汽车理论课件-操纵稳定性.ppt

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1、1,第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系,第五章 汽车的操纵稳定性,返回目录,2,一、转向系的功能与转向盘力特性,1.转向系的功能,1）驾驶者通过转向盘控制前轮绕主销的转角，从而操纵汽车的运动方向。2）凭借转向盘的反作用力，将整车及轮胎的运动、受力状况反馈给驾驶者，以获得“路感”。,转向盘的输入有两种方式：角输入和力输入。,第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系,3,2.转向盘力特性,转动转向盘时所需要的力随汽车运动状况而变化的规律，称为转向盘力特性。,第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系,4,第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系,2.转向盘力特性,5,3.转向盘力特性的影响因素,转向盘力特性决定

2、于下列因素：转向器角传动比及其变化规律、转向器效率、动力转向器的转向盘操作力特性、转向杆系传动比、转向杆系效率、由悬架导向杆系决定的主销位置、轮胎上的载荷、轮胎气压、轮胎力学特性、地面附着条件、转向盘转动惯量、转向柱摩擦阻力以及汽车整体动力学特性等。,第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系,6,主销位置几何参数，如主销内倾角、主销后倾角、主销拖距、接地面上主销偏置距、车轮中心主销拖距等，对转向盘力特性、回正性能、直线行驶性等都有显著影响。,第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系,7,二、不同工况下对操纵稳定性的要求,汽车在原地、小半径弯道低速行驶时，要防止转向盘过于沉重；在高速行驶时，转向盘力不宜

3、过小而应维持一定数值，以帮助驾驶者稳定驾驶。,第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系,8,二、不同工况下对操纵稳定性的要求,第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系,9,三、评价高速公路行驶操纵稳定性的试验转向盘中间位置操纵稳定性试验（On Center Handling Test）,汽车在高速公路上高速行驶时，具有以力输入为主和转向盘（反作用）力是重要信息源的特点。,1.试验方法,汽车以100km/h的速度作正弦曲线的蛇形行驶，正弦运动的周期为5s，最大侧向加速度为0.2g。车上装有转向盘转角、转向盘转矩、车速和横摆角速度等传感器。,第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系,10,第五节 汽车操纵稳定

4、性与转向系的关系,11,2.转向盘力输入方面的评价指标,第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系,12,一些车辆力输入方面的评价指标（试验结果）,第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系,13,四、转向系与汽车横摆角速度稳态响应的关系,车厢侧倾时，如果非独立悬架汽车的转向系与悬架在运动学上关系不协调，将引起转向车轮干涉转向的现象。,1.侧倾时转向系统与悬架的运动干涉,第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系,14,第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系,当车辆向右转向时，车身向外倾斜，外侧板簧受压缩，车轮与车架距离减小，使车轮向左转，增加了车辆的不足转向，这种现象称为侧倾干涉不足转向。,15,2.转向系刚度

5、与转向车轮的变形转向,在转向盘至转向车轮之间，包括转向器、转向杆系与转向器固定处在内的刚度，称为转向系（角）刚度。转向系刚度低，前转向轮的变形转向角大，增加了汽车的不足转向趋势。转向系刚度高，高速行驶时的“路感”较好。,第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系,16,第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系,第五章 汽车的操纵稳定性,本节将介绍地面切向反作用力对汽车稳态转向特性的影响，还将介绍利用地面切向反作用力控制转向特性的方法和原理。,返回目录,17,一、地面切向反作用力与“不足过多转向特性”的关系,1）汽车在弯道上以大驱动力加速行驶,第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系,FZ1,汽车有增加不足转向

6、的趋势,加速行驶时,k1,k2,FZ2,2,1,18,前驱汽车增大了不足转向趋势,2）Ft 对的影响,Ft，FY=C，,随着驱动力的增加，维持转向所需的FY 将使。,前驱汽车1 随 Ft 增大而增大,第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系,19,3）前轮受半轴驱动转矩的影响会产生不足变形转向，增加了前驱动汽车不足转向的趋势。,第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系,20,3）前轮受半轴驱动转矩的影响会产生不足变形转向，增加了前驱动汽车不足转向的趋势。,如果半轴水平,力矩臂为,第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系,21,汽车在弯道上行驶时，车厢侧倾，外侧车轮的减小，内侧增加。,作用于外侧车轮的 减小

7、，内侧增加。,这两个力矩之差使前轮受到一令转向角变小的力矩。,增加了汽车的不足转向趋势。,第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系,22,试分析当汽车用发动机制动时，前轮驱动的汽车趋于增加不足转向还是减小不足转向？后轮驱动的汽车呢？为什么？,思考,第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系,4）随着驱动力的增加，轮胎回正力矩通常也有所增加，这也增加了前轮驱动汽车的不足转向趋势。,23,二、地面切向反作用力控制转向特性的基本概念简介,1.切向力对r的影响,第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系,24,2.切向力控制方法,1）总切向反作用力控制,ABS就是总制动力控制，保证较佳的滑动率，提高制动时汽车的方向稳

8、定性。TCS 是总驱动力控制，防止出现过大的滑转率，提高驱动时汽车的方向稳定性。,第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系,25,2）前、后轮间切向力分配比例的控制,图中F、R前轴、后轴的外侧车轮驱动力与该轴驱动力之比；C前轴驱动力与整车驱动力之比。,第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系,26,第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系,ETS：日产公司研制了总是保持“中性转向”特性的电子控制前、后驱动力分配系统。,27,3）内、外侧车轮间切向力分配的控制,由二自由度汽车模型可以得到,由于改变内、外侧驱动力分配的比例，与在装有普通差速器的汽车上再施加一定数值的横摆力偶矩是一样的，这种驱动力的控制方式也常

9、称为横摆力偶矩控制。,第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系,28,即FY1减小，FY2增大；前轮侧偏角减小，后轮侧偏角增大，汽车不足转向量减小。,+FX2,-FX2,FY1,FY2,汽车稳态圆周行驶时,第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系,FY1,FY2,29,图中F、R前轴、后轴的外侧车轮驱动力与该轴驱动力之比；C前轴驱动力与整车驱动力之比。,第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系,30,第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系,直接横摆力偶矩控制提高弯道加速行驶的机理,31,第五章 汽车的操纵稳定性,防抱死制动系统（ABS）与驱动力控制系统（TCS）都是提高汽车操纵稳定性的电子控制系统。目前有更

10、多的电子控制系统能显著改善汽车的操纵稳定性。,第七节提高操纵稳定性的电子控制系统,返回目录,32,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,1.四轮转向系统（4WS）,33,技术极大地缩小了大型车辆的转向半径，使得这些车辆具有紧凑型轿车的转向半径。,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,34,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,系统是以ABS为基础发展而成的。基本工作原理是：在大侧向加速度、大侧偏角的极限工况下，利用左右两侧制动力之差产生的横摆力偶矩来防止出现难以控制的侧滑现象。,2.车辆稳定性控制系统（VSC或称ESP）,35,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,VSC（ESP）的作用,36

11、,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,VSC（ESP）的作用,37,前轴侧滑出现“驶出”现象,加大内侧车轮的制动力,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,VSC（ESP）的作用,抑制前轮侧滑,38,后轴侧滑出现甩尾现象,加大外侧车轮的制动力,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,抑制后轮侧滑,VSC（ESP）的作用,39,提高操纵稳定性的各种电子控制系统的有效工作区域,驱动力分配控制,制动力分配控制,侧倾刚度分配控制,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,40,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,起始车速120km/h、频率0.6Hz的转向角正弦输入下的响应,一、极限工况下前轴侧滑与后轴侧

12、滑的特点,41,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,起始车速120km/h、频率0.6Hz的转向角正弦输入下的响应,一、极限工况下前轴侧滑与后轴侧滑的特点,42,1）当正弦输入转向角超过一定值后，汽车质心侧偏角、前轮侧偏角、后轮侧偏角突然增大，汽车失去稳定性；2）汽车是否稳定决定于汽车（质心）侧偏角与汽车侧偏角速度。稳定的条件可以近似地表示为。,结论,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,43,起始车速为110km/h时正弦转向角输入下的 曲线,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,起始车速为140km/h时正弦转向角输入下的 曲线,44,斜阶跃转向角输入下汽车的响应,第七节 提高操纵稳定性

13、的电子控制系统,45,斜阶跃转向角输入下汽车的响应,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,46,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,1）随着前轮转向角的增加，前轮侧偏角加大；但前轮侧偏角达某一角度值后，侧偏力饱和而不再增大，汽车的转向半径也不能再减小。2）出现的后轮侧偏角小于后轮发挥最大侧偏力所对应的侧偏角值。因此，如果后轮侧偏角增大，就可以产生更大的后轮侧偏力。,结论,47,斜阶跃转向角输入下前轮的侧偏角与汽车转向半径的关系。,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,达到最小转向半径的前轮侧偏角1几乎为一常数，增加转向角能减小转向半径的条件为：1C3,48,横摆力偶矩M或纵向减速力FX对汽车

14、稳定性的影响,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,二、横摆力偶矩及制动力的控制效果,49,横摆力偶矩 M 或纵向减速力 FX 对汽车稳定性的影响,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,50,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,横摆力偶矩M或纵向减速力FX对汽车稳定性的影响,51,1）为了保持汽车的稳定性，当后轴要侧滑发生激转时，应对汽车施加外侧的横摆力偶矩；2）当前轴要侧滑而使汽车驶离弯道时，应对汽车施加适当大小向内侧的横摆力偶矩，使后轮的侧偏角达到最大侧偏力的角度；3）还应对汽车施加纵向减速力。,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,结论,52,三、各个车轮制动力控制的效果,第七节 提高

15、操纵稳定性的电子控制系统,53,三、各个车轮制动力控制的效果,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,54,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,四、四个车轮主动制动的控制效果,55,五、VSC系统的组成,1）用于向各个车轮施加制动的执行机构；2）用于控制驱动力的节气门执行机构与节气门传感器；3）轮速传感器；4）横摆角速度传感器；5）侧向、纵向加速度传感器；6）转向角传感器；7）制动主缸压力传感器；8）ECU。,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,56,六、装有VSC系统汽车的试验结果,第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统,57,六、装有VSC系统汽车的试验结果,第七节 提高操纵稳定性的电子控

16、制系统,58,第五章 汽车的操纵稳定性,第八节 汽车的侧翻,返回目录,59,汽车侧翻是指汽车在行驶过程中绕其纵轴线转动90或更大的角度，以至车身与地面相接触的一种极其危险的侧向运动。,曲线运动引起的侧翻,汽车侧翻可分为两类,绊倒侧翻,第八节 汽车的侧翻,60,“刚性汽车”是指忽略汽车悬架及轮胎弹性变形；“准静态”是指汽车的稳态转向。,一、刚性汽车的准静态侧翻,假定,第八节 汽车的侧翻,61,当汽车在水平路面直线行驶时，,，如果 不变，,当ay增加时，将减小；,=0时，汽车开始侧翻,侧翻时,当=0时，侧翻阈值为2B/2hg,，发生侧翻时的加速度ay称为侧翻阈值,则,第八节 汽车的侧翻,。,。,。

17、,62,表5-4 几种汽车侧翻阈值的范围,第八节 汽车的侧翻,63,几种微型轿车的侧翻阈值及侧翻事故率,第八节 汽车的侧翻,64,几种轿车和多用途车的侧翻阈值及侧翻事故率,随着侧翻阈值的增大，侧翻事故率降低。,第八节 汽车的侧翻,65,二、带悬架汽车的准静态侧翻,注意观察，该模型与刚性汽车模型有哪些区别？,第八节 汽车的侧翻,66,R侧倾率（）。,某轿车hr/hg=0.5、R=0.1，。与刚性汽车相比，阈值减小了5%。,当=0时，侧翻阈值为,当汽车受到侧向力作用时，外侧轮胎产生弹性变形，从而轮胎接地中心向内偏移，轮距B减小，使得侧翻阈值又减小约5%。,第八节 汽车的侧翻,例,67,三、汽车的瞬

18、态侧翻,第八节 汽车的侧翻,图5-88,68,阶跃输入下的侧倾响应,由于超调量的影响，汽车的瞬态侧倾阈值比准静态时要小。,第八节 汽车的侧翻,69,超调量的大小取决于侧倾阻尼，随着阻尼比的增加，侧倾阈值也增大。,第八节 汽车的侧翻,70,在侧向加速度正弦输入的情况下，汽车侧倾响应取决于输入频率。输入频率等于侧倾共振频率时，侧倾阈值达到最小。,第八节 汽车的侧翻,71,第九节 汽车操纵稳定性的路上试验,第五章 汽车的操纵稳定性,返回目录,72,操纵稳定性路上试验的测量仪器和测取的参数,第九节 汽车操纵稳定性的路上试验,73,一、低速行驶转向轻便性试验,第九节 汽车操纵稳定性的路上试验,双纽线轨迹

19、的极坐标方程为，时，双纽线顶点处的曲率半径最小，最小曲率半径应按试验汽车的最小转向半径的1.1倍，并圆整到比此乘积大的一个整数来确定。,74,转向盘转矩转向盘转角曲线,以转向盘最大转矩、转向盘最大作用力及转向盘作用功评价转向轻便性。,第九节 汽车操纵稳定性的路上试验,75,二、稳态转向特性试验,第九节 汽车操纵稳定性的路上试验,当车速很低时，,随着车速的提高，由测得的车速u和横摆角速度r可得,76,第九节 汽车操纵稳定性的路上试验,77,三、瞬态横摆响应试验,常用阶跃试验来测定汽车对转向盘转角输入时的瞬态响应。,第九节 汽车操纵稳定性的路上试验,78,四、汽车回正能力试验,令汽车沿半径为15m

20、的圆周行驶，调整车速使侧向加速度达到4m/s2，然后突然松开转向盘，在回正力矩作用下，前轮将恢复到直线行驶。记录这个过程的时间 t、车速 u、转向盘转角 SW 和横摆角速度r，整理出r-t 曲线。,第九节 汽车操纵稳定性的路上试验,回正试验是表征和测定汽车从曲线行驶到直线行驶的过渡过程，是测定自由操纵力输入的基本性能试验。对于一辆没有回正能力的，或基本上回不到正中，或回正过程中行驶方向往复摆动的汽车，驾驶员和乘客都是不能满意的。,79,五、转向盘角脉冲试验,本试验要确定给转向盘正弦角位移输入时，输出（汽车横摆角度）与输入的振幅比与相位差。常用转向盘角位移脉冲试验来确定汽车的频率特性。,第九节 汽车操纵稳定性的路上试验,80,五、转向盘角脉冲试验,转向盘角脉冲试验在平坦的场地上进行，试验车速为最高车速的 70%。转向盘转角脉冲宽度为0.30.5s，最大转角应使汽车最大侧向加速度为4m/s2。,第九节 汽车操纵稳定性的路上试验,81,下一章,第九节 汽车操纵稳定性的路上试验,本章内容结束,