汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件 第十六章

第一節(jié)概述

第二節(jié)輪胎側(cè)偏特性

第三節(jié)線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng)特性

第四節(jié)汽車操縱穩(wěn)定性與懸架、轉(zhuǎn)向系的關(guān)系

第五節(jié)汽車操縱穩(wěn)定性的道路試驗(yàn)

第六節(jié)操縱穩(wěn)定性的主動控制第十六章汽車的操縱穩(wěn)定性第一節(jié)概述

第二節(jié)輪胎側(cè)偏特性

第三節(jié)線性二自由度1定義：在駕駛員不感覺過分緊張、疲勞的條件下，汽車能按照駕駛員通過轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向車輪給定的方向行駛，且當(dāng)受到外界干擾時，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力。意義操縱方便性高速安全性行駛方向直線轉(zhuǎn)彎干擾路不平側(cè)風(fēng)貨物或乘客偏載定義：在駕駛員不感覺過分緊張、疲勞的條件下，汽車能按照駕駛員21內(nèi)容輸入：角輸入、力輸入響應(yīng)：時域響應(yīng)、頻域響應(yīng)。橫擺角速度頻率響應(yīng)特性回正性轉(zhuǎn)向半徑轉(zhuǎn)向輕便性直線行駛性（側(cè)向風(fēng)穩(wěn)定性、路面不平穩(wěn)定性、彎道行駛性）典型行駛工況極限行駛性能第一節(jié)概述1內(nèi)容橫擺角速度頻率響應(yīng)特性直線行駛性（側(cè)向風(fēng)穩(wěn)定性、路面32車輛坐標(biāo)系及時域響應(yīng)2車輛坐標(biāo)系及時域響應(yīng)4

汽車時域響應(yīng)分為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)。

轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下進(jìn)入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：等速直線行駛，急劇轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，然后維持轉(zhuǎn)角不變，即對汽車施以轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入，汽車經(jīng)短暫的過渡過程后進(jìn)入等速圓周行駛工況。

轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)：等速直線行駛和等速圓周行駛兩個穩(wěn)態(tài)運(yùn)動之間的過渡過程所對應(yīng)的瞬間運(yùn)動響應(yīng)。

穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性：不足轉(zhuǎn)向、中性轉(zhuǎn)向、過度轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向盤保持一個固定轉(zhuǎn)角不變，緩慢加速或以不同車速等速行駛時，不足轉(zhuǎn)向的汽車轉(zhuǎn)向半徑逐漸增大，中性轉(zhuǎn)向的汽車轉(zhuǎn)向半徑不變，而過度轉(zhuǎn)向的汽車轉(zhuǎn)向半徑逐漸減小。汽車時域響應(yīng)分為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)。5汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章6汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章7汽車時域響應(yīng)是把汽車作為開環(huán)控制系統(tǒng)的控制特性。駕駛員－汽車系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)：在汽車行駛過程中，駕駛員根據(jù)需要，操縱轉(zhuǎn)向盤使汽車做轉(zhuǎn)向運(yùn)動。路面的凹凸不平、側(cè)風(fēng)、偏載等影響汽車的行駛。駕駛員根據(jù)道路、交通等情況，通過眼、手及身體感知的汽車運(yùn)動狀況（輸出參數(shù)），經(jīng)過頭腦的分析、判斷（反饋），修正其對轉(zhuǎn)向盤的操縱。如此不斷地反復(fù)循環(huán)，操縱汽車行駛前進(jìn)。汽車時域響應(yīng)是把汽車作為開環(huán)控制系統(tǒng)的控制特性。8主觀評價法:憑借主觀感覺的評價轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下進(jìn)入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：

3.評價方法

客觀評價法：用測試儀器測物理參數(shù)：主觀評價法:憑借主觀感覺的評價

3.評價方法

客觀評價法9汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章10側(cè)偏特性：側(cè)偏力、回正力與側(cè)偏角的關(guān)系1輪胎坐標(biāo)系第二節(jié)輪胎的側(cè)偏特性側(cè)偏特性：側(cè)偏力、回正力與側(cè)偏角的關(guān)系1輪胎坐標(biāo)系第二節(jié)11概念概念12汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章13最大側(cè)偏力的影響因素附著條件及垂直載荷FZ輪胎胎面花紋、材料、結(jié)構(gòu)、充氣壓力路面材料、結(jié)構(gòu)、潮濕程度車輪外傾角最大側(cè)偏力的影響因素附著條件及垂直載荷FZ143.輪胎結(jié)構(gòu)、工作條件與側(cè)偏特性尺寸↑的輪胎，k↑

；子午線輪胎接地面寬，k大；鋼絲比尼龍輪胎k大；扁平率：輪胎斷面高度與斷面寬度之比H

/B

↓，

k↑

；在一定范圍內(nèi)，載荷↑（FZ

↑），k↑

。但載荷↑太大時，k↓；輪胎充氣壓力

↑，k↑

；行駛車速對k影響較?。怀睗裉貏e在積水時，k↓很大。3.輪胎結(jié)構(gòu)、工作條件與側(cè)偏特性尺寸↑的輪胎，k↑；15汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章16附著橢圓一定側(cè)偏角下，驅(qū)動力或制動力增加時，側(cè)偏力逐漸有所減小，這是由于輪胎側(cè)線彈性有所改變的關(guān)系。當(dāng)縱向力相當(dāng)大時，側(cè)偏力顯著下降，接近附著極限時，切向力已耗去大部分附著力，而側(cè)向力能利用的附著力很小。附著橢圓一定側(cè)偏角下，驅(qū)動力或制動力增加時，側(cè)偏力逐漸有所減17汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章184回正力矩4回正力矩19汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章205輪胎外傾角對側(cè)偏力的作用5輪胎外傾角對側(cè)偏力的作用21汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章22☆忽略轉(zhuǎn)向系的影響，以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入；☆汽車只進(jìn)行平行于地面的平面運(yùn)動，而忽略懸架的作用；☆汽車前進(jìn)（縱軸）速度不變，只有沿y軸的側(cè)向速度和繞z軸的橫擺運(yùn)動(ay<0.4g)；☆

驅(qū)動力不大，對側(cè)偏特性無影響；☆忽略空氣阻力；☆忽略左右輪胎因載荷變化引起輪胎特性的變化；☆忽略回正力矩的變化。第三節(jié)線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng)1.線性二自由度汽車模型的運(yùn)動微分方程☆忽略轉(zhuǎn)向系的影響，以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入；第三節(jié)線性二自由23汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章24汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章25Y向力平衡對質(zhì)心取矩Y向力平衡對質(zhì)心取矩26汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章27汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章28汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章292前輪角階躍輸入下進(jìn)入的汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)－－等速圓周運(yùn)動2.1穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的評價指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益或轉(zhuǎn)向靈敏度2前輪角階躍輸入下進(jìn)入的汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)－－等速圓周運(yùn)動2.130汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章312穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的三種類型過度轉(zhuǎn)向Over-Steering不足轉(zhuǎn)向Under-Steering中性轉(zhuǎn)向Neutral-Steering2穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的三種類型過度轉(zhuǎn)向不足轉(zhuǎn)向中性轉(zhuǎn)向32當(dāng)汽車以很低的速度和/或很大轉(zhuǎn)向半徑行駛時，側(cè)偏角很小，即則有當(dāng)汽車以很低的速度和/或很大轉(zhuǎn)向半徑行駛時，側(cè)偏角很小，即則33特征車速特征車速34臨界車速臨界車速35汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章36過度轉(zhuǎn)向汽車車速達(dá)到臨界車速時將失去穩(wěn)定性。因?yàn)橹灰粋€很小的轉(zhuǎn)角，橫擺角速度增益r/就趨于無窮大。因?yàn)榧僭O(shè)縱向速度為優(yōu)先值，根據(jù)縱向速度與角速度的關(guān)系可知，汽車的轉(zhuǎn)向半徑極小，這樣汽車必定發(fā)生激轉(zhuǎn)而發(fā)生側(cè)滑或側(cè)翻。過度轉(zhuǎn)向特性的問題過度轉(zhuǎn)向汽車車速達(dá)到臨界車速時將失去穩(wěn)定性。因?yàn)橹灰粋€很37

3.幾個表征穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的參數(shù)3.幾個表征穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的參數(shù)38汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章39Ackmann角Ackmann角40汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章41轉(zhuǎn)向半徑比值轉(zhuǎn)向半徑比值42汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章43靜態(tài)裕度靜態(tài)儲備系數(shù)靜態(tài)裕度靜態(tài)儲備系數(shù)44汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章45二自由度模型忽略了前、后軸及左、右輪載荷變化、車輪外傾角、懸架導(dǎo)向桿系及變形對輪胎側(cè)偏角的影響。因此，輪胎彈性側(cè)偏角絕對值的大小取決于整車質(zhì)心位置和輪胎無外傾角也無載荷變化下的側(cè)偏剛度。第四節(jié)汽車操縱穩(wěn)定性與懸架、轉(zhuǎn)向系的關(guān)系二自由度模型忽略了前、后軸及左、右輪載荷變化、461.

車身側(cè)傾軸線：車廂相對地面轉(zhuǎn)動時瞬時軸線。側(cè)傾中心：側(cè)傾軸線通過車廂在前后軸處橫斷面的瞬時轉(zhuǎn)動中心。側(cè)傾中心的位置由懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)所決定?？捎媒馕龊蛨D解兩種方法獲得側(cè)傾中心。圖解方法是利用可逆原理，即假設(shè)車廂不動而地面相對車廂發(fā)生轉(zhuǎn)動，求出地面相對車廂的瞬時轉(zhuǎn)動中心，它也是車廂的側(cè)傾中心。汽車的外傾1.車身側(cè)傾軸線：車廂相對地面轉(zhuǎn)動時瞬時軸線。汽車的外傾47無側(cè)向力有側(cè)向力無側(cè)向力有側(cè)向力48汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章49汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章50汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章51商用車轎車商用車轎車52懸架的側(cè)傾角剛度懸架的側(cè)傾角剛度53t-tires-spring車身質(zhì)量非懸掛質(zhì)量t-tire車身質(zhì)量非懸掛質(zhì)量54汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章55汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章56汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章57車廂的側(cè)傾角：車廂在側(cè)向力的作用下繞側(cè)傾軸線的轉(zhuǎn)角。車廂側(cè)傾角是操縱穩(wěn)定性和汽車平順性的重要參數(shù)。側(cè)傾角r

影響汽車r

動態(tài)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，是操縱穩(wěn)定性的重要評價指標(biāo)。r

過大，會使駕駛員感覺不穩(wěn)定、不安全、不舒服。r

過小，在不平路面車廂沖擊大。汽車穩(wěn)態(tài)圓周運(yùn)動時，車廂的側(cè)傾角為2.車廂的側(cè)傾角車廂的側(cè)傾角：車廂在側(cè)向力的作用下繞側(cè)傾軸線的轉(zhuǎn)角。2.58懸掛質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩懸掛質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩59側(cè)傾后懸掛質(zhì)量重力引起的側(cè)傾力矩側(cè)傾后懸掛質(zhì)量重力引起的側(cè)傾力矩60獨(dú)立懸架中非懸掛質(zhì)量的離心力引起的側(cè)傾力矩獨(dú)立懸架中非懸掛質(zhì)量的離心力引起的側(cè)傾力矩61汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章62汽車作穩(wěn)態(tài)圓周運(yùn)動時其側(cè)傾力矩汽車作穩(wěn)態(tài)圓周運(yùn)動時其側(cè)傾力矩63側(cè)傾時前后左右車輪垂直載荷的變化側(cè)傾時前后左右車輪垂直載荷的變化64懸架作用于車身的恢復(fù)力矩懸架作用于車身的恢復(fù)力矩65注意：力是標(biāo)量還是矢量注意：力是標(biāo)量還是矢量66左右車輪載荷重新分配后的輪胎側(cè)傾剛度左右車輪載荷重新分配后的輪胎側(cè)傾剛度67在側(cè)傾力矩的作用下，汽車左右車輪的垂直載荷發(fā)生變化，這將導(dǎo)致輪胎的側(cè)偏特性變化而使汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性發(fā)生變化。左右車輪垂直載荷差別越大，側(cè)偏剛度越小。若前軸左右車輪的垂直載荷變化大，則趨于不足轉(zhuǎn)向。后軸左右車輪的垂直載荷變化大，則為趨于過多轉(zhuǎn)向。車輪左右載荷的變動取決于：側(cè)傾角剛度、懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量、質(zhì)心位置、前后懸掛側(cè)傾中心位置等。注意?。?！在側(cè)傾力矩的作用下，汽車左右車輪的垂直載荷發(fā)生變化，這將68車廂側(cè)傾時，車輪外傾角的三種變化形式：保持不變；沿著地面?zhèn)认蛄Ψ较騼A斜；沿著地面?zhèn)认蛄ψ饔梅较蛳喾吹姆较騼A斜。3.車廂側(cè)傾時車輪外傾角的變化車廂側(cè)傾時，車輪外傾角的三種變化形式：保持不變；沿著地69當(dāng)車輪的外傾傾斜方向與地面的側(cè)向反作用力相一致時，側(cè)偏角絕對值減??；反之，則增大。車輪外傾角的增加使車輪的側(cè)向附著性能降低，汽車的極限側(cè)向加速度減小。車廂側(cè)傾時，車輪相對地面的側(cè)傾角由車輪相對車廂的外傾角和車廂相對地面的側(cè)傾角組成。車輪相對地面的外傾角求法：假想讓車廂不動，令地面相對車廂轉(zhuǎn)動一個角度r，這樣就可根據(jù)懸架導(dǎo)向桿系的運(yùn)動學(xué)關(guān)系，找出車輪相對車廂的相對轉(zhuǎn)動角度，然后讓車廂與地面一起回轉(zhuǎn)r，此時地面回復(fù)到原來狀態(tài)，即可確定外傾角的數(shù)值。當(dāng)車輪的外傾傾斜方向與地面的側(cè)向反作用力相一致時，側(cè)偏角70汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章71車廂側(cè)傾時車輪外傾角的變化車廂側(cè)傾時車輪外傾角的變化72側(cè)傾轉(zhuǎn)向是在側(cè)向力作用下，車廂發(fā)生側(cè)傾，而引起車輪偏轉(zhuǎn)，即車輪圍繞垂直軸線或轉(zhuǎn)向節(jié)主銷轉(zhuǎn)動。后軸轉(zhuǎn)向是因懸架桿系的運(yùn)動學(xué)關(guān)系所產(chǎn)生的車輪轉(zhuǎn)向角。側(cè)傾干涉轉(zhuǎn)向是轉(zhuǎn)向軸因轉(zhuǎn)向桿系和懸架桿系運(yùn)動學(xué)關(guān)系干涉所產(chǎn)生的車輪轉(zhuǎn)向角變動。軸轉(zhuǎn)向是發(fā)生側(cè)傾轉(zhuǎn)向時，車軸發(fā)生的繞垂直軸線的轉(zhuǎn)動。運(yùn)動學(xué)側(cè)偏是車軸和車輪圍繞垂直軸線的轉(zhuǎn)動與輪胎側(cè)偏之效果一樣。4側(cè)傾轉(zhuǎn)向側(cè)傾轉(zhuǎn)向是在側(cè)向力作用下，車廂發(fā)生側(cè)傾，而引起車輪偏轉(zhuǎn)，即車73后軸的軸轉(zhuǎn)向?qū)Ψ€(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的影響后軸的軸轉(zhuǎn)向?qū)Ψ€(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的影響74在側(cè)傾作用下板簧懸架的軸轉(zhuǎn)向側(cè)傾力作用結(jié)果無側(cè)傾力作用在側(cè)傾作用下板簧懸架的軸轉(zhuǎn)向側(cè)傾力作用結(jié)果無側(cè)傾力作用75汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章76汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章77變形轉(zhuǎn)向：懸架導(dǎo)向桿系元件在各種力和力矩作用下的彈性變形可能引起車輪圍繞主銷或垂直地面的軸線的轉(zhuǎn)動。5懸架導(dǎo)向元件變形轉(zhuǎn)向變形轉(zhuǎn)向：懸架導(dǎo)向桿系元件在各種力和力矩作用下的彈性變形可能786.回正力矩變形轉(zhuǎn)向角6.回正力矩變形轉(zhuǎn)向角79汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章80側(cè)傾時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架的運(yùn)動干涉將引起轉(zhuǎn)向輪側(cè)傾干涉轉(zhuǎn)向。7轉(zhuǎn)向系和橫擺角速度穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的關(guān)系側(cè)傾時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架的運(yùn)動干涉將引起轉(zhuǎn)向輪側(cè)傾干涉轉(zhuǎn)向。781轉(zhuǎn)向系剛度：由轉(zhuǎn)向盤至轉(zhuǎn)向車輪之間，包括轉(zhuǎn)向機(jī)、傳動桿系、固定座在內(nèi)的剛度。在一定的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角下，轉(zhuǎn)向系剛度低，前轉(zhuǎn)向輪的變形轉(zhuǎn)向角大，增加了汽車的不足轉(zhuǎn)向趨勢；反之，若剛度大，則不足轉(zhuǎn)向的趨勢變小。為了獲得良好的路感，轉(zhuǎn)向系的剛度應(yīng)高一些。特別是在轉(zhuǎn)向盤在中間位置小轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)應(yīng)有盡可能高的剛度。轉(zhuǎn)向系剛度與變形轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向系剛度：由轉(zhuǎn)向盤至轉(zhuǎn)向車輪之間，包括轉(zhuǎn)向機(jī)、傳動桿系、82第五節(jié)汽車操縱穩(wěn)定性的道路試驗(yàn)一、試驗(yàn)條件１)試驗(yàn)應(yīng)在平坦、干燥、清潔的水泥或?yàn)r青路面的場地上進(jìn)行，場地在任意方向的坡度不大于０.１％。

２)試驗(yàn)風(fēng)速不大于５ｍ／ｓ。

３)所有對試驗(yàn)結(jié)果有影響的零部件均應(yīng)經(jīng)過檢查、緊固和調(diào)整，特別是轉(zhuǎn)向系和懸架機(jī)構(gòu)的各零部件。

４)所用輪胎和車輞型式及大小必須滿足有關(guān)要求。

５)試驗(yàn)應(yīng)在汽車輕載及額定滿載兩種狀態(tài)下進(jìn)行第五節(jié)汽車操縱穩(wěn)定性的道路試驗(yàn)一、試驗(yàn)條件１)試驗(yàn)應(yīng)在平坦83二、試驗(yàn)項目和試驗(yàn)方法１.轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)圖１６-２３雙紐線路徑二、試驗(yàn)項目和試驗(yàn)方法１.轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)圖１６-２３雙紐線84２.汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)——定轉(zhuǎn)彎半徑法圖１６-２４方向盤轉(zhuǎn)矩——方向盤轉(zhuǎn)角曲線２.汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)——定轉(zhuǎn)彎半徑法圖１６-２４方向盤轉(zhuǎn)矩85３.汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)——定方向盤轉(zhuǎn)角、連續(xù)加速法(１)試驗(yàn)?zāi)康膶⒎较虮P轉(zhuǎn)過某一角度后，固定不變，汽車連續(xù)加速直至達(dá)到所需的側(cè)向加速度，測定汽車車速及橫擺角速度等參量，求出轉(zhuǎn)彎半徑隨側(cè)向加速度變化的特性。(２)試驗(yàn)方法

先使輪胎升溫，之后汽車以最低速度沿所畫圓周行駛，待拖掛于汽車后部中點(diǎn)的第五車輪在半圈內(nèi)都能對準(zhǔn)地面上所畫的圓周時，固定方向盤不動，汽車停車，啟動記錄儀器，記錄下各變量的零線。３.汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)——定方向盤轉(zhuǎn)角、連續(xù)加速法(１)試驗(yàn)?zāi)?6４.汽車回正能力試驗(yàn)１)試驗(yàn)?zāi)康幕卣囼?yàn)是表征和測定汽車從曲線行駛自行回復(fù)到直線行駛的過渡過程，是測定自由操縱力輸入的基本性能試驗(yàn)。２)試驗(yàn)方法中速回正試驗(yàn)：汽車沿半徑為(１５±１)ｍ的圓周行駛，調(diào)整車速，當(dāng)側(cè)向加速度達(dá)到(４±０.２)ｍ／ｓ２時，穩(wěn)定３ｓ，然后突然松開方向盤，記錄松開后３ｓ內(nèi)各變量的變化。４.汽車回正能力試驗(yàn)１)試驗(yàn)?zāi)康?7５.汽車蛇行試驗(yàn)圖１６-２６蛇行路線５.汽車蛇行試驗(yàn)圖１６-２６蛇行路線88第六節(jié)操縱穩(wěn)定性的主動控制１.四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(４ＷＳ)圖１６-２７４ＷＳ車二自

由度模型第六節(jié)操縱穩(wěn)定性的主動控制１.四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(４ＷＳ)圖１６89２.主動側(cè)傾控制(ＡＢＣ)

通常將傳統(tǒng)的由彈簧、減振器、穩(wěn)定桿及控制臂等組成的懸架稱為被動懸架，而將包含力發(fā)生器(或作動器)的懸架稱為主動懸架，因?yàn)樗皇潜粍拥匚蘸唾A存能量，而是可以根據(jù)需要按照人為的控制規(guī)則消耗或釋放能量，從而提高乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。２.主動側(cè)傾控制(ＡＢＣ)通常將傳統(tǒng)的由彈簧、減90３.汽車動力學(xué)控制(ＶＤＣ)汽車動力學(xué)控制(ＶＤＣ)系統(tǒng)是一種新型主動安全控制系統(tǒng)，它安裝在車輛的制動系和動力傳動系內(nèi)，利用車輛力學(xué)狀態(tài)變量反饋來調(diào)節(jié)各輪上縱向力的大小匹配，從而可以使車輛獲得優(yōu)良的操縱穩(wěn)定性。３.汽車動力學(xué)控制(ＶＤＣ)汽車動力學(xué)控制(ＶＤＣ)系統(tǒng)91第一節(jié)概述

第二節(jié)輪胎側(cè)偏特性

第三節(jié)線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng)特性

第四節(jié)汽車操縱穩(wěn)定性與懸架、轉(zhuǎn)向系的關(guān)系

第五節(jié)汽車操縱穩(wěn)定性的道路試驗(yàn)

第六節(jié)操縱穩(wěn)定性的主動控制第十六章汽車的操縱穩(wěn)定性第一節(jié)概述

第二節(jié)輪胎側(cè)偏特性

第三節(jié)線性二自由度92定義：在駕駛員不感覺過分緊張、疲勞的條件下，汽車能按照駕駛員通過轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向車輪給定的方向行駛，且當(dāng)受到外界干擾時，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力。意義操縱方便性高速安全性行駛方向直線轉(zhuǎn)彎干擾路不平側(cè)風(fēng)貨物或乘客偏載定義：在駕駛員不感覺過分緊張、疲勞的條件下，汽車能按照駕駛員931內(nèi)容輸入：角輸入、力輸入響應(yīng)：時域響應(yīng)、頻域響應(yīng)。橫擺角速度頻率響應(yīng)特性回正性轉(zhuǎn)向半徑轉(zhuǎn)向輕便性直線行駛性（側(cè)向風(fēng)穩(wěn)定性、路面不平穩(wěn)定性、彎道行駛性）典型行駛工況極限行駛性能第一節(jié)概述1內(nèi)容橫擺角速度頻率響應(yīng)特性直線行駛性（側(cè)向風(fēng)穩(wěn)定性、路面942車輛坐標(biāo)系及時域響應(yīng)2車輛坐標(biāo)系及時域響應(yīng)95

汽車時域響應(yīng)分為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)。

轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下進(jìn)入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：等速直線行駛，急劇轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，然后維持轉(zhuǎn)角不變，即對汽車施以轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入，汽車經(jīng)短暫的過渡過程后進(jìn)入等速圓周行駛工況。

轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)：等速直線行駛和等速圓周行駛兩個穩(wěn)態(tài)運(yùn)動之間的過渡過程所對應(yīng)的瞬間運(yùn)動響應(yīng)。

穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性：不足轉(zhuǎn)向、中性轉(zhuǎn)向、過度轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向盤保持一個固定轉(zhuǎn)角不變，緩慢加速或以不同車速等速行駛時，不足轉(zhuǎn)向的汽車轉(zhuǎn)向半徑逐漸增大，中性轉(zhuǎn)向的汽車轉(zhuǎn)向半徑不變，而過度轉(zhuǎn)向的汽車轉(zhuǎn)向半徑逐漸減小。汽車時域響應(yīng)分為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)。96汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章97汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章98汽車時域響應(yīng)是把汽車作為開環(huán)控制系統(tǒng)的控制特性。駕駛員－汽車系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)：在汽車行駛過程中，駕駛員根據(jù)需要，操縱轉(zhuǎn)向盤使汽車做轉(zhuǎn)向運(yùn)動。路面的凹凸不平、側(cè)風(fēng)、偏載等影響汽車的行駛。駕駛員根據(jù)道路、交通等情況，通過眼、手及身體感知的汽車運(yùn)動狀況（輸出參數(shù)），經(jīng)過頭腦的分析、判斷（反饋），修正其對轉(zhuǎn)向盤的操縱。如此不斷地反復(fù)循環(huán)，操縱汽車行駛前進(jìn)。汽車時域響應(yīng)是把汽車作為開環(huán)控制系統(tǒng)的控制特性。99主觀評價法:憑借主觀感覺的評價轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下進(jìn)入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：

3.評價方法

客觀評價法：用測試儀器測物理參數(shù)：主觀評價法:憑借主觀感覺的評價

3.評價方法

客觀評價法100汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章101側(cè)偏特性：側(cè)偏力、回正力與側(cè)偏角的關(guān)系1輪胎坐標(biāo)系第二節(jié)輪胎的側(cè)偏特性側(cè)偏特性：側(cè)偏力、回正力與側(cè)偏角的關(guān)系1輪胎坐標(biāo)系第二節(jié)102概念概念103汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章104最大側(cè)偏力的影響因素附著條件及垂直載荷FZ輪胎胎面花紋、材料、結(jié)構(gòu)、充氣壓力路面材料、結(jié)構(gòu)、潮濕程度車輪外傾角最大側(cè)偏力的影響因素附著條件及垂直載荷FZ1053.輪胎結(jié)構(gòu)、工作條件與側(cè)偏特性尺寸↑的輪胎，k↑

；子午線輪胎接地面寬，k大；鋼絲比尼龍輪胎k大；扁平率：輪胎斷面高度與斷面寬度之比H

/B

↓，

k↑

；在一定范圍內(nèi)，載荷↑（FZ

↑），k↑

。但載荷↑太大時，k↓；輪胎充氣壓力

↑，k↑

；行駛車速對k影響較??；潮濕特別在積水時，k↓很大。3.輪胎結(jié)構(gòu)、工作條件與側(cè)偏特性尺寸↑的輪胎，k↑；106汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章107附著橢圓一定側(cè)偏角下，驅(qū)動力或制動力增加時，側(cè)偏力逐漸有所減小，這是由于輪胎側(cè)線彈性有所改變的關(guān)系。當(dāng)縱向力相當(dāng)大時，側(cè)偏力顯著下降，接近附著極限時，切向力已耗去大部分附著力，而側(cè)向力能利用的附著力很小。附著橢圓一定側(cè)偏角下，驅(qū)動力或制動力增加時，側(cè)偏力逐漸有所減108汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章1094回正力矩4回正力矩110汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章1115輪胎外傾角對側(cè)偏力的作用5輪胎外傾角對側(cè)偏力的作用112汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章113☆忽略轉(zhuǎn)向系的影響，以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入；☆汽車只進(jìn)行平行于地面的平面運(yùn)動，而忽略懸架的作用；☆汽車前進(jìn)（縱軸）速度不變，只有沿y軸的側(cè)向速度和繞z軸的橫擺運(yùn)動(ay<0.4g)；☆

驅(qū)動力不大，對側(cè)偏特性無影響；☆忽略空氣阻力；☆忽略左右輪胎因載荷變化引起輪胎特性的變化；☆忽略回正力矩的變化。第三節(jié)線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng)1.線性二自由度汽車模型的運(yùn)動微分方程☆忽略轉(zhuǎn)向系的影響，以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入；第三節(jié)線性二自由114汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章115汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章116Y向力平衡對質(zhì)心取矩Y向力平衡對質(zhì)心取矩117汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章118汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章119汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章1202前輪角階躍輸入下進(jìn)入的汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)－－等速圓周運(yùn)動2.1穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的評價指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益或轉(zhuǎn)向靈敏度2前輪角階躍輸入下進(jìn)入的汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)－－等速圓周運(yùn)動2.1121汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章1222穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的三種類型過度轉(zhuǎn)向Over-Steering不足轉(zhuǎn)向Under-Steering中性轉(zhuǎn)向Neutral-Steering2穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的三種類型過度轉(zhuǎn)向不足轉(zhuǎn)向中性轉(zhuǎn)向123當(dāng)汽車以很低的速度和/或很大轉(zhuǎn)向半徑行駛時，側(cè)偏角很小，即則有當(dāng)汽車以很低的速度和/或很大轉(zhuǎn)向半徑行駛時，側(cè)偏角很小，即則124特征車速特征車速125臨界車速臨界車速126汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章127過度轉(zhuǎn)向汽車車速達(dá)到臨界車速時將失去穩(wěn)定性。因?yàn)橹灰粋€很小的轉(zhuǎn)角，橫擺角速度增益r/就趨于無窮大。因?yàn)榧僭O(shè)縱向速度為優(yōu)先值，根據(jù)縱向速度與角速度的關(guān)系可知，汽車的轉(zhuǎn)向半徑極小，這樣汽車必定發(fā)生激轉(zhuǎn)而發(fā)生側(cè)滑或側(cè)翻。過度轉(zhuǎn)向特性的問題過度轉(zhuǎn)向汽車車速達(dá)到臨界車速時將失去穩(wěn)定性。因?yàn)橹灰粋€很128

3.幾個表征穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的參數(shù)3.幾個表征穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的參數(shù)129汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章130Ackmann角Ackmann角131汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章132轉(zhuǎn)向半徑比值轉(zhuǎn)向半徑比值133汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章134靜態(tài)裕度靜態(tài)儲備系數(shù)靜態(tài)裕度靜態(tài)儲備系數(shù)135汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章136二自由度模型忽略了前、后軸及左、右輪載荷變化、車輪外傾角、懸架導(dǎo)向桿系及變形對輪胎側(cè)偏角的影響。因此，輪胎彈性側(cè)偏角絕對值的大小取決于整車質(zhì)心位置和輪胎無外傾角也無載荷變化下的側(cè)偏剛度。第四節(jié)汽車操縱穩(wěn)定性與懸架、轉(zhuǎn)向系的關(guān)系二自由度模型忽略了前、后軸及左、右輪載荷變化、1371.

車身側(cè)傾軸線：車廂相對地面轉(zhuǎn)動時瞬時軸線。側(cè)傾中心：側(cè)傾軸線通過車廂在前后軸處橫斷面的瞬時轉(zhuǎn)動中心。側(cè)傾中心的位置由懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)所決定。可用解析和圖解兩種方法獲得側(cè)傾中心。圖解方法是利用可逆原理，即假設(shè)車廂不動而地面相對車廂發(fā)生轉(zhuǎn)動，求出地面相對車廂的瞬時轉(zhuǎn)動中心，它也是車廂的側(cè)傾中心。汽車的外傾1.車身側(cè)傾軸線：車廂相對地面轉(zhuǎn)動時瞬時軸線。汽車的外傾138無側(cè)向力有側(cè)向力無側(cè)向力有側(cè)向力139汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章140汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章141汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章142商用車轎車商用車轎車143懸架的側(cè)傾角剛度懸架的側(cè)傾角剛度144t-tires-spring車身質(zhì)量非懸掛質(zhì)量t-tire車身質(zhì)量非懸掛質(zhì)量145汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章146汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章147汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章148車廂的側(cè)傾角：車廂在側(cè)向力的作用下繞側(cè)傾軸線的轉(zhuǎn)角。車廂側(cè)傾角是操縱穩(wěn)定性和汽車平順性的重要參數(shù)。側(cè)傾角r

影響汽車r

動態(tài)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，是操縱穩(wěn)定性的重要評價指標(biāo)。r

過大，會使駕駛員感覺不穩(wěn)定、不安全、不舒服。r

過小，在不平路面車廂沖擊大。汽車穩(wěn)態(tài)圓周運(yùn)動時，車廂的側(cè)傾角為2.車廂的側(cè)傾角車廂的側(cè)傾角：車廂在側(cè)向力的作用下繞側(cè)傾軸線的轉(zhuǎn)角。2.149懸掛質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩懸掛質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩150側(cè)傾后懸掛質(zhì)量重力引起的側(cè)傾力矩側(cè)傾后懸掛質(zhì)量重力引起的側(cè)傾力矩151獨(dú)立懸架中非懸掛質(zhì)量的離心力引起的側(cè)傾力矩獨(dú)立懸架中非懸掛質(zhì)量的離心力引起的側(cè)傾力矩152汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章153汽車作穩(wěn)態(tài)圓周運(yùn)動時其側(cè)傾力矩汽車作穩(wěn)態(tài)圓周運(yùn)動時其側(cè)傾力矩154側(cè)傾時前后左右車輪垂直載荷的變化側(cè)傾時前后左右車輪垂直載荷的變化155懸架作用于車身的恢復(fù)力矩懸架作用于車身的恢復(fù)力矩156注意：力是標(biāo)量還是矢量注意：力是標(biāo)量還是矢量157左右車輪載荷重新分配后的輪胎側(cè)傾剛度左右車輪載荷重新分配后的輪胎側(cè)傾剛度158在側(cè)傾力矩的作用下，汽車左右車輪的垂直載荷發(fā)生變化，這將導(dǎo)致輪胎的側(cè)偏特性變化而使汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性發(fā)生變化。左右車輪垂直載荷差別越大，側(cè)偏剛度越小。若前軸左右車輪的垂直載荷變化大，則趨于不足轉(zhuǎn)向。后軸左右車輪的垂直載荷變化大，則為趨于過多轉(zhuǎn)向。車輪左右載荷的變動取決于：側(cè)傾角剛度、懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量、質(zhì)心位置、前后懸掛側(cè)傾中心位置等。注意?。?！在側(cè)傾力矩的作用下，汽車左右車輪的垂直載荷發(fā)生變化，這將159車廂側(cè)傾時，車輪外傾角的三種變化形式：保持不變；沿著地面?zhèn)认蛄Ψ较騼A斜；沿著地面?zhèn)认蛄ψ饔梅较蛳喾吹姆较騼A斜。3.車廂側(cè)傾時車輪外傾角的變化車廂側(cè)傾時，車輪外傾角的三種變化形式：保持不變；沿著地160當(dāng)車輪的外傾傾斜方向與地面的側(cè)向反作用力相一致時，側(cè)偏角絕對值減??；反之，則增大。車輪外傾角的增加使車輪的側(cè)向附著性能降低，汽車的極限側(cè)向加速度減小。車廂側(cè)傾時，車輪相對地面的側(cè)傾角由車輪相對車廂的外傾角和車廂相對地面的側(cè)傾角組成。車輪相對地面的外傾角求法：假想讓車廂不動，令地面相對車廂轉(zhuǎn)動一個角度r，這樣就可根據(jù)懸架導(dǎo)向桿系的運(yùn)動學(xué)關(guān)系，找出車輪相對車廂的相對轉(zhuǎn)動角度，然后讓車廂與地面一起回轉(zhuǎn)r，此時地面回復(fù)到原來狀態(tài)，即可確定外傾角的數(shù)值。當(dāng)車輪的外傾傾斜方向與地面的側(cè)向反作用力相一致時，側(cè)偏角161汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章162車廂側(cè)傾時車輪外傾角的變化車廂側(cè)傾時車輪外傾角的變化163側(cè)傾轉(zhuǎn)向是在側(cè)向力作用下，車廂發(fā)生側(cè)傾，而引起車輪偏轉(zhuǎn)，即車輪圍繞垂直軸線或轉(zhuǎn)向節(jié)主銷轉(zhuǎn)動。后軸轉(zhuǎn)向是因懸架桿系的運(yùn)動學(xué)關(guān)系所產(chǎn)生的車輪轉(zhuǎn)向角。側(cè)傾干涉轉(zhuǎn)向是轉(zhuǎn)向軸因轉(zhuǎn)向桿系和懸架桿系運(yùn)動學(xué)關(guān)系干涉所產(chǎn)生的車輪轉(zhuǎn)向角變動。軸轉(zhuǎn)向是發(fā)生側(cè)傾轉(zhuǎn)向時，車軸發(fā)生的繞垂直軸線的轉(zhuǎn)動。運(yùn)動學(xué)側(cè)偏是車軸和車輪圍繞垂直軸線的轉(zhuǎn)動與輪胎側(cè)偏之效果一樣。4側(cè)傾轉(zhuǎn)向側(cè)傾轉(zhuǎn)向是在側(cè)向力作用下，車廂發(fā)生側(cè)傾，而引起車輪偏轉(zhuǎn)，即車164后軸的軸轉(zhuǎn)向?qū)Ψ€(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的影響后軸的軸轉(zhuǎn)向?qū)Ψ€(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的影響165在側(cè)傾作用下板簧懸架的軸轉(zhuǎn)向側(cè)傾力作用結(jié)果無側(cè)傾力作用在側(cè)傾作用下板簧懸架的軸轉(zhuǎn)向側(cè)傾力作用結(jié)果無側(cè)傾力作用166汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章167汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章168變形轉(zhuǎn)向：懸架導(dǎo)向桿系元件在各種力和力矩作用下的彈性變形可能引起車輪圍繞主銷或垂直地面的軸線的轉(zhuǎn)動。5懸架導(dǎo)向元件變形轉(zhuǎn)向變形轉(zhuǎn)向：懸架導(dǎo)向桿系元件在各種力和力矩作用下的彈性變形可能1696.回正力矩變形轉(zhuǎn)向角6.回正力矩變形轉(zhuǎn)向角170汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚摶菊n件第十六章171側(cè)傾時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架的運(yùn)動干涉將引起轉(zhuǎn)向輪側(cè)傾干涉轉(zhuǎn)向。7轉(zhuǎn)向系和橫擺角速度穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的關(guān)系側(cè)傾時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架的運(yùn)動干涉將引起轉(zhuǎn)向輪側(cè)傾干涉轉(zhuǎn)向。7172轉(zhuǎn)向系剛度：由轉(zhuǎn)向盤至轉(zhuǎn)向車輪之間，包括轉(zhuǎn)向機(jī)、傳動桿系、固定座在內(nèi)的剛度。在一定的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角下，轉(zhuǎn)向系剛度低，前轉(zhuǎn)向輪的變形轉(zhuǎn)向角大，增加了汽車的不