汽車控制性分析

汽車操縱穩(wěn)定性攻堅隊；吳成卿陳方珊陳正雄鄭建海許俊杰林志豪目錄汽車操縱穩(wěn)定性概念1汽車操縱穩(wěn)定性評價方法2汽車位置穩(wěn)定性3輪胎的側(cè)偏特性4汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性5汽車操縱穩(wěn)定影響因素及措施6汽車操縱穩(wěn)定性概念汽車操縱穩(wěn)定性，是指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(直線或轉(zhuǎn)彎)行駛;且當(dāng)受到外界干擾(路不平、側(cè)風(fēng)、貨物或乘客偏載)時，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的性能。汽車的操縱穩(wěn)定性包含相互聯(lián)系的兩個部分，一是操縱性，另一個是穩(wěn)定性。操縱性好簡言之就是"聽話"，汽車能夠按照駕駛員的要求運(yùn)行;穩(wěn)定性好簡言之就是能夠抵抗干擾。汽車操縱穩(wěn)定性評價方法

汽車操縱穩(wěn)定性涉及的問題較為廣泛，它需要采用較多的物理參量從多方面來進(jìn)行評價。

對操縱穩(wěn)定性有兩種評價方法--

主觀評價和客觀評價。主觀評價就是感覺評價，其方法是讓試驗評價人員根據(jù)試驗時自己的感覺來進(jìn)行評價。并按規(guī)定的項目和評分辦法進(jìn)行評分。優(yōu)點:(1)主觀評價把人的因素考慮在內(nèi)，與實際情況更為符合。汽車是由人來駕駛的，因此主觀評價法始終是操縱穩(wěn)定性的最終評價方法;(2)熟練的試驗駕駛員在進(jìn)行主觀評價試驗時，還能發(fā)現(xiàn)儀器所不能檢驗出來的現(xiàn)象。主觀評價的缺點:(1)它受到評價者個人主觀因素的影響，不同評價者可能給出差別較大的評價結(jié)果;(2)一般情況下，它不能給出"汽車性能"與"汽車結(jié)構(gòu)"二者之間有何種聯(lián)系的信息。(3)在設(shè)計階段必須要生產(chǎn)出樣車，這樣增加評價成本和設(shè)計周期客觀評價法是通過測試儀器測出表征操縱穩(wěn)定性能的物理量如橫擺角速度、側(cè)向加速度、側(cè)傾角及轉(zhuǎn)向力等來評價操縱穩(wěn)定性的方法。優(yōu)點；(1)實驗方法和指標(biāo)計算結(jié)果比較明確，沒有人為的不確定因素的干擾;(2)隨著虛擬仿真技術(shù)的成熟，汽車模型的精確構(gòu)建，為以計算機(jī)仿真分析為手段研究汽車動力學(xué)特性及預(yù)測動態(tài)特性提供極大方便;(3)如果有一套成熟統(tǒng)一的客觀評價體系用于設(shè)計階段，在還沒有原型車的情況下或者在對標(biāo)階段就可預(yù)測汽車操縱穩(wěn)定性，從而優(yōu)化設(shè)計節(jié)約時間節(jié)約成本;(4)可以通過客觀評價試驗中的評價指標(biāo)，理論分析確定它們與汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，因此客觀評價試驗可以指出改變汽車結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)參數(shù)以提高性能的具體途徑。汽車位置穩(wěn)定性3/10/2023縱向翻倒橫坡上側(cè)翻與側(cè)滑水平轉(zhuǎn)彎的側(cè)翻與側(cè)滑輪胎的側(cè)偏特性汽車在行駛過程中，由于路面的側(cè)向傾斜，側(cè)向風(fēng)或者曲線行駛時的離心力等的作用，車輪中心沿車軸方向產(chǎn)生一個側(cè)向力F。因為車輪是有彈性的，所以，在側(cè)向力F未達(dá)到車輪與地面間的最大摩擦力時，側(cè)向力F使輪胎產(chǎn)生變形，使車輪傾斜，導(dǎo)致車輪行駛方向偏離預(yù)定的行駛路線。這種現(xiàn)象，就稱為汽車輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象。在汽車行駛過程中，由于路面的側(cè)向傾斜、側(cè)向風(fēng)力或曲線行駛時的離心力等的作用，車輪中心沿y軸方向?qū)⒆饔糜袀?cè)向力Fy，則相應(yīng)地在地面上產(chǎn)生地面?zhèn)认蚍醋饔昧y，F(xiàn)y也稱為側(cè)偏力。當(dāng)車輪是剛性時，若側(cè)偏力Fy未超過車輪與地面間的附著極限，則車輪與地面間沒有滑動，車輪仍沿其本身的方向行駛，如圖1所示;若側(cè)偏力Fy達(dá)到車輪與地面間的附著極限，則車輪發(fā)生側(cè)向滑動，車輪按合成速度u′方向行駛。當(dāng)車輪有側(cè)向彈性時，即使Fy沒有達(dá)到附著極限，車輪行駛方向亦將偏離CC方向，這就是輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象。1.前輪定位參數(shù)的影響前輪定位參數(shù)包括:前輪外傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角和前輪前束(前束角)。前輪外傾角，是指通過前輪中心的汽車橫向平面與前輪平面的交線線與地面垂直線所成的夾角，前外傾角一般在1°左右，如圖1所示。它的作用主要是當(dāng)汽車行駛時，將輪轂壓向內(nèi)軸承，而減輕外端較小的軸承載荷，同時，可以防止因前軸變形和主銷孔與主銷間隙過大引起前輪內(nèi)傾，減輕輪胎著地與主銷軸線與地面交點間的距離，從而使轉(zhuǎn)向輕便。主銷內(nèi)傾角，是指主銷軸線與地面垂線在汽車橫向平面內(nèi)的夾角主銷內(nèi)傾角對操縱穩(wěn)定性的影響，主要也是回正力矩，它是在前輪轉(zhuǎn)動時將車身抬高，由于系統(tǒng)位能的提高而產(chǎn)生的前輪回正矩，它與側(cè)向力無關(guān)。因此可以說，主銷內(nèi)傾角主要在低速時起回正作用，"后傾拖距"主要在高速時起回正作用。主銷后傾角，是指主銷軸線與地面垂線在汽車縱向平面內(nèi)的夾角，主銷后傾角對汽車操縱穩(wěn)定性的影響主要通過"后傾拖距"使地面?zhèn)认蛄喬ギa(chǎn)生一個回正力矩，該力矩產(chǎn)生一個與輪胎側(cè)偏角相似的附加轉(zhuǎn)向角，它與側(cè)向力成正比，使汽車趨于增加不足轉(zhuǎn)向，有利于改善汽車的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性。若主銷后傾角減小，使得回正力矩變小，當(dāng)?shù)孛鎸D(zhuǎn)向輪的干擾力矩大于轉(zhuǎn)向輪的回正力矩時，就會產(chǎn)生擺振。前輪外傾角，隨負(fù)荷的變化而變化。當(dāng)車輛轉(zhuǎn)向時，在離心力作用下，車身向外傾斜，外輪懸架處于壓縮狀態(tài)，車輪外傾角逐漸減小(向負(fù)外傾變化);內(nèi)輪懸架處于伸張狀態(tài)，使得本來對道路向負(fù)外傾變化的外傾角減弱。從而提高車輪承受側(cè)向力的能力，使汽車轉(zhuǎn)向時穩(wěn)定性大為提高。前輪前束(如圖4所示)不可過大，若前束過大，會使車輪外傾角、主銷后傾角變小，會使前輪出現(xiàn)擺頭現(xiàn)象，行駛中有蛇行，轉(zhuǎn)向操作不穩(wěn)。2.后懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響后懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)對汽車操縱穩(wěn)定性的影響，近似于前懸架的"干涉轉(zhuǎn)向"。它是在汽車轉(zhuǎn)向時，由于車身側(cè)傾導(dǎo)致獨立懸架的左右車輪相對車身的距離發(fā)生變化，外側(cè)車輪上跳，與車身的距離縮短，內(nèi)側(cè)車輪下拉，與車身的距離加大。3.橫向穩(wěn)定桿的影響橫向穩(wěn)定桿常用來提高懸架的側(cè)傾角剛度，或是調(diào)整前、后懸架側(cè)傾角剛度的比值。在汽車轉(zhuǎn)彎時，它可以防止車身產(chǎn)生很大的橫向側(cè)傾和橫向角振動，以保證汽車具有良好的行駛穩(wěn)定性。提高橫向穩(wěn)定桿的剛度后，前懸架的側(cè)傾角剛度增加，轉(zhuǎn)向時左右輪荷變化加大，前軸的每個車輪的平均側(cè)偏剛度減小，汽車不足轉(zhuǎn)向量有所增加。前懸架中采用較硬的橫向穩(wěn)定桿有助于提高汽車的不足轉(zhuǎn)向性，并能改善汽車的蛇行行駛性能。4.輪胎的影響輪胎是影響汽車操縱穩(wěn)定性的一個重要因素，增大輪胎的載荷能力，特別是后輪胎的載荷能力，例如加大輪胎尺寸或提高層級，或者后輪由單胎改為雙胎，都會改善汽車的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性。改變后輪胎的外傾角，也可以改善汽車的操縱穩(wěn)定性，這是因為后輪胎的負(fù)外傾角可以增加后輪胎的側(cè)偏剛度，從而減小過多轉(zhuǎn)向趨勢。5.前軸或車架變形的影響由于車架是汽車的基礎(chǔ)，它的變形會直接影響各部件的連接及配合，從而直接影響操縱穩(wěn)定性。如果汽車前軸變形，就會改變主銷孔的軸線位置，使主銷內(nèi)傾角變大，則外傾角變小，反之，內(nèi)傾角變小，外傾角變大，從而行駛時會產(chǎn)生轉(zhuǎn)向沉重，磨胎和無自動回正的能力。6.懸架的影響當(dāng)車輛受到側(cè)向作用力時，汽車前、后軸垂直載荷變動量的大小是影響操縱穩(wěn)定性的主要原因。如果汽車前軸左、右車輪的垂直載荷變動量較大，汽車趨于增加不足轉(zhuǎn)向量;如果后軸的左、右車輪的垂直載荷變動量較大，汽車趨于減少不足轉(zhuǎn)向量。影響汽車前軸和后軸左、右車輪的垂直載荷變動量的主要因素有:前、后懸架的側(cè)偏剛度，懸掛質(zhì)量，質(zhì)心位置，前、后懸掛側(cè)傾中心位置等。這些參數(shù)也是懸架系統(tǒng)影響操縱穩(wěn)定性的參數(shù)。提高汽車操縱穩(wěn)定性的措施；1.汽車的操縱穩(wěn)定性不僅影響到汽車駕駛的操縱方便程度，而且也是決定高速汽車安全行駛的一個主要性能，所以人們稱之為"高速車輛的生命線"。正因為如此，人們不斷地尋找方法來改善汽車的操縱穩(wěn)定性。提高操縱穩(wěn)定性的常用方法有:防抱死制動系統(tǒng)(ABS)、驅(qū)動力控制系統(tǒng)(TCS)、四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(4WS)、車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(VSC)等。2.帶有4WS的在汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，后兩輪也隨著前兩輪有相應(yīng)的轉(zhuǎn)向運(yùn)動。一般兩輪轉(zhuǎn)向汽車(2WS)在中、高速作圓周行駛時，車身后部甩出一點，車身以稍稍橫著一點的姿態(tài)作曲線運(yùn)動，增加了駕駛者在判斷與操作上的困難。電控4WS汽車的質(zhì)心側(cè)偏角總接近于零，車廂與行駛軌跡方向一致，汽車自然流暢地作曲線運(yùn)動，駕駛者能方便地判斷與操作，顯著地改善了操縱穩(wěn)定性。3.車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)是以ABS為基礎(chǔ)發(fā)展而成的。系統(tǒng)主要在大側(cè)向加速度、大側(cè)偏角的極限工況下工作。它利用左、右兩側(cè)制動力之差產(chǎn)生的橫擺力偶矩來防止出現(xiàn)難以控制的側(cè)滑現(xiàn)象，如在彎道行駛中因前軸側(cè)滑而失去路徑跟蹤能力的駛出(DriftOut)現(xiàn)象及后軸側(cè)滑甩尾而失去穩(wěn)定性的激轉(zhuǎn)(Spin)現(xiàn)象等危險工況。謝謝觀賞內(nèi)容總結(jié)汽車操縱穩(wěn)定性。且當(dāng)受到外界干擾(路不平、側(cè)風(fēng)、貨物或乘客偏載)時，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的性能。汽車在行駛過程中，由于路面的側(cè)向傾斜，側(cè)向風(fēng)或者曲線行駛時的離心力等的作用，車輪中心沿車軸方向產(chǎn)生一個側(cè)向力F。因為車輪是有彈性的，所以，在側(cè)向力F未達(dá)到車輪與地面間的最大摩擦力時，側(cè)向力F使輪胎產(chǎn)生變形，使車輪傾斜，導(dǎo)致車輪行駛方向偏離預(yù)定的行駛路線。前輪外傾角、主銷內(nèi)傾角、主銷后傾角和前輪前束(前