汽车性能与使用5-汽车操纵稳定性.ppt

汽车性能与使用,学习情境5 汽车操纵稳定性,5.1 评价汽车操纵稳定性,汽车操纵稳定性，是指在驾驶员不感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽车能按照驾驶员通过转向系及转向车轮给定的方向（直线或转弯）行驶；且当受到外界干扰（路不平、侧风、货物或乘客偏载）时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的性能。,一、主观评价和客观评价,主观评价法指让试验评价人员根据试验时自己的感觉进行评价的方法。客观评价法是通过测试仪器测出能够表征汽车操纵稳定性能的参数，如横摆加速 度、侧向加速度以及侧倾角等来评价操纵稳定性的方法。汽车操纵稳定性的主观评价评价项目可分为：直线行驶稳定性（包括转向回正能力、侧风敏感性、路向不平敏感性等）、行车变道的操纵转弯稳定（包括转向的准确性、固有转向特性、转弯制动特性等）以及操纵负荷等。,二、汽车位置稳定性,汽车行驶有时会遇到纵向或横向斜坡，或者弯道。在这种情况下，汽车能否保持稳定行驶属汽车的稳定性。,1）汽车的纵向翻倒,汽车在纵向坡道上行驶，随着坡度的增大，可能出现驱动力大于附着力而使驱动轮滑转的现象，也有可能使汽车产生纵向翻倒，,汽车不发生翻倒的纵向坡度角,当坡道倾角0或道路纵坡度iI0时，汽车可能产生纵向翻倒。,汽车重心离后轴的距离b愈大，重心高度,愈小，汽车愈不易发生绕后轴的纵向翻倒，其稳定性也愈好。,汽车不产生后驱动轮滑转的纵向坡度角,当坡道倾角或道路纵坡度ii时，汽车可能产生驱动轮滑转。如果这时汽车使用驻车制动器（手刹）停在纵向斜坡上，因为驻车制动器一般安装于后轮，制动力等于下滑力Gsin，只要路面附着力足够，即满足式（5-5），即可避免汽车上坡倒溜。,滑转先于纵翻发生的条件,汽车处在较大纵向坡上面言，宁肯让驱动轮滑转而不希望汽车纵翻产生,前轮驱动上坡永远也不会有汽车纵向翻倒的情况发生,2）汽车在横坡上的侧翻与侧滑,汽车不发生侧翻的横向坡度角,重心降低和轮距增大对汽车的横向稳定性是有好处的。,侧滑先于侧翻发生,同样，宁可让汽车横向滑移，而不希望产生汽车侧翻。需满足以下关系,3）汽车水平转弯的侧翻与侧滑,随着车速提高或转向半径的减小，Fj增大。当Fj与重力mg的合力F作用线通过外侧车轮与地面的接触线时，内侧车轮对地露的作用载荷为零，即汽车侧向翻倒的临界状态。,汽车发生临界侧翻的临界车速,汽车的防侧翻性能与汽车作曲线行驶时的侧向加速度的大小是直接相关的。如果汽车的侧向加速度过大，必须采取减小汽车侧向加速度的控制方法，如转向轮转角的减小和汽车行驶速度的降低。,汽车发生临界侧滑的临界车速,在附着系数较低的路面上行驶时，为了避免造成汽车侧滑的危险工况，不要作高速的转向运动或者急速的转向运动。,侧向稳定系数,宁可让汽车横向滑移，而不希望产生汽车侧翻。要使侧滑先于侧翻发生，需满足以下关系,防止侧翻与侧滑,可在结构上通过合理增大轮距B，降低重心高度，使侧滑发生在侧翻之前。但在实际使用中，若大量装运轻泡物品或物品偏置车厢一侧，转动方向盘过急且车速太高，汽车仍可能发生侧翻。为了保证行车安全，通常侧滑也不希望发生，所以转弯时车速应降低。高速公路弯道处处外侧应比内侧高一些，以使重力的侧向分力与离心力得以平衡。,我国相关标准,车辆在空载、静态下，向左侧和右侧倾斜的最大侧倾稳定角：双层客车不得小于28；总质量为车辆整备质量1.2倍以下的的汽车不得小于30；其它车辆不得小于35.,轮胎的侧偏特性,1轮胎的侧偏力路面横向倾斜、侧向风或曲线行驶等所产生的离心力，使车轮中心有时受到侧向力Fy的作用同时地面对轮胎产生侧向反作用力Y=Fy，Fy通常被称为侧偏力。,弹性车轮的侧偏现象,2.轮胎侧偏特性,侧偏刚度，最大侧偏力越大，汽车极限性能越好，汽车圆周行驶的极限侧向加速度就越高。,3.侧偏刚度的影响因素,1）轮胎的尺寸、型式和结构轮胎的尺寸、型式和结构对侧偏刚度有显著影响。尺寸较大的轮胎有较高的侧偏2）轮胎垂直载荷3）轮胎充气压力气压增加，侧偏刚度增大；但气压过高后刚度不再变化。行驶速度对侧偏刚度的影响很小。4）路面状况路面的附着系数越大，车轮的侧偏刚度越大。,4.车轮外倾对车轮侧偏的影响,随着外倾角的增大，胎面与路面的接触情况越来越差，因影响侧向附着力而降低了汽车极限性能(降低极限侧向加速度)。摩托车转弯时，车轮外倾角很大，为了保证最大地面侧向反作用力，摩托车轮胎具有圆形断面。,汽车稳态转向特性,同样的前轮转角，弹性车轮由于侧偏特性，其转向半径与刚性车轮转向半径有差别。汽车表现出的不同的转向特性，称为汽车稳态转向特性。,若，则，称汽车具有中性转向特性；若，则，称汽车具有不足转向特性：若，则，称汽车具有过多转向特性；,转向灵敏度,汽车的稳态横摆角速度增益，即是单位前轮转角所引起的横摆角速度，故又称转向灵敏度。,稳态转向特性对汽车操纵稳定性的影响,1）中性转向,当有作用于重心的侧向力（侧向风或重力的侧向分力）时，由于，汽车将沿着与X方向（汽车纵轴方向）成角的方向直线行驶，有可能使汽车驶出路面。欲使汽车仍沿原定X线方向行驶，应通过方向盘使汽车向侧偏相反的方向转动，回正方向盘后，使汽车的纵轴线与原定行驶方向成角。,2）不足转向,产生的离心力的侧向分力Fjy与侧向力Fy方向相反，对侧偏起阻止作用，使和减小，偏离原来运动方向不严重。当侧向力Fy消失后，侧向分力Fjy能使汽车自动回正。,3）过多转向,此时产生的离心力Fjy与侧向力Fy方向相同，其作用会使侧偏更加严重，导致汽车的瞬时转向半径渐小。这种恶性循环不断进行。如果车速达到或超过临界车速，将导致汽车转向灵敏度达到无穷大，发生侧滑，最后失去控制。,一般汽车具有适度的不足转向特性,汽车不能具有过多转向特性，因为不稳定；具有中性转向特性的汽车也不好，因其在使用过程中有可能由于某些条件（比如空载变成满载或者超载、后轮胎压降低）导致前轴的侧偏角变小而后轴侧偏角变大，汽车变为过多转向特性而失去稳定性。不足转向汽车所需前轮转角大，其转向灵敏性差。不足转向程度越大，汽车的转向灵敏性越差。若汽车的转向特性突然发生改变（如轿车的后行李厢载重过多，汽车变为过多转向），由于驾驶者的经验不适应新的、不良的转向特性，转弯时就有可能出于汽车失控而造成事故。,为使汽车具有合理的转向特性,总体布置设计中应注意重心的位置，使用中也应注意重心的位置轮胎的结构形式和气压对侧偏刚度都有较大的影响，子午线轮胎比斜交轮胎的侧偏刚度大（不允许不同类型的轮胎装在同一台汽车上）。轮胎的充气压力越大其侧偏刚度也越大。故相对某种车型而言，以上各方面应合理匹配，以确保汽车的不足转向性，使乏有良好的操纵稳定性。,5.2汽车操纵稳定性的影响因素,前轮角振动（1）减少悬架下转动惯量（2）双横臂独立悬架车轮不平衡转向系和悬架运动不协调（1）合理的前轮定位（2）合理的悬架和转向系传动机构（3）转向传动系中的减振器,5.2汽车操纵稳定性的影响因素,车轮定位（1）主销后倾（2）主销后倾（3）车轮侧偏回正力矩轮胎发生侧偏时会产生作用于轮胎绕轴的回正力矩，是圆周行驶时使转向车轮恢复到直线行驶位置的主要恢复力矩。（4）前轮回转半径为负值,5.2汽车操纵稳定性的影响因素,电子控制系统（1）电控助力转向（2）四轮转向：同相转向；逆相转向（3）稳定控制系统（4）巡航控制系统,5.3操纵稳定性试验,路试（1）转向轻便性试验：10km/h蛇行（双纽线）试验：测试转向盘最大转矩、转向盘最大作用力、转向盘作用功。（2）稳态转向特性试验：（1）固定转向盘转角，等速圆周行驶划圆试验）：车速、转向盘转角，车身横摆角速度（2）固定侧向加速度，测定转向盘转角、车速、车身横摆角速度。定转向盘转角,5.3操纵稳定性试验,（3）瞬态横摆响应试验：70的车速下猛打方向，测试转向灵敏度与时间的关系。（4）回正能力试验：低速和高速沿圆周行驶，突然松开转向盘，记录回正过程的参数,5.3操纵稳定性试验,台架试验（1）静侧翻稳定性试验（2）侧滑试验台侧滑方向与行驶系故障,拓展,ESP电子稳定系统,ESP电子稳定系统,ESP 是电子稳定程序（Electronic Stability Programme)的简称电子稳定程序属于车辆的主动安全.人们也可称之为动态驾驶控制系统.简单地说它是一个防滑系统.ESP能够识别车辆不稳定状态，并通过对制动系统、发动机管理系统和变速箱管理系统实施控制，从而有针对性地弥补车辆滑动。,ESP主动安全性防止车辆侧滑发生意外事故,ESP被动安全性在事故中减少侧面碰撞发生几率,ESP典型工作工况,一、躲避前方突然出现的障碍物,ESP典型工作工况,二、在急转弯车道上高速行驶,ESP典型工作工况,三、在地面附着力不同的路面行驶,不足转向,ESP控制目标,无ESP,有ESP,过度转向,ESP控制目标,无ESP,有ESP,当一辆推土机向右转弯行驶，那么内弧线履带制动而外履带加速。,ESP工作原理,ESP工作原理,ESP在对危急驾驶情况作出反应前，必须获得两个问题的应答：,从方向盘角度传感器（1）和轮速传感器（2）得到a问题答案。,a、驾驶者想操纵车驶向哪里？,b、车辆实际驶向哪里？,从横摆率传感器（3）和侧向加速度传感器（4）得到b问题答案。,ESP控制单元进行比较,ab车辆出现危急行驶状况，需要ESP进行控制调整。,a=b车辆行驶情况正常,、当车辆出现不足转向，通过对内弧线后部车轮施加相应的制动，并对发动机和变速箱管理系统施加控制，ESP可以阻止车辆向外驶出弯道。,、当车辆出现过度转向，通过对外弧线前部车轮施加相应的制动，并对发动机和变速箱管理系统施加控制，ESP可以阻止车辆向内滑移。,无ESP行驶状况,车辆躲避突然出现的障碍物，驾驶者首先向左急打转向紧接着又向右转向。车辆由于驾驶者急打方向盘转弯而出现甩尾现象。由于车辆沿着垂直轴线转动，出现失控状态。,Y,N,