汽車操操縱穩(wěn)定性

1、 5.1 5.1 汽車操縱穩(wěn)定性研究的汽車操縱穩(wěn)定性研究的 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 5.2 5.2 汽車極限行駛穩(wěn)定性汽車極限行駛穩(wěn)定性 5.3 5.3 輪胎的側(cè)偏特性輪胎的側(cè)偏特性 5.4 5.4 汽車的轉(zhuǎn)向特性汽車的轉(zhuǎn)向特性 5.5 5.5 汽車轉(zhuǎn)向輪的振動汽車轉(zhuǎn)向輪的振動 5.6 5.6 轉(zhuǎn)向輪的穩(wěn)定效應(yīng)轉(zhuǎn)向輪的穩(wěn)定效應(yīng) 目錄 操縱性：操縱性：汽車能夠確切地響應(yīng)駕汽車能夠確切地響應(yīng)駕 駛員轉(zhuǎn)向指令的能力。駛員轉(zhuǎn)向指令的能力。 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：汽車行駛中具有抵抗改汽車行駛中具有抵抗改 變行駛方向的各種干擾并變行駛方向的各種干擾并 保持穩(wěn)定行駛的能力。保持穩(wěn)定行駛的能力。 1、極限行駛穩(wěn)定性、極限

2、行駛穩(wěn)定性 橫向傾翻的最大坡度；橫向傾翻的最大橫向傾翻的最大坡度；橫向傾翻的最大 車速；縱向行駛穩(wěn)定性。車速；縱向行駛穩(wěn)定性。 2、直線行駛性能、直線行駛性能 抗側(cè)風(fēng)和路面不平度的穩(wěn)定性。抗側(cè)風(fēng)和路面不平度的穩(wěn)定性。 3、轉(zhuǎn)向輕便性、轉(zhuǎn)向輕便性 原地轉(zhuǎn)向輕便性原地轉(zhuǎn)向輕便性(靜態(tài)靜態(tài)) 行駛轉(zhuǎn)向輕便性行駛轉(zhuǎn)向輕便性(動態(tài)動態(tài)) 4、轉(zhuǎn)向靈敏性、轉(zhuǎn)向靈敏性 時域響應(yīng)：穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、瞬態(tài)響應(yīng)；時域響應(yīng)：穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、瞬態(tài)響應(yīng)； 頻域響應(yīng)：振幅比頻域響應(yīng)：振幅比(增益增益)、相位比。、相位比。 1. 橫向傾翻的最大坡度橫向傾翻的最大坡度 2. 橫向傾翻的最大車速橫向傾翻的最大車速 3. 縱向行駛穩(wěn)定性縱向行

3、駛穩(wěn)定性 汽車在坡道尤其是橫坡上喪失穩(wěn)定性的汽車在坡道尤其是橫坡上喪失穩(wěn)定性的 表現(xiàn)為汽車的翻傾和滑移：表現(xiàn)為汽車的翻傾和滑移： 靜態(tài)受力分析靜態(tài)受力分析 如右圖示：如右圖示： 當(dāng)當(dāng)角增大到重力角增大到重力G通過通過A點時的點時的角稱為橫向傾翻的極限角稱為橫向傾翻的極限 坡度，此時得坡度，此時得 gg h B h B tg 2 2/ max 實際上，大多數(shù)汽車在未達(dá)到實際上，大多數(shù)汽車在未達(dá)到max時就開始滑動，主要是由時就開始滑動，主要是由 于驅(qū)動輪與地面的附著力于驅(qū)動輪與地面的附著力F不夠造成的。不夠造成的。 1.橫向傾翻的最大坡度橫向傾翻的最大坡度 hg Fzl Fzr B Gsin G

4、cos G 下面進(jìn)一步分析汽車側(cè)滑在翻傾之前的條件：下面進(jìn)一步分析汽車側(cè)滑在翻傾之前的條件： 設(shè)在坡道上轉(zhuǎn)向，則產(chǎn)生一離心力設(shè)在坡道上轉(zhuǎn)向，則產(chǎn)生一離心力Fc，在離心力的作，在離心力的作 用下可能向左翻傾，則向左的力矩必須大于向右的力矩：用下可能向左翻傾，則向左的力矩必須大于向右的力矩： 2 2 m a x m a x c o ss in 2 c o ss in. 2 (2) 2 2 , , , . cgc g c g g g B B FhF B GGh m vG v F g R R g RBhtg v hB tg h tg v 式 中 離 心 力 代 入 上 式 整 理 得 ： 若分 母 為

5、 零 則任 意 車 速 不 翻 傾 發(fā)生翻傾條件：發(fā)生翻傾條件： hg Fzl Fzr B G A Fxl Fxt Fc A b.發(fā)生側(cè)滑條件：發(fā)生側(cè)滑條件： 2 max max 1 cossin(sincos) : () 1 , , cc c FFGFG Gv F gR gRtg v tg tgv 將代入式 整理 當(dāng)則任意車速不側(cè)滑。 c、側(cè)滑在翻傾之前的條件、側(cè)滑在翻傾之前的條件 為了保證安全，應(yīng)使側(cè)滑在翻傾之前，則必須為了保證安全，應(yīng)使側(cè)滑在翻傾之前，則必須 vmax B/2hg，說明產(chǎn)生不了側(cè)滑，只得發(fā)生傾翻，說明產(chǎn)生不了側(cè)滑，只得發(fā)生傾翻， 小轎車的重心低，一般能滿足小轎車的重心低，

6、一般能滿足B/2hg，在彎通高速行駛?cè)菀讉?cè)翻。，在彎通高速行駛?cè)菀讉?cè)翻。 若彎道的外側(cè)比內(nèi)側(cè)高，由于重力的橫向分力與轉(zhuǎn)若彎道的外側(cè)比內(nèi)側(cè)高，由于重力的橫向分力與轉(zhuǎn) 彎中離心力的橫向分力相反，可以避免側(cè)翻，可以略提彎中離心力的橫向分力相反，可以避免側(cè)翻，可以略提 高行駛速度。所以公路在彎道處，路面都是外側(cè)高于內(nèi)高行駛速度。所以公路在彎道處，路面都是外側(cè)高于內(nèi) 側(cè)。側(cè)。 3.縱向行駛穩(wěn)定性縱向行駛穩(wěn)定性 汽車的縱向行駛穩(wěn)定性決定于重心高度和重心汽車的縱向行駛穩(wěn)定性決定于重心高度和重心 至前軸（或后軸）的距離。至前軸（或后軸）的距離。 tgmax=a/ hg tgmax=b/ hg 分析從略，與橫向

7、分析方法相同。分析從略，與橫向分析方法相同。 汽車坐標(biāo)系及汽車的主要汽車坐標(biāo)系及汽車的主要 運(yùn)動形式：運(yùn)動形式： 前進(jìn)速度前進(jìn)速度v：質(zhì)心速度：質(zhì)心速度 沿沿X 軸的分量；軸的分量； 側(cè)傾角速度側(cè)傾角速度p(roll velocity)：質(zhì)心繞：質(zhì)心繞X 軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) 角速度。角速度。 z y x 側(cè)傾角速度側(cè)傾角速度p 前進(jìn)速度前進(jìn)速度u 俯仰角速度俯仰角速度q 橫擺角速度橫擺角速度r 垂直速度垂直速度w 側(cè)向加速度側(cè)向加速度ay 側(cè)向速度側(cè)向速度v 圖圖52 車輛坐標(biāo)系與汽車的主要運(yùn)動形式車輛坐標(biāo)系與汽車的主要運(yùn)動形式 側(cè)向速度側(cè)向速度v：質(zhì)心速度沿：質(zhì)心速度沿Y 軸的分量；軸的分量； 俯

8、仰角速度俯仰角速度q(pitch velocity)：質(zhì)心繞：質(zhì)心繞Y軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) 角速度；角速度； 垂直速度垂直速度v：質(zhì)心速度沿：質(zhì)心速度沿Z 軸的分量；軸的分量； 橫擺角速度橫擺角速度r(yaw velocity)：質(zhì)心繞：質(zhì)心繞Z軸旋轉(zhuǎn)角軸旋轉(zhuǎn)角 速度。速度。 z y x 側(cè)傾角速度側(cè)傾角速度p 前進(jìn)速度前進(jìn)速度u 俯仰角速度俯仰角速度q 橫擺角速度橫擺角速度r 垂直速度垂直速度w 側(cè)向加速度側(cè)向加速度ay 側(cè)向速度側(cè)向速度v 圖圖52 車輛坐標(biāo)系與汽車的主要運(yùn)動形式車輛坐標(biāo)系與汽車的主要運(yùn)動形式 側(cè)偏特性主要是指側(cè)偏力、回正力矩與側(cè)偏側(cè)偏特性主要是指側(cè)偏力、回正力矩與側(cè)偏 角之間的關(guān)

9、系。角之間的關(guān)系。 1） 輪胎坐標(biāo)系輪胎坐標(biāo)系(tyre axis system) 當(dāng)車輪中心沿當(dāng)車輪中心沿Y 軸方作用有側(cè)向力軸方作用有側(cè)向力FY，地面將產(chǎn)生，地面將產(chǎn)生 地面?zhèn)认蚍醋饔昧Φ孛鎮(zhèn)认蚍醋饔昧Y 。由于輪胎具有彈性，即使。由于輪胎具有彈性，即使FY沒有沒有 達(dá)到附著極限，車輪行駛方向亦將偏離達(dá)到附著極限，車輪行駛方向亦將偏離X 軸線方向。這軸線方向。這 時輪胎出現(xiàn)側(cè)偏特性。時輪胎出現(xiàn)側(cè)偏特性。 由于輪胎側(cè)向變形，輪上的由于輪胎側(cè)向變形，輪上的b點將不與支承面上的點將不與支承面上的b1 接觸，而與接觸，而與b1接觸，接觸，c點與點與c1 接觸，如此類推。輪胎在接觸，如此類推。輪胎

10、在 支承面上的運(yùn)動軌跡支承面上的運(yùn)動軌跡af 相對于車輪平面偏離某一角度相對于車輪平面偏離某一角度。 a b1 b c d e f d1c 1 e1 f1 b c d e f a b1 c1 d1 e1 f1 b1 c1 d1 e1 f1 FY FY W 輪胎側(cè)偏角輪胎側(cè)偏角(side-slip-angle)： 輪胎接地中心的引進(jìn)方向與車輪中心平面輪胎接地中心的引進(jìn)方向與車輪中心平面 方向間的夾角。方向間的夾角。 側(cè)向力與產(chǎn)生的側(cè)偏角側(cè)向力與產(chǎn)生的側(cè)偏角的關(guān)系曲線，稱為的關(guān)系曲線，稱為 車輪的側(cè)偏特性。當(dāng)車輪的側(cè)偏特性。當(dāng)不超過不超過45時，時，F(xiàn)y與與 成線性關(guān)系成線性關(guān)系Fy，即：，即：F

11、y=k Fy曲線在曲線在=0處的斜率稱為處的斜率稱為側(cè)偏剛度側(cè)偏剛度 k(cornering stiffness)，其單位為，其單位為 N/rad (或或N/()） 其值為負(fù)值，因負(fù)的側(cè)偏力產(chǎn)生正的側(cè)偏角。其值為負(fù)值，因負(fù)的側(cè)偏力產(chǎn)生正的側(cè)偏角。 因此，側(cè)偏剛度為負(fù)值，即因此，側(cè)偏剛度為負(fù)值，即Fy=-FY，F(xiàn)k=-k。 2）輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象、側(cè)偏特性曲線）輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象、側(cè)偏特性曲線 圖圖53 輪胎的坐標(biāo)系與地面作用于輪胎的力和力矩輪胎的坐標(biāo)系與地面作用于輪胎的力和力矩 x z y 正外傾角正外傾角 正回正力矩正回正力矩Tz 車輪行駛方向車輪行駛方向 車輪平面車輪平面 車輪旋轉(zhuǎn)軸線車輪旋轉(zhuǎn)軸線

12、 正地面?zhèn)认蚍醋饔昧φ孛鎮(zhèn)认蚍醋饔昧Y 正地面法向正地面法向 反作用力反作用力FZ 正地面切向正地面切向 反作用力反作用力FX 正翻轉(zhuǎn)力矩正翻轉(zhuǎn)力矩TX 正正TY 正側(cè)偏角正側(cè)偏角 O 垂直載荷對垂直載荷對k的影響：的影響： G，F(xiàn)，側(cè)滑傾向，側(cè)滑傾向，k 輪胎結(jié)構(gòu)對輪胎結(jié)構(gòu)對k的影響：的影響： 輪胎寬度輪胎寬度， k ；輪胎氣壓；輪胎氣壓，k ；子午胎：；子午胎： k 。 必須注意：輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于輪必須注意：輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于輪 胎的側(cè)向彈性變形，與輪胎在道路上的側(cè)滑有本胎的側(cè)向彈性變形，與輪胎在道路上的側(cè)滑有本 質(zhì)的區(qū)別。質(zhì)的區(qū)別。 輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象不僅影響車輪的運(yùn)動

13、軌跡，輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象不僅影響車輪的運(yùn)動軌跡， 而且加劇輪胎的磨損；輪胎的側(cè)向變形使?jié)L動阻而且加劇輪胎的磨損；輪胎的側(cè)向變形使?jié)L動阻 力增加。力增加。 3）回正力矩）回正力矩(aligning torque) 由路面作用在輪胎上的力矩矢量，使輪胎繞由路面作用在輪胎上的力矩矢量，使輪胎繞 Z 軸旋轉(zhuǎn)的分量，稱為軸旋轉(zhuǎn)的分量，稱為回正力矩回正力矩。 c c c c c c c c a a a a a a a a v v v e FY 3 4 5 附著極限附著極限 接地印記內(nèi)地面?zhèn)认蚍醋饔昧拥赜∮泝?nèi)地面?zhèn)认蚍醋饔昧?的分布與回正力矩的產(chǎn)生的分布與回正力矩的產(chǎn)生 圖圖54 設(shè)汽車以中速或高速轉(zhuǎn)向時，在

14、汽車質(zhì)心設(shè)汽車以中速或高速轉(zhuǎn)向時，在汽車質(zhì)心 上產(chǎn)生一個離心力。上產(chǎn)生一個離心力。為了平衡離心力，路面對為了平衡離心力，路面對 輪胎產(chǎn)生相應(yīng)的側(cè)向反作用力，即側(cè)偏力輪胎產(chǎn)生相應(yīng)的側(cè)向反作用力，即側(cè)偏力 (cornering force)。輪胎在側(cè)偏力的作用下將產(chǎn)輪胎在側(cè)偏力的作用下將產(chǎn) 生側(cè)偏，形成相應(yīng)的側(cè)偏角。生側(cè)偏，形成相應(yīng)的側(cè)偏角。 假設(shè)：忽略地面切向反力對側(cè)偏特性影響，假設(shè)：忽略地面切向反力對側(cè)偏特性影響， 忽略空氣阻力的影響，忽略左右輪受載荷變化忽略空氣阻力的影響，忽略左右輪受載荷變化 的影響，于是汽車簡化為由前、后兩個輪胎支的影響，于是汽車簡化為由前、后兩個輪胎支 承，具有側(cè)向和橫

15、擺兩個自由度汽車模型。承，具有側(cè)向和橫擺兩個自由度汽車模型。 O B A C R L v2 v1 2 1 0 0 0 0- -1 2 r 圖圖55 汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向運(yùn)動簡圖汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向運(yùn)動簡圖 E Fyc Fy1 Fy2 vc 參數(shù)說明：參數(shù)說明：設(shè)前輪轉(zhuǎn)角設(shè)前輪轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)彎半徑，轉(zhuǎn)彎半徑r， FY1，F(xiàn)Y2：前、后輪的側(cè)偏力。：前、后輪的側(cè)偏力。 v1，vc，v2：A，B，C三點的速度。三點的速度。 Fc：質(zhì)心的離心力：質(zhì)心的離心力 FcY：Fc在在Y方向上的分力方向上的分力 12 () tg AEBE tg OEOE 兩式相加，且兩式相加，且AE+BE=L，則則 tg(-1) + tg2 = L

16、/R。因。因 2 、1較小較小，則則 -1 +2 L/R， 故故 = L/R + 1 -2 1 1、計算轉(zhuǎn)向角、計算轉(zhuǎn)向角 由幾何關(guān)系：由幾何關(guān)系： 設(shè)汽車在水平道路上作等速圓周運(yùn)動，則設(shè)汽車在水平道路上作等速圓周運(yùn)動，則 作用在汽車上的側(cè)向力為離心力的側(cè)向分力。作用在汽車上的側(cè)向力為離心力的側(cè)向分力。 2 2、計算、計算 1 1 ， 2 2 22 11 12 22 12 , cos cy YY cycy YY YY FbFa FF LL FF GvbGva FF gR LgR L mvGv F RgR ， 當(dāng) 不大時 故， 22 12 12 22 12 12 12 , YY Y G v F

17、gR Gv F gR GGvv Fk kgRkgR 則， 又，故 汽車看成一個系統(tǒng)，前輪轉(zhuǎn)角汽車看成一個系統(tǒng)，前輪轉(zhuǎn)角視為輸入，汽車穩(wěn)視為輸入，汽車穩(wěn) 態(tài)橫擺角速度態(tài)橫擺角速度r視為輸出，視為輸出，r = v/R 汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度r與前輪轉(zhuǎn)角與前輪轉(zhuǎn)角之比稱為汽之比稱為汽 車的車的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益(teady state yaw velocity gain)。 3 3、計算轉(zhuǎn)向靈敏度、計算轉(zhuǎn)向靈敏度 2 22 12 12 12 12 12 12 12 / 1 1 () 1 () () r s v Rv Lv L L GGvKv R kkgL GG K k

18、kgL mgbmga GG LL mba K kk L 式中 故 22 12 2 21 s /m : () , mab Kk k kk L 有時也寫此時均為負(fù)值。 r s r s 表示在單位前輪轉(zhuǎn)角下的輸入 下汽車產(chǎn)生的橫擺角速度，即繞轉(zhuǎn)向中 心旋轉(zhuǎn)角速度的響應(yīng)值，因此穩(wěn)態(tài)橫擺 速度增益也稱轉(zhuǎn)向靈敏度。 4 4、穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性、穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性 0, () r LL K vR L R 當(dāng) 相當(dāng)于轉(zhuǎn)向時純滾動 (1) 穩(wěn)定性因數(shù)穩(wěn)定性因數(shù)K： 22 12 12 12 : )() / ) 1 1() r r v Rv Lv L L GGvKv R kkgL 評價參數(shù) 橫擺角速度增益轉(zhuǎn)向靈敏度 軸距軸距L

19、3m 中性轉(zhuǎn)向中性轉(zhuǎn)向 K0 過多轉(zhuǎn)向過多轉(zhuǎn)向K 0.0019s2/m2 不足轉(zhuǎn)向不足轉(zhuǎn)向K 0.0006s2/m2 0 50100150 10 20 vch vcr ) r va/(kmh-1) 2 222 2 ( ) /() 01 : 1 (1) / 0 1(1) 1-0 r nertral steer v L K v Kv dv L L dvKvKv Kv 令 此時的轉(zhuǎn)向特性為中性轉(zhuǎn)向，其橫擺角速度增益 ，線性關(guān)系 通過原點。 當(dāng)，其增益分母大于，比中性轉(zhuǎn)向時的增益要小，將增益 對 求導(dǎo)并令一階導(dǎo)數(shù)為零。即 ， 則。 中性轉(zhuǎn)向中性轉(zhuǎn)向 K0 過多轉(zhuǎn)向過多轉(zhuǎn)向K 0.0019s2/m2 不

20、足轉(zhuǎn)向不足轉(zhuǎn)向K 0.0006s2/m2 0 50100150 10 20 vch vcr ) r va/(kmh-1) 軸距軸距L3m 1 ( ) ( ) r ch vcharacteristic speedv k under steer 稱為特征車速，其 是一條低于中性轉(zhuǎn)向增益的曲線，此時轉(zhuǎn)向特性為不足轉(zhuǎn)向 。 0,1 , r K v 當(dāng)其增益分母小于 ， 比中性轉(zhuǎn)向時的增益要大，其 曲線是隨速度的增加向 上彎曲的曲線 當(dāng)達(dá)到某一特定 車速使增益的分母趨近于零。 中性轉(zhuǎn)向中性轉(zhuǎn)向 K0 過多轉(zhuǎn)向過多轉(zhuǎn)向K 0.0019s2/m2 不足轉(zhuǎn)向不足轉(zhuǎn)向K 0.0006s2/m2 0 501001

21、50 10 20 vch vcr ) r va/(kmh-1) 軸距軸距L3m 2 10, 1 - , ( ) ( ) cr cr Kvv vcritical speed K over steer 即其增益為無窮大,則： 稱為臨界車速，此時 轉(zhuǎn)向特性為過多轉(zhuǎn)向。 K0 不足轉(zhuǎn)向 K=0 中性轉(zhuǎn)向 K 0，則，則 K 0 為為 不足轉(zhuǎn)向；不足轉(zhuǎn)向； 1-2 = 0，則，則 K = 0 為為 中性轉(zhuǎn)向；中性轉(zhuǎn)向； 1-2 0，則，則 K 0 K=0 K0 0 1-2 ay 圖圖56 表示汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的（表示汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的（1-2）ay曲線曲線 12 12 /: () LR L R 由 轉(zhuǎn) 角得 I

22、：O點：鋼性輪，前、后輪的交點，保證前后輪純點：鋼性輪，前、后輪的交點，保證前后輪純 滾動，則滾動，則R0=L/。 b.（12）與）與R的關(guān)系：的關(guān)系： 由以上分析可知，由以上分析可知，1-2也可作為表征汽車穩(wěn)也可作為表征汽車穩(wěn) 定響應(yīng)的評價指標(biāo)。定響應(yīng)的評價指標(biāo)。 III：若：若12，1-20，則，則R2，1-20，則，則RRo， 轉(zhuǎn)向半徑變大，說明轉(zhuǎn)向效果受到抑制，轉(zhuǎn)向半徑變大，說明轉(zhuǎn)向效果受到抑制， 成為不足轉(zhuǎn)向。成為不足轉(zhuǎn)向。 2 2 2 2 (1) (1) (1) 1 o r r r o o Lv RR vvKvL R KvL RKvR R Kv R 又 有： K = 0 R/Ro

23、= 1 K 0 R/Ro 1 說明不足轉(zhuǎn)向汽車的轉(zhuǎn)向半徑總是大于說明不足轉(zhuǎn)向汽車的轉(zhuǎn)向半徑總是大于Ro。 K 0 R/Ro a, 中性轉(zhuǎn)向點在質(zhì)心的后面。此時，中性轉(zhuǎn)向點在質(zhì)心的后面。此時，SM0，說，說 明在質(zhì)心位置作用的側(cè)向力使明在質(zhì)心位置作用的側(cè)向力使12，為不足轉(zhuǎn)向。，為不足轉(zhuǎn)向。 若若aa, 中性轉(zhuǎn)向點在質(zhì)心的前面。此時，中性轉(zhuǎn)向點在質(zhì)心的前面。此時，SM0，說，說 明在質(zhì)心位置作用的側(cè)向力使明在質(zhì)心位置作用的側(cè)向力使12，為過多轉(zhuǎn)向。，為過多轉(zhuǎn)向。 R R 中性轉(zhuǎn)向中性轉(zhuǎn)向 K0 過多轉(zhuǎn)向過多轉(zhuǎn)向 K0 角角 不變不變 圖圖5 8汽車的三種穩(wěn)態(tài)響應(yīng)汽車的三種穩(wěn)態(tài)響應(yīng) 汽車轉(zhuǎn)向特性的

24、好壞，在很大程度上取決于過渡狀態(tài)汽車轉(zhuǎn)向特性的好壞，在很大程度上取決于過渡狀態(tài) 的運(yùn)動狀況。的運(yùn)動狀況。 瞬態(tài)響應(yīng)性能好的汽車，從過渡狀態(tài)到穩(wěn)運(yùn)動狀態(tài)的瞬態(tài)響應(yīng)性能好的汽車，從過渡狀態(tài)到穩(wěn)運(yùn)動狀態(tài)的 過程中應(yīng)該是波動最小而響應(yīng)最快。過程中應(yīng)該是波動最小而響應(yīng)最快。 瞬態(tài)響應(yīng)為一強(qiáng)迫振動微分方程瞬態(tài)響應(yīng)為一強(qiáng)迫振動微分方程: 2 1 11 2 : , , 2 /, / rororo o o oo BB c m h m Bb mBbm 式中是固有圓頻率； 是阻尼比； 。 誤差帶誤差帶 r0 r1 t 橫擺角速橫擺角速 度度r1 討論邊界條件：前輪角階躍輸入：討論邊界條件：前輪角階躍輸入： 2 .

25、. 2 2 2 20 sin o rororo oo roror o t r B B c e 方程通解特解齊次微分方程的解 2 (1-) o t 當(dāng)當(dāng)t 0，則微分方程為：，則微分方程為： t 0 = 0 2 2 1 : sin (1-) o r t oo ro o B c et 故收斂波的橫擺角速度 2 1 2 22 1212 2 1 2 : . : (1); ()() . : 2 2(1) o z z o z k kcL akv mvmI m a kb kI kkh b m L mI k kkv 瞬態(tài)響應(yīng)的評價參數(shù) 固有圓頻率 阻尼比 . : c 反映時間 響應(yīng)第一次達(dá)到穩(wěn)定值的時間 00

26、 0 2 0 , ( ), sin0 sin0 o rr B t ce 當(dāng)時故: 即： 故有： 2 2 2 11 1 o o arctg mva Lk 2 2 ,: 11 1 r o arctg 對的通解式求導(dǎo) 并令導(dǎo)數(shù)為零 可得 誤差帶誤差帶 r0 r1 t 橫擺角速橫擺角速 度度r1 圖圖5 9前輪角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)前輪角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng) d.峰值時間峰值時間：達(dá)到第一個峰值：達(dá)到第一個峰值r1的時間的時間 對二自由度汽車運(yùn)動微分方程對二自由度汽車運(yùn)動微分方程 . . . 2 1 2 1 () 2 : (2)( ) (B) ( ) H(j )( ) rororo oorro r B

27、B jjB 進(jìn)行富里葉變換 222 1000 222222 00 22 1000 222222 00 2() : H(j) ()4 ()2 ()4 r BB BB j 頻 響 系 數(shù) ()()BCj 分母有理化后， 1 2 B( ) H(j ) ( )2 ror oo jB j 22 :( )( )( )ABC幅頻特性 ( ) :( ) ( ) C arctg B 相頻特性 A() () fr 幅頻特性：幅頻特性： 反映汽車執(zhí)行駕駛員指令失真的程度。反映汽車執(zhí)行駕駛員指令失真的程度。 在低頻區(qū)接近一水平線，在某一頻率在低頻區(qū)接近一水平線，在某一頻率fr時時，幅值比達(dá)最大，幅值比達(dá)最大 值，處于

28、共振狀態(tài)。值，處于共振狀態(tài)。 希望：幅頻特性平一些，以保證不同工況下失真度較小。希望：幅頻特性平一些，以保證不同工況下失真度較小。 相頻特性：相頻特性： 反映汽車橫擺角速度反映汽車橫擺角速度r 滯后方向盤轉(zhuǎn)角的失真程度滯后方向盤轉(zhuǎn)角的失真程度 。 希望：相頻特性小一些，以保證汽車有快速靈活的反應(yīng)。希望：相頻特性小一些，以保證汽車有快速靈活的反應(yīng)。 汽車在行駛過程汽車在行駛過程 ，有時會出現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪的左右擺，有時會出現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪的左右擺 振和上下跳動現(xiàn)象。振和上下跳動現(xiàn)象。 下面分別分析轉(zhuǎn)向輪振動的原因：下面分別分析轉(zhuǎn)向輪振動的原因： 1、轉(zhuǎn)向輪的振動與共振、轉(zhuǎn)向輪的振動與共振 2、車輪不平衡的影響、

29、車輪不平衡的影響 3、懸架與轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動關(guān)系不協(xié)調(diào)的影響、懸架與轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動關(guān)系不協(xié)調(diào)的影響 1、轉(zhuǎn)向輪的振動與共振、轉(zhuǎn)向輪的振動與共振 2 1 2 1 2 22 1 12 22 1 11 : 2 : 2 2 2 p t pt pt B Tk B Tk B kB k TT k B kB kk JJ 板簧恢復(fù)力矩 輪胎恢復(fù)力矩 轉(zhuǎn)向橋繞縱軸的角剛度： 轉(zhuǎn)向橋的振動頻率： B1 B m kp T2 T1 kt 由轉(zhuǎn)向橋的振動頻率可知，若彈性系統(tǒng)的剛度減小，由轉(zhuǎn)向橋的振動頻率可知，若彈性系統(tǒng)的剛度減小， 轉(zhuǎn)動慣量越大，則振動頻率越低。轉(zhuǎn)動慣量越大，則振動頻率越低。 一方面：由于平順性的要

30、求，采用彈性較大的懸掛一方面：由于平順性的要求，采用彈性較大的懸掛 和輪胎，即和輪胎，即kp, , kt值減小；為了安全轉(zhuǎn)向輪裝有制動器，值減?。粸榱税踩D(zhuǎn)向輪裝有制動器， 使轉(zhuǎn)動慣量使轉(zhuǎn)動慣量J 1，J 2增大。增大。 另一方面，隨著汽車行駛速度的提高，道路條件的另一方面，隨著汽車行駛速度的提高，道路條件的 改善，路面譜容易在低頻區(qū)，從而增加了共振的可能性。改善，路面譜容易在低頻區(qū)，從而增加了共振的可能性。 2、車輪不平衡的影響、車輪不平衡的影響 設(shè)車輪的不平衡質(zhì)量為設(shè)車輪的不平衡質(zhì)量為m，其位置在半徑為，其位置在半徑為r的圓周上，的圓周上， 車速為車速為va， 則離心力為：則離心力為：Fc

31、 =m2r 水平分力：水平分力：Fx =m2rcost 垂直分力：垂直分力：Fy=m2rsint 水平分力水平分力Fx 在使車輪繞主銷擺振、垂直分力在使車輪繞主銷擺振、垂直分力Fy 強(qiáng)使強(qiáng)使 車輪沿垂直軸線振動。隨著車速的提高，車輪沿垂直軸線振動。隨著車速的提高，F(xiàn)x 和和Fy 會隨著會隨著 增加。增加。 為了避免因車輛不平衡而引起振動，對車輪應(yīng)進(jìn)行靜為了避免因車輛不平衡而引起振動，對車輪應(yīng)進(jìn)行靜 平衡和動平衡檢查。平衡和動平衡檢查。 Fx FyFc r Fx Fx 3、懸架與轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動關(guān)系不協(xié)調(diào)的影響、懸架與轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動關(guān)系不協(xié)調(diào)的影響 當(dāng)車輪受到?jīng)_擊時，彈簧變形，當(dāng)車輪受到?jīng)_

32、擊時，彈簧變形，c點繞點繞o1點作點作aa運(yùn)動。運(yùn)動。 當(dāng)車輪上下跳動時當(dāng)車輪上下跳動時c又繞又繞o2點作點作bb 運(yùn)動，運(yùn)動發(fā)生干涉。運(yùn)動，運(yùn)動發(fā)生干涉。 因此，轉(zhuǎn)向節(jié)在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)因此，轉(zhuǎn)向節(jié)在水平面內(nèi)轉(zhuǎn) 動，使轉(zhuǎn)向輪繞主銷向左、向動，使轉(zhuǎn)向輪繞主銷向左、向 右擺動。右擺動。 若將前鉸接點靠近轉(zhuǎn)向機(jī)，若將前鉸接點靠近轉(zhuǎn)向機(jī)， 使使c點的運(yùn)動方向一致，不致使點的運(yùn)動方向一致，不致使 轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)動，而不發(fā)生擺動。轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)動，而不發(fā)生擺動。 va O2 O1 c a b b a 圖圖5 51010轉(zhuǎn)向系與懸架的運(yùn)動干涉轉(zhuǎn)向系與懸架的運(yùn)動干涉 轉(zhuǎn)向輪的穩(wěn)定效應(yīng)轉(zhuǎn)向輪的穩(wěn)定效應(yīng)是指轉(zhuǎn)向輪具有保持中是指轉(zhuǎn)

33、向輪具有保持中 間位置（直線行駛位置）及當(dāng)轉(zhuǎn)向輪偏移后能間位置（直線行駛位置）及當(dāng)轉(zhuǎn)向輪偏移后能 自動返回至中間位置（自動回正）的能力。轉(zhuǎn)自動返回至中間位置（自動回正）的能力。轉(zhuǎn) 向輪的穩(wěn)定效應(yīng)主要取決于主銷內(nèi)傾，主銷后向輪的穩(wěn)定效應(yīng)主要取決于主銷內(nèi)傾，主銷后 傾及輪胎外傾。傾及輪胎外傾。 1、主銷內(nèi)傾的穩(wěn)定作用、主銷內(nèi)傾的穩(wěn)定作用 2、主銷后傾的穩(wěn)定作用、主銷后傾的穩(wěn)定作用 3、轉(zhuǎn)向車輪外傾的穩(wěn)定作用、轉(zhuǎn)向車輪外傾的穩(wěn)定作用 4、前束的作用、前束的作用 1、主銷內(nèi)傾的穩(wěn)定作用、主銷內(nèi)傾的穩(wěn)定作用 當(dāng)輪胎旋轉(zhuǎn)當(dāng)輪胎旋轉(zhuǎn)180，如圖示輪胎的最低點在路面以，如圖示輪胎的最低點在路面以 下，實際上不

34、可能、輪胎仍應(yīng)在路面，于是汽車前輪下，實際上不可能、輪胎仍應(yīng)在路面，于是汽車前輪 上升，由于汽車的重力作用有迫傳車輪自動回正回復(fù)上升，由于汽車的重力作用有迫傳車輪自動回正回復(fù) 直線行駛傾向。直線行駛傾向。 這就是由于主銷內(nèi)傾而使轉(zhuǎn)向輪具有穩(wěn)定效應(yīng)。這就是由于主銷內(nèi)傾而使轉(zhuǎn)向輪具有穩(wěn)定效應(yīng)。 主銷內(nèi)傾角主銷內(nèi)傾角一般為一般為58,是由設(shè)計決定的是由設(shè)計決定的, 不不 調(diào)整。調(diào)整。 主銷內(nèi)傾減小車輪轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)臂主銷內(nèi)傾減小車輪轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)臂a，一方面轉(zhuǎn)向時，一方面轉(zhuǎn)向時 輕便，另一方面減小地面的沖擊給駕駛員的反沖力。輕便，另一方面減小地面的沖擊給駕駛員的反沖力。 h A A 圖圖511 前輪主銷內(nèi)傾角的作用前輪