7汽车操纵稳定性检测 - 图文

备课时间 年 月 日 授课时间 年 月 日 年 月 日 年 月 日 讲述 授课课时 授课章节 名称 6 授课形式 项目五 汽车操纵稳定性 7汽车操纵稳定性检测 教学目的 教学重点 教学难点 教学方法 讲授法、小组讨论法 使用教具 黑板、多媒体投影仪 板书设计 主要教学内容及步骤 5.3汽车的转向特性 驾驶员操纵转向盘使汽车转向时，要通过眼睛、手和身体等感知汽车的转向效果，并经过头脑比较和判断，修正转向盘的操纵，这是通过驾驶员把系统的输出，反馈到输入而构成一个人工闭路系统。如不计入驾驶员的反馈作用，便称为开路系统，它的特点是系统的输出参数对输入控制没有影响。由于驾驶员的反馈作用十分复杂，作为闭路系统研究仍很不成熟，这里只把汽车作为一个开路系统，研究转向盘输入时汽车的运动 把汽车作为开路系统进行分析时见图5.9改变汽车运动状态的输入量（或称“干扰”），主要来自三个方面： 图5.9 作为开路系统的汽车简图 （1） 驾驶员通过力（力矩）操纵或位置（转角）操纵转向盘，使前轮转向； （2） 空气动力作用（如横向风）； （3） 路面不平等对汽车的作用。 汽车大多数行驶状况下，其侧向加速度不超过0.3～0.4g，可以把它看作一个线性动力学系统来分析。线性系统一个重要标志是可以运用叠加原理，可以把一个复杂的输出量，分解为简单的输入量，或者有多个输入量时，可按单个输入量求解，然后加以叠加。 由输入引起的汽车运动状况，可分为不随时间而变化的稳态与随时间变化的瞬态两种。相应的车辆响应称为稳态响应与瞬态响应。例如给等速直线行驶的汽车以前轮角阶跃输入，即急速转动前轮，然后维持前轮转角不变，一般汽车经过短暂时间后，将进入等速圆周行驶。一定车轮转角下的等速圆周行驶状态便是一种稳态。而等速直线行驶与等速圆周行驶间的过渡过程便是瞬态。 汽车的“等速圆周行驶”稳态响应，是评价汽车操纵稳定性的重要特性之一，称为汽车的“稳态转向特性”。汽车的稳态转向特性分成三种类型：不足转向、中性转向和过多转向。在圆周行驶时，驾驶员使转向盘保持一个固定的转角，令汽车以不同固定车速行驶，若行驶车速高时，汽车的转向半径R增大，这种汽车具有不足转向的特性。若汽车的转向半径R不变，这种汽车具有中性转向的特性。若转向半径愈来愈小，则具有过多转向的特性。只有具有适度不足转向的汽车，才有良好的操纵稳定性。汽车不能具有过多转向特性。具有中性转向特性的汽车也不好，因为汽车本身或外界使用条件的某些变化，中性转向特性的汽车通常会转变为过多转向特性而失去稳定。人们已经习惯于驾驶具有不足转向特性的汽车，知道如何通过转向机构使汽车遵循期望的路径行驶。 5.3.1 汽车的稳态转向特性 对汽车曲线运动进行初步分析时，把汽车看作平行于路面的平面运动。即汽车没有垂直运动，沿z轴的位移为零，绕y轴的俯仰角、绕x轴的侧倾角均为零。另外假设汽车前进速度不变，即沿x轴的汽车（绝对）速度u不变。因此汽车只有沿y轴的侧向运动与绕z轴的横摆运动这样两个自由度。 图5.10 二自由度汽车模型 图5.10是一个由前后两个具有侧向弹性的弹簧（轮胎）支承于地面、具有侧向及横摆的二自由度汽车模型。下面分析中令固结于汽车上的动坐标系原点与汽车重心重合。 从运动关系可以求得： tan(???1)?AEAE ?OERBEBE ?OERtan?2?则 tan(??a1)?tan?2?（5.12） AE?BEL? RR 汽车高速行驶时，转向角δ一般不大，侧偏角一般不超过6°～8°，故可以认为 ???1??2?或 ??L RL??1??2 R 令稳态时单位前轮转角所引起的横摆角速度为“稳态横摆角速度增益”，用???表??s示。 则 ??????sLRu/R?(?1??2)?u/LR1?(?1??2)L （5.13） 假定汽车在水平道路上作等速圆周运动，则作用在汽车上的侧向力，仅为离心力Fc之侧向分力Fcy，其值为 FcyGu2? gR 当转角不大时，前轮侧偏力Fy1沿y轴的分力Fy1cos??Fy1，故前后轮的侧偏力Fy1、Fy2可用下式计算： u2bu2b Fy2?M （5.14） Fy1?MRLRL 由侧偏特性Fy=ka知，?1?Fy1k1，?2?Fy2k2，连同式（5.14）代入式（5.13），得 ??????sK?ML2u/Lu/L （5.15） ?Mba21?Ku21?2(?)uLk1k2(GGba1?)?(1?2) （5.16） k1k2k1k2gL式中 G1，G2——前后轴的垂直载荷； K——稳定性因数。 从式（5.16）看出，不同的汽车重心位置和不同前后轮侧偏刚度匹配时，稳定性因数可以等于零、大于零或小于零。 图5.11 汽车的稳态横摆增益曲线