汽车性能检测技术课件 汽车的操纵稳定性检测基础

汽车操作稳定性检测

情景一：汽车的操作稳定性检测基础

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。汽车的操纵稳定性是汽车主动安全性的重要评价指标。一、操纵稳定性包含的内容汽车操纵稳定性涉及到的问题较为广泛，它需要采用较多的物理参量从几个方向评价。1、转向盘角阶跃输入下的响应汽车直线行驶时，急速转动转向盘至某一转角时，停止转动转向盘并维持此转角不变，即给汽车以转向盘角阶跃输入。可分为稳态响应和瞬态响应。2、横摆角速度频率响应特性横摆角速度频率响应特性是转向盘转角正弦输人下，频率由0→∞时，汽车横摆角速度与转向盘转角的振幅比及相位差的变化规律。它是另一个重要的表征汽车操纵稳定性的基础特性。情景一：汽车的操作稳定性检测基础

3、转向盘中间位置操纵稳定性转向盘小转角、低频正弦输入下，汽车高速行驶时的操纵稳定性。4、回正性转向盘力输入下的时域响应。5、转向半径当转向盘转到极限位置，汽车以最低稳定车速转向行驶时，外侧转向轮的中心平面在支承平面上滚过的轨迹圆半径。6、转向轻便性评价转动转向盘轻便程度的特性。包括原地转向轻便性、低速行驶转向轻便性和高速行驶转向轻便性。7、直线行驶性能包括直线行驶性、侧向风敏感性、路面不平敏感性。8、典型行驶工况性能包括蛇行性能、移线性能、双移线性能——回避障碍性能。9、极限行驶能力包括圆周行驶极限侧向加速度、抗侧翻能力、发生侧滑时的控制能力二、操纵稳定性的研究方法1、将汽车作为开路控制系统假定驾驶者的任务只是机械地急速转动转向盘至某一转角并维持此角度不变，而不允许根据汽车的转向运动作出任何操纵修正动作，即不允许驾驶者起任何反馈作用，在此情况下研究汽车的操作稳定性。它们完全取决于汽车的结构与参数．是汽车本身固有的特性。2、人—汽车系统作为闭路系统

汽车的操纵稳定性最后应该是驾驶者来评定的，操纵稳定性与驾驶者的操作特性又是紧密相关的。因此操纵稳定性和研究对象应该是把驾驶者与汽车作为统一整体的人一汽车系统，而不能忽略驾驶者的反馈作用。图5-1简要的表示了人——汽车系统中驾驶者与汽车的关系。

三、汽车试验的两种评价方法1、客观评价法客观评价法是通过测试仪器测出表征性能的物理量，如横摆角速度、侧向加速度、侧倾角及转向力等，来评价操纵稳定性的方法。2、主观评价法主观评价法就是感觉评价，其方法是让试验评价人员，根据试验时自己的感觉来进行评价，按规定的项目和评分办法进行评分。研究汽车的操纵稳定性，闭路系统是非常真实的；但其理论模型的建立和分析非常复杂。为此，我们还是采用开路模型，利用客观评价法来分析汽车的操纵稳定性。四、汽车操作稳定性的影响因素（一）轮胎的侧偏特性

轮胎的侧偏特性是轮胎机械特性的一个重要部分。侧偏特性主要是指侧偏力、回正力矩与偏角间的关系，它是研究汽车操纵稳定性的基础。1、轮胎的坐标系为了讨论轮胎的机械特性，建立—个坐标系，参看图5-2。垂直于车轮旋转轴线的轮胎中分平面称为车轮平面。坐标系的原点O为车轮平面和地平面的交线与车轮放置轴线在地平面投影线的交点。车轮平面与地平面的交线取为X轴，规定向前为正。Z轴与地面垂直，规定指向上方为正。Y轴在地平面上，规定面向车轮前进方向时指向左方为正。2、轮胎的侧偏现象（1）侧偏力由于路面的侧向倾斜、侧向风或曲线行驶时的离心力等的作用，车轮中心沿Y轴方向将作用有侧向力Fy，相应地在地面上产生地面侧向反作用力Fy（2）轮胎的侧偏现象：

车轮有侧向弹性时，即使没有达到附着极限，车轮行驶方向亦将偏离车轮平面的方向，这就是轮胎的侧偏现象。1）车轮静止不滚动。由于车轮有侧向弹性，轮胎发生侧向变形，轮胎胎面接地印迹的中心线aa与车轮平面cc不重合，错开△h，但aa仍平行于cc。图5-3所示。2）车轮滚动，轮胎胎面接地印迹的中心线aa不只是和车轮平面错开一定距离，而是不再与车轮平面cc平行，aa与cc的夹角，即为侧偏角。此时，车轮就是沿着aa方向滚动的。图5-4所示。3、影响侧偏特性的因素（1）轮胎的尺寸、型式和结构参数对侧偏刚度有显著影响。尺寸较大的轮胎有较高的侧偏刚度—子午线轮胎接地面宽，一般侧偏刚度较高。钢丝子午线轮胎比尼龙子午线的侧偏刚度还要高些。（2）扁平率（图5-5）对轮胎侧偏刚度影响很大，采用扁平率小的宽轮胎是提高侧偏刚高度的主要措施。

图2-14（3）汽车行驶中，轮胎的垂直载荷常有变化。垂直载荷的变化对轮胎侧偏特性有显著影响,图5-6表明当垂直载荷增大后，侧偏刚度随垂直载荷的增加而加大，垂直载荷过大时，轮胎产生很大的径向变形，侧偏刚度反而有所减小。（4）

轮胎的充气压力对侧偏刚度也有显著影响。随着气压的增加，侧偏刚度增大，但气压过高后刚度不再变化。如图5-7所示.。（5）路面干湿状态对侧偏刚度的影响如图5-8所示。干沥青路面的侧偏刚度高，湿滑路面侧偏刚度低（二）汽车的转向特性1、稳态响应

汽车等速行驶时，在前轮角阶跃输入下进入的稳态响应就是等速圆周行驶。常用输出与输入的比值，如稳态时的横摆角速度与前轮转角之比（K—稳定性因数）。来评价稳态响应。这个比值称为稳态横摆角速度增益，也称为转向灵敏度。2、稳态响应的三种类型根据K的数值，汽车的稳态响应可分为三类，即中性转向、不足转向及过多转向。如图5-9所示。在转向盘保持一固定转角下，缓慢加速或以不同车速等速行驶时，不足转向汽车的转向半径尺增大；中性转向汽车的转向半径维持不变；而过多转向汽车的转向半径则愈来愈小。操纵稳定性良好的汽车不应具有过多转向特性，也不应具有中性转向特性，因为中性转向汽车在使用条件变动时，有可能转变为过多转向特性。3、影响转向特性的因素（1）汽车的质量分配与车轮侧偏度的匹配

在汽车设计及改装中，应使汽车的质量在前后轴的分配，车轮的侧偏刚度相适应，使稳定性因数K>0，以保证汽车的不足转向性。（2）轮胎气压的影响轮胎气压对侧偏刚度影响很大，降低轮胎气压，侧偏刚度下降，可以产生较大的侧偏角。（3）轮胎结构的影响不同结构(帘布层数、扁平率等)、不同型式(子午线轮胎、普通斜交轮胎)的轮胎，侧偏刚度不同，可能使汽车具有过多转向性。（4）驱动型式的影响转向时施加于轮胎上的切向力增加，轮胎的侧偏刚度下降，使产生的侧偏角增加。

（5）左、右轮垂直载荷再分配的影响在侧向力作用下，若前轴左右轮垂直载荷变动量大，则汽车趋向于减少不足转向性；减少后悬架的角刚度，能使侧倾力矩分摊到后轴上的数值减少，因而后轴左右轮垂直载荷的变动量减少，有利于增加汽车的不足转向性。（6）轴转向的影响车身侧倾时，由于悬架导向杆件的运动学关系，会使前轴或后轴相对于车身转动某一角度。这使轮心运动方向发生变化，具有与侧偏现象相同的效果，所以这种现象称为运动学侧偏，或称轴转向。（7）侧倾时车轮外倾角变化的影响车身侧倾时，由于悬架型式的不同，车轮外倾角会发生变化，使轮心前进方向发生变化，这与轮胎侧偏具有相同效果，可以使汽车的转向特性发生变化。（8）轮胎回正力矩对侧偏的影响作用在前轮上的回正力矩，有增加不足转向的倾向；作用在后轮．上的回正力矩，有减少不足转向的倾向。由于前轮的回正力矩较大，故汽车回正力矩的总效果往往趋向于增加不足转向性。五、提高操纵稳定性的电子控制系统