张文春汽车理论课件45427汽车理论课件第六章 修改

第六章汽车的操纵稳定性,汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过转向系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。,第一节概述,操纵性是指汽车能够确切地响应驾驶员指令的能力。稳定性是指汽车抵抗改变其行驶方向的各种外界干扰（路面扰动或风扰动），并保持稳定行驶而不失去控制，甚至翻车或侧滑的能力。,一汽车坐标系,汽车坐标系及其描述,汽车操纵稳定性是汽车的主要性能之一。汽车操纵稳定性可以借助一些相关的物理量进行评价和分析。汽车操纵稳定性的研究主要是分析汽车作曲线运动时的响应，并以相关的物理量来表征汽车的操纵稳定性能。,二、驾驶员汽车系统,人-车闭环系统,汽车操纵稳定性的研究对象是将驾驶人包括在内，进行包含驾驶人反馈的汽车响应研究,三、汽车操纵稳定性试验的评价方法,对试验中汽车性能的评价可分为主观评价和客观评价两种。主观评价法指让试验评价人员根据试验时自己的感觉进行评价的方法。客观评价法是通过测试一起测出能够表征汽车操纵稳定性能的参数，如横摆加速度、侧向加速度以及侧倾角等来评价操纵稳定性的方法。,汽车操纵稳定性的主观评价是驾驶人根据不同的驾驶任务操纵汽车时，依据对操纵动作难易程度的感觉来对汽车进行评价，即驾驶人对汽车的易操纵性所进行的评价。通常指定一组评价者，一般为1025名，用统计的方法来获得评价结果。,汽车操纵稳定性的主观评价包含不同驾驶任务的多项目评价和总评价。评价项目可分为：直线行驶稳定性（包括转向回正能力、侧风敏感性、路向不平敏感性等）、行车变道的操纵性、转弯稳定性（包括转向的准确性、固有转向特性、转弯制动特性等）以及操纵负荷等。,第二节汽车转向运动学和动力学,一、无侧偏时的转向运动,二、有侧偏时的转向运动,三、转向时的受力分析,第三节汽车的稳态转向,汽车的等速直线运动就是一种稳态。如果在等速直线运动时，给汽车一个转向盘角阶跃输入，即一个定值的方向盘转角，汽车将经短暂的时间后进入等速圆周运动，即进入稳态转向（稳态响应）过程。,稳态转向时横摆角速度增益,一、汽车稳态转向特性,稳定性因数,稳定性因数是表征汽车稳态响应的一个重要的参数。随着汽车行驶车速的变化，汽车的稳态响应可以按照稳定性因数的数值分为中性转向，不足转向和过度转向三类。,二、稳态转向类型,当k0时，汽车为不足转向；当k=0时，汽车为中性转向；当k0时，汽车为过多转向；,特征车速,临界车速,1）前、后轮侧偏角绝对值之差,三、表征稳态响应的参数,2）转向半径之比,转向半径比值,3）静态储备系数S.M,四、影响汽车稳定响应的一些使用参数,1.轮胎气压,2.装载质量,载荷与侧偏力的关系,汽车装载质量增大后将使得汽车稳定性因数的数值降低，极限情况下将使得，汽车稳态响应特性变为过多转向，使汽车的操纵稳定性变坏。这也是一些超载汽车经常发生车祸的直接原因之一。,第四节前轮角阶跃输入下汽车的瞬态响应,一、线性二自由度汽车模型的运动方程,（1）忽略汽车的转向系，因此直接以前轮转角作为汽车系统的输入；2）忽略汽车悬架系统，认为汽车车厢只作平行于地面的运动，因此汽车的垂直位移、俯仰以及侧倾均为零；3）汽车内、外侧车轮的转向角以及侧偏角相等；4）汽车行驶的车速不变；5）汽车的侧向加速度限定在0.4g以下，因此轮胎的侧偏特性可以简化为线性，且忽略左、右侧车轮由于载荷的变化引起的轮胎特性的改变以及轮胎回正力矩的作用；6）汽车运动时的驱动力不大，因此不考虑地面切向力对轮胎特性的影响；7）不考虑空气动力的作用。,1、基本假设,2、线性二自由度汽车模型的运动微分方程,沿ox轴的速度分量的变化为,因此有,同理有,考虑到,很小，并忽略其二阶微量，上式可改写为,对二自由度汽车模型进行受力分析，外力沿y轴方向的合力以及绕质心的力矩分别为,由于前轮转角,较小，侧偏力,和,符合轮胎的线性特性，故上式可改写为,则有前后轮的侧偏角为,整理得,由牛顿定理,二、前轮角阶跃输入下汽车的瞬态响应,转向盘角阶跃输入下汽车的横摆角速度瞬态响应曲线,反应时间,稳定时间,横摆角速度,美国安全试验车横摆角速度瞬态响应的满意区域与丰田轿车的瞬态响应,三、表征瞬态响应的参数,1、横摆加速度波动时的固有（圆）频率,2、阻尼比,汽车的结构参数以及行驶车速与阻尼比的关系,3、反应时间,汽车横摆角速度达稳态值的95105的时间称为稳定时间。稳定时间表明由瞬态响应进入稳态响应所经历的时间，一般希望稳定时间应尽可能短。,4、稳定时间,四、瞬态响应的稳定条件,汽车的瞬态响应是否稳定取决于其对应的汽车运动微分方程，即取决于汽车本身的固有特性。因此横摆角速度响应是否稳定取决于在前轮角阶跃输入下的二自由度汽车模型的运动微分方程的通解。,当汽车的行驶速度较低时，汽车的横摆角速度收敛，汽车是稳定的。随着汽车行驶速度的增加，且汽车为过多转向时，有可能为负值，即发散，汽车是不稳定的,第五节汽车行驶时的侧翻和侧滑,一、汽车的侧翻,1、刚性汽车的准静态侧翻,刚性汽车准静态侧翻模型,汽车开始侧翻时所受到的侧向加速度(g)称为侧翻阈值。可由下式给出（考虑道路的坡道角很小）,汽车的侧翻阈值表征了汽车抗侧翻的能力，但用汽车的速度以及曲线运动时的半径能更直接的反映汽车不发生侧翻的条件。,不发生侧翻的条件可写为,或,2、带悬架汽车的准静态侧翻,带悬架汽车在侧倾平面内的模型,为悬挂质量；为车厢的侧倾角；为车厢的侧倾中心到路面的距离。,侧倾阈值可表示为,3、汽车的瞬态侧翻,计及侧倾转动的汽车侧翻模型,准静态汽车的侧翻只是实际汽车作曲线运动的简化，即假设汽车的侧向加速度变化较慢。当汽车作曲线行驶时的侧向加速度变化较快时，必须分析和研究汽车的侧倾响应。,阶跃输入下的汽车侧倾响应,4、斜坡道路侧翻极限,汽车在横向坡道上等速转弯时的受力分析,汽车不发生翻倒允许的坡道角度,5、汽车防侧翻的控制,二、汽车的侧滑,水平圆周运动时汽车的受力分析,汽车作圆周运动不发生侧滑的条件为,或,三、提高汽车操纵稳定性的控制系统,利用轮胎的附着特性附着圆说明各种电子控制系统的名称，表明各种电子控制系统的有效工作范围。,提高操纵稳定性的各种电子控制系统的有效工作区域D驱动力分配控制R侧倾刚度分配控制B制动力分配控制,1、直接横摆力偶矩控制（DYC）,稳态转向行驶时汽车的受力分析,a)无横摆力偶矩作用下的行驶状态b)有横摆力偶矩作用下的行驶状态直接横摆力偶矩控制提高汽车稳定性机理,2、电子稳定程序控制系统（ESP）,ESP(ElectronicStabilityProgram)车身电子稳定系统是车辆新型主动安全系统，是对ABS、ASR(即TCS)的进一步拓展。,ESP对过多转向的控制,ESP对不足转向的控制,汽车的操纵稳定性是汽车的一个非常重要的性能。虽然对汽车进行了物理模型建立，对汽车的性能进行了一些定性和定量的分析，为汽车操纵稳定性的评价提供了理论依据。但是汽车是一个复杂的系统，理论模型往往不能全面的反映汽车的性能。因此试验的研究显得尤为重要。,第六节汽车操纵稳定性的试验,一、试验仪器与设备,1、角速度陀螺仪2、垂直陀螺仪3、侧（纵）向加速度计4、车速测量仪5、转向盘