第5章++++汽车的操纵稳定性[1]

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1、第五章 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。 5-1 概概 述述 一、汽车操纵稳定性包含的内容一、汽车操纵稳定性包含的内容 1、在汽车操纵稳定性的研究中，常把汽车作为一控制系统，求出汽车曲线行驶的时域响应时域响应与频率响应频率响应特性特性，并以它们来表征汽车的操纵稳定性能。 2、方向盘输入有两种形式：给方向盘作用一个角位移，称为角位移输入角位移输入，简称为角输入角输入；给方向盘作用一个力矩，称为力矩输入力矩输入，简称为力输入力输入。 3、方向盘角阶

2、跃输入下进入的稳态响应方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应及方向盘方向盘角阶跃输入下的瞬态响应角阶跃输入下的瞬态响应，就是表征汽车操纵稳定性的方向盘角位移输入下的时域响应。回正性回正性是一种方向盘力输入下的时域响应。 横摆角速度频率响应特性横摆角速度频率响应特性是方向盘转角正弦输入下，频率由0 时，汽车横摆角速度与方向盘转角的振幅比及相位差的变化图形。 转向半径转向半径是评价汽车机动灵活性的物理参量。 转向轻便性转向轻便性是评价转动方向盘轻便程度的特性。 二、车辆坐标系与方向盘角阶跃输入下的时域响应二、车辆坐标系与方向盘角阶跃输入下的时域响应 1、汽车的运动是借固结于运动着的汽车上的动坐标系车辆坐

3、标系来描述的。图5-1所示固结于汽车上的oxyz直角动坐标系就是车辆坐标系车辆坐标系。 XOZ处于汽车左右对称的平面内。当车辆在水平路面上静止状态下，x轴平行于地面指向前方。z轴通过质心指向上方，y轴指向驾驶员的左侧，坐标系的原点O常可令其与质心重合。与操纵稳定性有关的主要运动参量为，车厢角速度为z轴上的分量横摆角速度 等等（参看图5-1） r 2、汽车的时域响应可分为不随时间变化的稳态响应稳态响应和随时间变化的瞬态响应瞬态响应。汽车等速直线行驶是一种稳态，给汽车以方向盘角阶跃输入，一般汽车经短暂时间后便进入等速圆周行驶，这也是一种稳态，称为方向盘角阶跃输方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应入下进

4、入的稳态响应。 在等速直线行驶与等速圆周行驶这两个稳态运动之间的过渡过程便是一种瞬态，相应的瞬态运动响应称为方向盘角方向盘角阶跃输入下的瞬态响应阶跃输入下的瞬态响应。 汽车的等速圆周行驶等速圆周行驶，即汽车方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应。一般也称它为汽车的稳态转向特性稳态转向特性，汽车的稳态转向特性分为三种类型：不足转向不足转向、中性转向中性转向和过多转向。操纵稳定性良好的汽车应具有适度的不足转向特性。一般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。 常用方向盘角阶跃输入下的瞬态响应来表征汽车的操纵稳定性。 图5-3上画出了一

5、辆等速行驶汽车在t=0时,驾驶员急速转动方向盘至角度sw0并维持此转角不变时的汽车瞬态响应曲线 汽车的瞬态响应，它具有如下几个特点：（1）时间上的滞后（2）执行上的误差（3）横摆角速度的波动（4）进入稳态所经历的时间 四、汽车试验的两种评价方法及时域响应与频率响应特四、汽车试验的两种评价方法及时域响应与频率响应特性的评价指标性的评价指标 汽车性能最后应通过试验来进行测定与评价。试验中的性能评价有主观评价和客观评价两种方法。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。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

6、员，根据试验时自己的感觉来进行评价，并按规定的项目和评分办法进行评分。 此外，还有一个方向盘角阶跃输入下时域响应的综合性评价指标，这个评价指标称为汽车因数汽车因数。 方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应：方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应： 稳态横摆增益曲线稳态横摆增益曲线 .横摆角速度增益（又横摆角速度增益（又称为转向灵敏度）称为转向灵敏度）.稳定性因数稳定性因数K。方向盘角阶跃输入下的瞬态响应：方向盘角阶跃输入下的瞬态响应： 瞬态横摆响应曲线瞬态横摆响应曲线 .反应时间反应时间衰减振动圆频率衰减振动圆频率 横摆角速度频率响应特性：横摆角速度频率响应特性： 共振峰频率共振峰频率f ，1HZ时的相位

7、滞后角时的相位滞后角 变速演示变速演示 )rsau0100%rrtt或05-2 轮胎的侧偏特性 侧偏特性主要是侧偏力、回正力矩与侧偏角间的关系，它是研究汽车操纵稳定性的基础。 一、轮胎的坐标系一、轮胎的坐标系 垂直于车轮旋转轴线的轮胎中分平面称为车轮平面。车轮平面与地平面的交线取为X轴，规定向前为正。Z轴与地平面垂直，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边为正。图5-5上还画了地面作用于轮胎的力与力矩，即地面切向反作用力Fx、地面侧向反作用力Fy、地面法向反作用力Fz，以及地面反作用力绕Z轴的力矩回正力矩Tz等等。图中还画出了侧偏角a与外倾角 二、轮胎的侧偏现象和侧偏

8、力二、轮胎的侧偏现象和侧偏力-侧偏角曲线侧偏角曲线 车轮中心沿Y轴方向若作用有侧向力Fy，相应地在地面上产生地面侧向反作用力Fy，Fy也称为侧偏力侧偏力。当有地面侧向反作用力时，若车轮是刚性的，则可能发生两种情况： （1）当地面侧向反作用力FY未超过车轮与地面间的附着极限时，车轮与地面间没有滑动,车轮仍沿其本身平面 的 方向行驶（图5-6）； （2）当地面侧向反作用力FY达到车轮与地面间的附着极限时，车轮发生侧向滑动，若滑动速度为u，车轮便沿合成速度u方向行驶，偏离了 方向。 当车轮有侧向弹性时，即使FY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，这就是轮胎的侧侧偏现象偏现象。 与

9、 的夹角a，即为侧偏角侧偏角。 ccccccaacccFyuccFyucu 没有侧向滑移 有侧向滑移图5-6 有侧向力作用时刚性车轮的滚动u FY- 曲线在 =0。处的斜率称为侧偏刚度侧偏刚度k，FY=ka显然轮胎的最大侧偏力决定于附着条件，即垂直载荷。 三、轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响三、轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响 尺寸较大的轮胎有较高的侧偏刚度。 轮胎断面高H与轮胎断面宽B之比H/B100%称为扁扁平率平率。 垂直载荷增大后，侧偏刚度随垂直载荷的增加而加大，但垂直载荷过大时，轮胎产生很大的径向变形，侧偏刚度反而有所减小。 轮胎的充气压力对侧偏刚度也有显著影响。随着气压的增