汽车理论——操纵稳定性下学习教案

1、会计学1汽车理论汽车理论(lln)操纵稳定性下操纵稳定性下第一页，共80页。22.转向(zhunxing)盘力特性 转动转向盘时所需要的力随汽车(qch)运动状况而变化的规律，称为转向盘力特性。第五节 汽车操纵稳定性与转向(zhunxing)系的关系第1页/共80页第二页，共80页。3第五节 汽车操纵稳定性与转向(zhunxing)系的关系2.转向(zhunxing)盘力特性第2页/共80页第三页，共80页。43.转向(zhunxing)盘力特性的影响因素 转向盘力特性决定于下列因素：转向器角传动比及其变化规律、转向器效率、动力转向器的转向盘操作力特性、转向杆系传动比、转向杆系效率、由悬架导向

2、杆系决定的主销位置、轮胎上的载荷、轮胎气压、轮胎力学特性、地面附着条件、转向盘转动惯量、转向柱摩擦阻力以及汽车(qch)整体动力学特性等。第五节 汽车操纵稳定性与转向(zhunxing)系的关系第3页/共80页第四页，共80页。5 主销位置几何参数，如主销内倾角、主销后倾角、主销拖距、接地面上主销偏置距、车轮中心主销拖距等，对转向(zhunxing)盘力特性、回正性能、直线行驶性等都有显著影响。第五节 汽车(qch)操纵稳定性与转向系的关系第4页/共80页第五页，共80页。6二、不同工况下对操纵(cozng)稳定性的要求 汽车在原地、小半径弯道低速行驶时，要防止转向盘过于沉重； 在高速行驶时，

3、转向盘力不宜过小而应维持一定数值，以帮助(bngzh)驾驶者稳定驾驶。第五节 汽车操纵(cozng)稳定性与转向系的关系第5页/共80页第六页，共80页。7二、不同工况下对操纵(cozng)稳定性的要求第五节 汽车操纵(cozng)稳定性与转向系的关系第6页/共80页第七页，共80页。8三、评价高速公路行驶操纵稳定性的试验(shyn)转向盘中间位置操纵稳定性试验(shyn)（On Center Handling Test） 汽车在高速公路上高速行驶时，具有以力输入为主和转向(zhunxing)盘（反作用）力是重要信息源的特点。1.试验(shyn)方法 汽车以100km/h的速度作正弦曲线的蛇形

4、行驶，正弦运动的周期为5s，最大侧向加速度为0.2g。 车上装有转向盘转角、转向盘转矩、车速和横摆角速度等传感器。第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系第7页/共80页第八页，共80页。9第五节 汽车操纵(cozng)稳定性与转向系的关系第8页/共80页第九页，共80页。102.转向盘力输入方面(fngmin)的评价指标第五节 汽车操纵(cozng)稳定性与转向系的关系第9页/共80页第十页，共80页。11车型车型大型大型中型中型紧凑紧凑紧凑紧凑运动型运动型中型中型中型中型运动型运动型产地产地美国美国美国美国美国美国美国美国美国美国其他其他其他其他其他其他驱动轴驱动轴后轴后轴前轴前轴前轴前轴前轴

5、前轴后轴后轴后轴后轴前轴前轴后轴后轴转向系转向系动力动力动力动力动力动力手动手动动力动力动力动力动力动力手动手动转向盘转矩为转向盘转矩为0时时的侧向加速度的侧向加速度/g-0.110-0.055-0.063-0.038-0.054-0.071-0.045-0.1090g处的转向盘转处的转向盘转矩矩/（Nm）1.290.810.780.960.951.570.901.900g处的转向盘转处的转向盘转矩梯度矩梯度/（Nmg-1）8.816.513.027.518.525.120.520.60.1g处的转向盘转处的转向盘转矩矩/（Nm）1.902.191.833.942.273.462.434.09

6、0.1g处的转向盘转处的转向盘转矩梯度矩梯度/（Nmg-1）4.24.76.615.98.412.47.920.3一些(yxi)车辆力输入方面的评价指标（试验结果）第五节 汽车操纵(cozng)稳定性与转向系的关系第10页/共80页第十一页，共80页。12四、转向系与汽车横摆角速度稳态响应(xingyng)的关系 车厢侧倾时，如果非独立悬架汽车的转向系与悬架在运动学上关系(gun x)不协调，将引起转向车轮干涉转向的现象。1.侧倾时转向系统与悬架的运动(yndng)干涉第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系第11页/共80页第十二页，共80页。13第五节 汽车操纵稳定性与转向(zhunxing)

7、系的关系 当车辆向右转向时，车身向外倾斜，外侧板簧受压缩，车轮与车架(ch ji)距离减小，使车轮向左转，增加了车辆的不足转向，这种现象称为侧倾干涉不足转向。第12页/共80页第十三页，共80页。142.转向系刚度(n d)与转向车轮的变形转向 在转向盘至转向车轮之间，包括转向器、转向杆系与转向器固定处在内的刚度，称为(chn wi)转向系（角）刚度。 转向系刚度低，前转向轮的变形转向角大，增加了汽车的不足转向趋势。 转向系刚度高，高速行驶时的“路感”较好。第五节 汽车(qch)操纵稳定性与转向系的关系第13页/共80页第十四页，共80页。15第六节汽车(qch)操纵稳定性与传动系的关系第五章

8、 汽车(qch)的操纵稳定性 本节将介绍地面切向反作用力对汽车稳态转向(zhunxing)特性的影响，还将介绍利用地面切向反作用力控制转向(zhunxing)特性的方法和原理。返回目录第14页/共80页第十五页，共80页。16一、地面(dmin)切向反作用力与“不足过多转向特性”的关系1）汽车(qch)在弯道上以大驱动力加速行驶第六节 汽车操纵(cozng)稳定性与传动系的关系FZ1汽车有增加不足转向的趋势加速行驶时k1k2FZ221第15页/共80页第十六页，共80页。17前驱汽车(qch)增大了不足转向趋势2）Ft 对的影响(yngxing) Ft， FY=C， 随着驱动力的增加，维持(w

9、ich)转向所需的FY 将使。前驱汽车1 随 Ft 增大而增大第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系第16页/共80页第十七页，共80页。183）前轮受半轴驱动(q dn)转矩的影响会产生不足变形转向，增加了前驱动(q dn)汽车不足转向的趋势。第六节 汽车(qch)操纵稳定性与传动系的关系第17页/共80页第十八页，共80页。193）前轮受半轴驱动转矩的影响会产生不足变形转向，增加(zngji)了前驱动汽车不足转向的趋势。如果(rgu)半轴水平力矩(l j)臂为第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系第18页/共80页第十九页，共80页。20 汽车在弯道上行驶时，车厢侧倾，外侧(wi c)车轮的减

10、小，内侧增加。作用于外侧(wi c)车轮的 减小，内侧增加。这两个(lin )力矩之差使前轮受到一令转向角变小的力矩。增加了汽车的不足转向趋势。第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系第19页/共80页第二十页，共80页。21 试分析当汽车(qch)用发动机制动时，前轮驱动的汽车(qch)趋于增加不足转向还是减小不足转向？后轮驱动的汽车(qch)呢？为什么？思考(sko)第六节 汽车操纵(cozng)稳定性与传动系的关系 4）随着驱动力的增加，轮胎回正力矩通常也有所增加，这也增加了前轮驱动汽车的不足转向趋势。第20页/共80页第二十一页，共80页。22二、地面切向反作用力控制转向特性(txng)的

11、基本概念简介1.切向力对r的影响(yngxing)第六节 汽车操纵稳定性与传动(chundng)系的关系第21页/共80页第二十二页，共80页。232.切向力控制(kngzh)方法1）总切向反作用力控制(kngzh) ABS就是(jish)总制动力控制，保证较佳的滑动率，提高制动时汽车的方向稳定性。 TCS 是总驱动力控制，防止出现过大的滑转率，提高驱动时汽车的方向稳定性。第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系第22页/共80页第二十三页，共80页。242）前、后轮间切向力分配比例的控制(kngzh)图中F、R前轴、后轴的外侧(wi c)车轮驱动力与该轴驱动力之比； C前轴驱动力与整车驱动力之比

12、。第六节 汽车(qch)操纵稳定性与传动系的关系第23页/共80页第二十四页，共80页。25第六节 汽车(qch)操纵稳定性与传动系的关系 ETS：日产公司研制了总是保持“中性转向(zhunxing)”特性的电子控制前、后驱动力分配系统。第24页/共80页第二十五页，共80页。263）内、外侧车轮(ch ln)间切向力分配的控制由二自由度汽车模型可以(ky)得到 由于(yuy)改变内、外侧驱动力分配的比例，与在装有普通差速器的汽车上再施加一定数值的横摆力偶矩是一样的，这种驱动力的控制方式也常称为横摆力偶矩控制。第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系第25页/共80页第二十六页，共80页。27即F

13、Y1减小，FY2增大；前轮侧偏角减小，后轮侧偏角增大，汽车(qch)不足转向量减小。+FX2-FX2FY1FY2汽车稳态圆周(yunzhu)行驶时第六节 汽车(qch)操纵稳定性与传动系的关系FY1FY2第26页/共80页第二十七页，共80页。28图中F、R前轴、后轴的外侧(wi c)车轮驱动力与该轴驱动力之比 ； C前轴驱动力与整车驱动力之比。第六节 汽车(qch)操纵稳定性与传动系的关系第27页/共80页第二十八页，共80页。29第六节 汽车(qch)操纵稳定性与传动系的关系直接横摆力偶矩控制提高弯道加速(ji s)行驶的机理第28页/共80页第二十九页，共80页。30第五章 汽车(qch

14、)的操纵稳定性 防抱死制动系统（ABS）与驱动力控制系统（TCS）都是提高汽车操纵(cozng)稳定性的电子控制系统。 目前有更多的电子控制系统能显著改善汽车的操纵(cozng)稳定性。第七节提高操纵(cozng)稳定性的电子控制系统返回目录第29页/共80页第三十页，共80页。31第七节 提高(t go)操纵稳定性的电子控制系统1.四轮(s ln)转向系统（4WS）第30页/共80页第三十一页，共80页。32技术极大地缩小了大型车辆的转向半径，使得这些车辆具有(jyu)紧凑型轿车的转向半径。第七节 提高(t go)操纵稳定性的电子控制系统第31页/共80页第三十二页，共80页。33第七节 提

15、高操纵稳定性的电子(dinz)控制系统 系统是以ABS为基础发展而成的。 基本工作原理(yunl)是：在大侧向加速度、大侧偏角的极限工况下，利用左右两侧制动力之差产生的横摆力偶矩来防止出现难以控制的侧滑现象。2.车辆(chling)稳定性控制系统（VSC或称ESP）第32页/共80页第三十三页，共80页。34第七节 提高(t go)操纵稳定性的电子控制系统VSC（ESP）的作用(zuyng)第33页/共80页第三十四页，共80页。35第七节 提高操纵稳定性的电子(dinz)控制系统VSC（ESP）的作用(zuyng)第34页/共80页第三十五页，共80页。36前轴侧滑出现(chxin)“驶出”

16、现象加大内侧车轮(ch ln)的制动力第七节 提高(t go)操纵稳定性的电子控制系统VSC（ESP）的作用抑制前轮侧滑第35页/共80页第三十六页，共80页。37后轴侧滑出现(chxin)甩尾现象加大外侧(wi c)车轮的制动力第七节 提高操纵(cozng)稳定性的电子控制系统抑制后轮侧滑VSC（ESP）的作用第36页/共80页第三十七页，共80页。38提高操纵稳定性的各种电子控制系统的有效(yuxio)工作区域驱动力分配(fnpi)控制制动力分配(fnpi)控制侧倾刚度分配控制第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统第37页/共80页第三十八页，共80页。39第七节 提高操纵(cozng)稳定

17、性的电子控制系统起始车速120km/h、频率0.6Hz的转向角正弦(zhngxin)输入下的响应一、极限(jxin)工况下前轴侧滑与后轴侧滑的特点第38页/共80页第三十九页，共80页。40第七节 提高(t go)操纵稳定性的电子控制系统起始车速(ch s)120km/h、频率0.6Hz的转向角正弦输入下的响应一、极限(jxin)工况下前轴侧滑与后轴侧滑的特点第39页/共80页第四十页，共80页。41 1）当正弦输入转向角超过一定值后，汽车质心侧偏角、前轮侧偏角、后轮侧偏角突然增大，汽车失去(shq)稳定性； 2）汽车是否稳定决定于汽车（质心）侧偏角与汽车侧偏角速度。稳定的条件可以近似地表示为

18、 。第七节 提高(t go)操纵稳定性的电子控制系统第40页/共80页第四十一页，共80页。42 起始车速为110km/h时正弦转向(zhunxing)角输入下的 曲线第七节 提高(t go)操纵稳定性的电子控制系统 起始车速为140km/h时正弦转向角输入(shr)下的 曲线第41页/共80页第四十二页，共80页。43斜阶跃转向角输入(shr)下汽车的响应第七节 提高操纵(cozng)稳定性的电子控制系统第42页/共80页第四十三页，共80页。44斜阶跃转向(zhunxing)角输入下汽车的响应第七节 提高操纵(cozng)稳定性的电子控制系统第43页/共80页第四十四页，共80页。45第七

19、节 提高(t go)操纵稳定性的电子控制系统 1）随着前轮转向角的增加，前轮侧偏角加大；但前轮侧偏角达某一角度值后，侧偏力饱和而不再增大，汽车的转向半径也不能再减小。 2）出现的后轮侧偏角小于后轮发挥最大侧偏力所对应(duyng)的侧偏角值。因此，如果后轮侧偏角增大，就可以产生更大的后轮侧偏力。结论(jiln)第44页/共80页第四十五页，共80页。46 斜阶跃转向角输入下前轮的侧偏角与汽车转向半径(bnjng)的关系。第七节 提高操纵(cozng)稳定性的电子控制系统 达到最小转向(zhunxing)半径的前轮侧偏角1几乎为一常数，增加转向(zhunxing)角能减小转向(zhunxing)

20、半径的条件为：1C3第45页/共80页第四十六页，共80页。47横摆力偶矩M或纵向减速力FX对汽车(qch)稳定性的影响 第七节 提高(t go)操纵稳定性的电子控制系统二、横摆力偶矩及制动力的控制(kngzh)效果第46页/共80页第四十七页，共80页。48横摆力偶矩 M 或纵向减速(jin s)力 FX 对汽车稳定性的影响 第七节 提高操纵稳定性的电子(dinz)控制系统第47页/共80页第四十八页，共80页。49第七节 提高(t go)操纵稳定性的电子控制系统横摆力偶矩M或纵向减速(jin s)力FX对汽车稳定性的影响 第48页/共80页第四十九页，共80页。50 1）为了保持汽车的稳定

21、性，当后轴要侧滑发生激转时，应对汽车施加外侧的横摆力偶矩； 2）当前轴要侧滑而使汽车驶离弯道时，应对汽车施加适当(shdng)大小向内侧的横摆力偶矩，使后轮的侧偏角达到最大侧偏力的角度； 3）还应对汽车施加纵向减速力。第七节 提高操纵(cozng)稳定性的电子控制系统结论(jiln)第49页/共80页第五十页，共80页。51三、各个车轮制动力(dngl)控制的效果第七节 提高操纵稳定性的电子(dinz)控制系统第50页/共80页第五十一页，共80页。52三、各个车轮制动力控制(kngzh)的效果第七节 提高操纵(cozng)稳定性的电子控制系统第51页/共80页第五十二页，共80页。53第七节

22、 提高操纵(cozng)稳定性的电子控制系统四、四个车轮主动制动(zh dn)的控制效果第52页/共80页第五十三页，共80页。54五、VSC系统(xtng)的组成 1）用于向各个车轮(ch ln)施加制动的执行机构； 2）用于控制驱动力的节气门执行机构与节气门传感器； 3）轮速传感器； 4）横摆角速度传感器； 5）侧向、纵向加速度传感器； 6）转向角传感器； 7）制动主缸压力传感器； 8）ECU。第七节 提高操纵稳定性的电子(dinz)控制系统第53页/共80页第五十四页，共80页。55六、装有VSC系统(xtng)汽车的试验结果第七节 提高(t go)操纵稳定性的电子控制系统第54页/共8

23、0页第五十五页，共80页。56六、装有VSC系统(xtng)汽车的试验结果第七节 提高操纵稳定性的电子(dinz)控制系统第55页/共80页第五十六页，共80页。57第五章 汽车(qch)的操纵稳定性第八节 汽车(qch)的侧翻返回(fnhu)目录第56页/共80页第五十七页，共80页。58 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(jq)危险的侧向运动。曲线运动(q xin yn dn)引起的侧翻汽车(qch)侧翻可分为两类绊倒侧翻第八节 汽车的侧翻第57页/共80页第五十八页，共80页。59 “刚性汽车”是指忽略汽车悬架及轮胎弹性变形(bi

24、n xng)；“准静态”是指汽车的稳态转向。一、刚性(n xn)汽车的准静态侧翻假定(jidng)第八节 汽车的侧翻第58页/共80页第五十九页，共80页。60当汽车(qch)在水平路面直线行驶时，如果(rgu) 不变，当ay增加(zngji)时， 将减小； =0时，汽车开始侧翻侧翻时当=0时，侧翻阈值为2B/2hg，发生侧翻时的加速度ay称为侧翻阈值则第八节 汽车的侧翻。第59页/共80页第六十页，共80页。61车辆类型车辆类型质心高度质心高度/cm轮距轮距/cm侧翻阈值侧翻阈值/g跑车跑车46511271541.21.7微型轿车微型轿车51581271541.11.5豪华轿车豪华轿车516

25、11541651.21.6轻型客货两用车轻型客货两用车76891651780.91.1客货两用车客货两用车761021651780.81.1中型货车中型货车1141401651900.60.8重型货车重型货车1542161781830.40.6表5-4 几种汽车(qch)侧翻阈值的范围第八节 汽车(qch)的侧翻第60页/共80页第六十一页，共80页。62几种微型轿车(jioch)的侧翻阈值及侧翻事故率第八节 汽车(qch)的侧翻第61页/共80页第六十二页，共80页。63几种轿车(jioch)和多用途车的侧翻阈值及侧翻事故率随着(su zhe)侧翻阈值的增大，侧翻事故率降低。第八节 汽车(q

26、ch)的侧翻第62页/共80页第六十三页，共80页。64二、带悬架汽车(qch)的准静态侧翻注意观察(gunch)，该模型与刚性汽车模型有哪些区别？第八节 汽车(qch)的侧翻第63页/共80页第六十四页，共80页。65R侧倾率（ ）。 某轿车hr/hg=0.5、 R=0.1 ， 。 与刚性汽车(qch)相比，阈值减小了5%。当 =0时，侧翻阈值(y zh)为 当汽车受到侧向力作用时，外侧轮胎产生弹性变形，从而轮胎接地中心向内偏移(pin y)，轮距B减小，使得侧翻阈值又减小约5%。 第八节 汽车的侧翻例第64页/共80页第六十五页，共80页。66三、汽车(qch)的瞬态侧翻第八节 汽车(qc

27、h)的侧翻图5-88第65页/共80页第六十六页，共80页。67阶跃输入(shr)下的侧倾响应由于(yuy)超调量的影响，汽车的瞬态侧倾阈值比准静态时要小。第八节 汽车(qch)的侧翻第66页/共80页第六十七页，共80页。68 超调量的大小(dxio)取决于侧倾阻尼，随着阻尼比的增加，侧倾阈值也增大。第八节 汽车(qch)的侧翻第67页/共80页第六十八页，共80页。69 在侧向加速度正弦输入的情况下，汽车侧倾响应取决于输入频率。输入频率等于(dngy)侧倾共振频率时，侧倾阈值达到最小。第八节 汽车(qch)的侧翻第68页/共80页第六十九页，共80页。70第九节 汽车操纵(cozng)稳定

28、性的路上试验第五章 汽车(qch)的操纵稳定性返回(fnhu)目录第69页/共80页第七十页，共80页。71操纵(cozng)稳定性路上试验的测量仪器和测取的参数第九节 汽车操纵稳定性的路上(l shng)试验测量仪器测量仪器测取的参数测取的参数 非接触式车速仪或第五非接触式车速仪或第五 轮仪和时间信号发生器轮仪和时间信号发生器 测量车速和时间测量车速和时间 测力转向盘测力转向盘 测量转向盘作用转矩及转角测量转向盘作用转矩及转角 加速度计加速度计 测量加速度测量加速度 陀螺仪陀螺仪 测量横摆角速度、航向角和测量横摆角速度、航向角和侧倾角侧倾角第70页/共80页第七十一页，共80页。72一、低速行驶(xngsh)转向轻便性试验第九节 汽车操纵稳定性的路上(l shng)试验 双纽线轨迹的极坐标方程为 ， 时，双纽线顶点处的曲率半径(bnjng)最小， ，最小曲率半径(bnjng)应按试验汽车的最小转向半径(bnjng)的1.1倍，并圆整到比此乘积大的一个整数来确定。第71页/共80页第七十二页，共80页。73转向(zhunxing)盘转矩转向(zhunxing)盘转角曲线 以转向盘最大转矩、转向盘