大小和不平衡量的位置,车轮动平衡的检测方法,67,2、就车式车轮平衡机,68,悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的所有传力连接装置的总称。悬架的组成（1）弹性元件起缓冲作用；（2）减振元件起减振作用；（3）传力机构或称导向机构起传力和导向作用；（4）横向稳定器防止车身产生过大侧倾。,4.6汽车悬架装置的检测,69,车桥通过悬架与车架或车身相连。如果行驶中路面不平，一侧车轮被抬高，整体式车桥将迫使另一侧车轮产生运动。,车桥是断开的，每一侧车轮单独地通过悬架与车架（或车身）相连，每一侧车轮可以独立跳动。,70,（1）弹性元件起缓冲作用；（2）减振元件起减振作用；（3）导向机构起传力和导向作（4）横向稳定器防止车身产生过大侧倾。,71,72,一、汽车悬架装置检测的必要性,汽车悬架最容易发生故障件减振器。减振器工作不良造成轮胎接触地面力减少不良后果：汽车方向发飘；制动易跑偏或侧滑；影响舒适性；悬架零件如车轮轴承、转向拉杆、稳定器等过载；悬架性能影响轮胎特性，影响汽车的操纵性、平顺性和行驶安全性。检测设备是悬架装置检测台。,73,二、汽车悬架装置检测原理与评价方法,通过举升装置将汽车升起一定高度突然松开支撑装置，车辆自由振动测量车体振幅或车轮对台面的冲击力分析悬架装置性能,跌落式悬架减振台,74,谐振式悬架减振台,激振器：电动机、偏心轮、储能飞轮、弹簧装置组成；,激振器迫使汽车悬架产生振动，激起车轮的固有频率，汽车系统产生共振；,通过测量振动频率、幅值等评价汽车悬架性能。,75,76,测量结果分析,用悬架检测台时，车轮在外界激励振动下的吸收率不小于40%，同轴左右车轮吸收率之差不得大于15%；应平板检测台进行测试时，受检车辆制动时悬架效率应不小于45%，同轴左右车轮悬架效率之差不得大于20%。依靠车轮作用在道路上接地力的变化也可以评价汽车悬架装置的品质和性能。,77,悬架K特性（Kinematics）描述由悬架运动引起车轮定位参数变化之规律，主要与悬架杆件运动的几何参数有关。,悬架K&C特性试验台（国内研制）,悬架C特性（Compliance）描述由轮胎和路面之间的水平力和力矩引起车轮定位参数变化规律，主要与悬架弹性元件的刚度特性有关。K特性（悬架运动学）与C特性（弹性运动学）相互作用影响，两者构成了综合的汽车悬架特性。,78,三、空气悬架系统检测,79,客车的空气悬架部分的气囊和减振器是分开的，轿车是形成一体的；客车采用发动机直接驱动空气压力机给空气悬架系统提供压缩空气，轿车采用电动气泵充气；客车采用车身高度调节阀控制车身高度，轿车采用传感器控制检测方面包括：车身前后、左右高度；车身升起和下降过程；空气悬架气囊状况；空气压缩机异响。,80,4.7四轮定位检测,汽车的转向车轮、转向节和