汽车理论-操作稳定性ppt课件

.,第五章汽车操纵稳定性,.,第一节概述,.,一、汽车操纵稳定性研究内容,.,a.汽车正确遵循驾驶员通过操纵机构所给定的方向的能力；b.汽车抵抗企图改变行驶方向干扰、保持稳定行驶方向的能力。不能过分降低车速或造成驾驶员疲劳。,1、什么是操纵稳定性,.,a.“飘”汽车自己改变方向。升力或转向系、轮胎、悬架等问题。b.“反应迟钝”转向反应慢。c.“晃”左右摇摆，行驶方向难于稳定。d.“丧失路感”操纵稳定性不好的汽车在高速或急剧转向时会丧失路感，导致驾驶员判断的困难。e.“失控”某些工况下汽车不能控制方向。制动时无法转向,甩尾，侧滑，侧翻。,2、操纵稳定性不好的表现,.,发飘现象,“因四五级大风，小车开到时速100公里就开始左右晃，在超大货车的时候特别明显，超一辆，车就猛地晃一下，必须用双手握住方向盘，才能沿着车道行驶，有几回车速过快在弯道被风吹到边上那道去了，赶紧将车速降下来，不敢再快了。”“飞度在超越大型卡车、客车的时候，明显感觉车子不稳，远不如我以前开过的宝来。当你超车的时候感觉车好像在向大车靠近，整个车辆超过以后会很明显的感觉到一股力量把你往旁边推，很危险！”上面这两段话，是驾车者对轿车发飘现象的描述。,.,赛车,.,赛车负升力翼,.,制动跑偏,.,ABS系统对比试验,.,车辆稳定性控制系统VSC,.,四轮转向系统4WS作用,.,4.29交通事故轨迹图,.,4.29交通事故车照片,.,4.29交通事故分析结论1,该车错误地在前、后轴混装子午线轮胎和斜交轮胎。前轮为子午胎205R16，胎宽205mm；后轮为斜交胎7.50-16N，胎宽190.5mm。前后胎的结构、胎宽、花纹、磨损程度均不同。斜交胎的侧偏刚度明显低于同一直径尺寸的子午胎，加之所安装的斜交胎胎宽较小，更加剧了后轮侧偏刚度的降低。这是一种危险的轮胎混装方式。根据汽车理论，前轮侧偏刚度高、后轮侧偏刚度低将导致显著减少汽车不足转向，或变为过多转向特性，即增大了汽车转向时向内侧加剧转向的危险。具有过多转向特性的汽车，在转向时达到一定车速(称为“临界车速”)时，将会出乎意外地向转向内侧激转，造成事故。,.,4.29交通事故分析结论2,该车在车祸前相当一段时间行驶中存在方向跑偏、发摆故障，临出车祸前出现严重的蛇行现象(事故车驾驶员口述笔录)，这是因为该车转向系统相关零部件间累计间隙过大，方向盘自由行程严重超差，而又未及时维修(或维修质量不佳)，未排除故障，带病运行，导致该车行驶中前束值或大或小不断变化，使汽车行驶处于极不稳定状态，这也加剧了过多转向的趋势。,.,4.29交通事故分析结论3,在车祸发生前，该车左后轮制动器因左后半轴油封损坏，齿轮油漏入左后轮制动器而导致该轮制动器工作失效。根据驾驶员笔录，在车祸发生前他曾采取过刹车减速措施。在刹车后，由于右侧制动力大于左侧，产生一回转力矩(如下图中M所示)，使汽车突然在顺时针方向(也即向弯道内侧)回转。总之，过多转向趋势和不均衡制动力造成的回转力矩相叠加，是该车发生突然激转、酿成车祸的根本原因。,.,05-5-30交通事故1,.,05-5-30交通事故2,.,滑水引起的汽车失控,2003年6月的一天早晨，一辆雅阁在成南高速路由成都向遂宁疾驰。当行驶到距成都62公里路段时，路右边是一块山崖，山崖前方是护栏。直线路况看来不错，只是路面因下雨有一层浅浅的积水。驾驶员没有在意，继续以140km/h速度冲过去。驶过积水层时，车身突然失控，一头向路边护栏撞去。驾驶员大惊，猛踩刹车，总算没有撞到护栏，但轿车却剧烈旋转起来，绕垂直轴猛烈掉头转过180度后，撞向山崖。巨大的撞击力使轿车凌空翻身反弹到路上。轿车严重损坏，所幸两位乘员都系了安全带，且气囊弹出，幸运地死里逃生。,.,3、汽车操纵稳定性评价方法1,.,汽车操纵稳定性评价方法2,.,二、车辆坐标系及转向盘角阶跃下的时域响应,.,1、车辆坐标系和主要运动形式,.,2、汽车稳态响应,.,3、汽车瞬态响应,.,三、人-车闭环系统,.,1.客观评价法客观评价通过仪器测试能定量评价汽车性能，且能通过分析求出其与汽车结构参数间的关系。主观评价法主观评价考虑到了人的感觉，能发现仪器不能测试出的现象，是操纵稳定性的最终评价方法，但很难给出定量评价数据。,四、汽车试验的两种评价方法,.,第二节轮胎的侧偏特性,.,一、轮胎坐标系,.,因轮胎侧向弹性，车轮受侧向力的作用使轮心速度方向偏离车轮平面的现象。侧向力因转向、路面倾斜、风力等引起。转向引起的侧向力总是指向汽车内侧。侧偏角总是位于和侧偏力指向相反的一侧。,二、轮胎的侧偏现象,.,1、轮胎的侧偏现象(图),.,在侧偏角u,滑移r0称为不足转向。不足转向汽车加速时，和中性转向时比，根据稳态横摆角速度增益较小，即r较小。但因R=，故不足转向汽车转向半径随车速增大而增大。,.,特征车速,Uch是不足转向汽车稳态横摆角速度增益最大时的车速，称为特征车速。,.,汽车过多转向,K0时，K0不足转向,0不足转向若R=R0时，K=0中性转向若R0,K0当aa时，汽车质心在cn后，S.M.a时，汽车质心在cn前，S.M.0,K0，不足转向当aa时，汽车质心在cn后，S.M.0,K0的情况，(5-21)变为：,.,1.瞬态响应（续3）,(5-32),式中,(5-11),.,图5-3,.,1.瞬态响应（续4）,.,五、表征瞬态响应的几个参数,.,(5-34),1.波动的固有频率0,小轿车的固有频率f0(=0/2)在0.8-1.2Hz之间。固有频率高些较好。,.,图5-36,.,(5-35),2.阻尼比,小了超调量大，故大些较好。,.,(5-36),3.反应时间,反应时间指r第一次到达稳定值的时间。小些较好。,.,(5-37),4.达到第1峰值的时间,达到第1峰值的时间小些较好。,.,六、瞬态响应的稳定条件,方程(5-20)对应的齐次方程为,对应的特征方程为,根为：,(5-25),.,六、瞬态响应的稳定条件（续）,方程稳定性理论指出，(5-25)中s的实部如为正数，则方程(5-23)的解不稳定，因为解中总是有一项ereal(s)t存在。可以证明，当稳定性因数K时，1。减振。阻尼比较小时衰减更多。,.,平顺性分析的振动响应量,1.车身振动加速度2.悬架动挠度（涉及限位行程、悬架击穿）3.车轮与路面间的动载荷,.,单质量系统对路面随机输入的响应,对单自由度系统，输出功率谱=幅频特性的平方输入功率谱，即,（6-37）,式中x表示输出，可以是车身加速度、悬架动挠度fd、车轮与路面间的动载荷Fd。,.,单质量系统对路面随机输入的响应(续),方差2=均方值-均值2。在振动均值为0时，方差2=均方值=,（6-37）,.,图6-15,.,车身加速度功率谱密度函数,车身加速度功率谱密度函数用于：a.了解振动加速度功率频谱的分布。b.求加速度均方根值或加权均方根值(6-2)式评价汽车平顺性。,.,车身加速度功率谱密度函数(续1),从（6-36）：式中频响函数的输入为道路不平度，但它的功率谱(6-11)式计算较复杂。为此改用道路不平度的速度（它为常数，6-12式）为输入的频响函数。这样车身加速度功率谱密度函数为,.,车身加速度功率谱密度函数(续2),车身加速度均方根谱式中路面速度均方根谱来自(6-12)=常量（白噪声）,(6-39),(6-38),.,车身加速度功率谱密度函数(续3),(6-40),式中,（6-35）,。,.,车身加速度功率谱密度函数(续4),当=1时，（6-49）变为,（共振峰值）,固有频率越低，峰值越低。此外，低频段阻尼比越大，越小。高频段阻尼比越大，越大。二者效果相反，须折衷。,.,车身加速度功率谱密度函数(续5),车身加速度均方根为,结论：1）固有频率越低，越小。即悬架越软平顺性越好。但固有频率不可太低。否则悬架动挠度太大，并会导致乘客晕车。2）阻尼有一最佳值，在0.2-0.4之间。,.,图6-16,.,图6-17,.,车轮与路面间相对动载荷幅频特性,对单质量系统,（6-41）,它与簧载荷重量G的比值称为相对动载荷：,这和车身振动加速度基本一样，只差一常数g。故可用同样公式求均方根值（标准差）。,.,悬架弹簧动挠度的幅频特性,悬架弹簧动挠度复振幅为，故频响函数,把频响函数,(6-34)式(),带入上式，得,.,悬架弹簧动挠度的幅频特性（续）,幅频特性为,（6-42）,.,图6-19,.,平顺性和固有频率、阻尼比的关系,1.固有频率越低，车身振动加速度均方根值越低，平顺性越好。但固有频率太低，会导致汽车载荷变化时车身高度变化过大、悬架“击穿”和乘员晕车。2.汽车悬架阻尼比不能过大或过小，有一最佳值，在0.2和0.4之间。,.,悬架参数实用范围,表中：f0固有频率fs悬架静挠度fd限位行程阻尼比,.,汽车空气弹簧,如下图所示。囊式空气弹簧5的上下端分别固定在车架和车桥上。经压气机1产生的压缩空气经油水分离器10和压力调节器9进入贮气筒8。压力调节器可使贮气筒中的压缩空气保持一定压力。储气罐8通过管路与2个空气弹簧相通。储气罐和空气弹簧中的空气压力由车身高度调节阀3控制，空气弹簧只承受垂直载荷，因而必加设减振器，其纵向力和横向力及其力矩由悬架中的纵向推力杆和横向推力杆来传递。,.,汽车空气弹簧,.,第七节汽车平顺性试验和数据处理,.,汽车平顺性试验和数据处理,一、平顺性试验内容1悬架刚度、阻尼的测定2固有频率和阻尼比的测定频率根据波形直接测定测出周期，再求倒数。阻尼比下式测定：,3频响函数的测定可在电液振动台上或路面上进行。,.,传动系弯曲振动试验,.,传动系振型试验框图,.,传动系弯曲振动频率响应,.,汽车平顺性试验和数据处理（续）,4.在实际随机输入道路上的平顺性试验按GB/T4970-96汽车平顺性随机输入试验方法进行，主要以总加权均方根值av(6-3式)评价。5.汽车驶过凸块脉冲输入平顺性试验按GB/T5902-86汽车平顺性脉冲输入行驶试验方法进行，用座椅和座椅下方地板振动加速度最大响应评价。,.,汽车平顺性试验和数据处理（续2）,二、.平顺性试验数据的采集和处理测试仪器数据处理进行FFT、自谱、频率响应函数、加权均方根值的计算等。,.,第七章汽车通过性,.,第一节汽车通过性评价指标及几何参数,.,支承通过性和几何通过性,支承通过性：以足够高的车速通过坏路和无路地带的能力几何通过性：以足够高的车速通过各种障碍的能力,.,支承通过性评价指标,1.牵引系数TC：单位车重的挂钩牵引力TC=Fd/G(7-1)式中：Fd汽车挂钩牵引力G车重,.,支承通过性评价指标(续),2.牵引效率TE：驱动轮输出与输入功率之比。TE=Fdu/Tw(7-2)式中：u车速Tw驱动轮输入转矩驱动轮角速度。3.燃油利用指数Ef单位燃油消耗所输出（牵引）的功。,.,汽车通过性几何参数,最小离地间隙h纵向通过角接近角1离去角2最小转弯半径dmin转弯通道园,.,汽车通过性几何参数（图）,.,影响通过性的使用因素,1.轮胎气压在松软路面上行驶，降低胎压可使轮胎接地面积增加，减少滚动阻力，提高附着系数。2.轮胎花纹轮胎花纹宽而深可提高松软路面的附着系数，但滑行噪声增大。,.,影响通过性的使用因素(续),3.拱形轮胎超低压拱形轮胎在专用越野车上得到广泛应用，其断面宽度比普通轮胎大2-3倍。拱形轮胎车辆在沙漠、雪地、沼泽等具有良好的通过性，但在硬路面上行驶会过早磨损。4.驾驶方法通过沙漠、雪地、泥沼地时应用低档，尽量保持直线行驶。有差速锁时将其锁住，驶离滑转区后再脱开，以免转向困难。,.,影响通过性的结构因素,1.前、后轮距等轮距、单胎布置、增多驱动轴数有利于提高通过性。2.轴荷分配使前轮单位压力比后轮小20%-30%，可减少松软路上的阻力。,.,影响通过性的结构因素（续1）,3.最低稳定车速车速低，土壤抗剪切能力较强，可提高附着系数。因此应用低速通过困难地段。可用增大传动比降低最低稳定车速。,.,影响通过性的结构因素（续2）,4.差