第六章汽车的操纵稳定性.ppt

第六章 汽车操纵稳定性 第1节 概述 侧翻和侧滑的临界条件 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危险的侧向运动。 侧翻分类: 一类是曲线运动引起的侧翻，指汽车在道路(包括侧向坡道)上行驶时，由于汽车的侧向加速度超过一定限值，使得汽车内侧车轮的垂直反力为零而引起的侧翻； 另一类是绊倒侧翻，指汽车行驶时产生侧向滑移，与路面上的障碍物侧向撞击而将其“绊倒”。 侧翻和侧滑的临界条件 导致侧翻的根本原因是：横向稳定性丧失 侧翻临界条件 随着行驶车速的提高，在离心力Fc的作用下，汽车可能以左侧车轮为支点向外侧翻。 当右侧车轮法向反力FzR=0时，开始侧翻。因此，汽车绕左侧车轮侧翻的条件为： 汽车转弯半径为R，行驶速度为U，则 侧翻临界条件 横向坡道上不发生向外侧翻的极限车速： 思考题 为什么在修建公路时，常将弯道处筑有一定的坡度？ 侧滑临界条件 在横向坡道上发生侧滑的临界条件是： 第2节 轮胎侧偏特性 轮胎侧偏特性是轮胎的重要力学特性。 侧偏特性主要是指侧偏力、回正力矩与侧偏角间的关系，它是研究汽车操纵稳定性的基础。 1.轮胎的坐标系和术语 建立坐标系 垂直于车轮旋转轴线的轮胎中分平面称为车轮平面。 坐标系原点O为车轮平面和地平面的交线与车轮旋转轴线在地平面上投影线的交点 车轮平面与地平面的交线取为x轴，规定向前为正。 z轴与地平面垂直，规定指向上方为正。 y轴在地平面上，规定面向车轮前进方向时指向左方为正。 常用术语 翻转力距Tx 滚动阻力矩Ty 回正力矩Tz 侧偏角α 轮胎接地中心位移方向（车轮行驶方向）与x轴的夹角。 外倾角 xoz平面与车轮平面的夹角。 2.轮胎侧偏特性 汽车行驶过程中，因路面侧向倾斜、侧向风或曲线行驶时离心力等的作用，车轮中心沿轴方向将作用有侧向力，在地面上产生相应的地面侧向反作用力，也称为侧偏力 (图a) 2.轮胎侧偏特性 若车轮是刚性的，则可以发生两种情况： 1)当地面侧向反作用力未超过车轮与地面间的附着极限时( )，车轮与地面间没有滑动，车轮仍沿其本身平面的方向行驶 2)当地面侧向反作用力达到车轮与地面间的附着极限时( )，车轮发生侧向滑动，若滑动速度为Δu，车轮便沿合成速度的方向行驶，偏离了车轮平面方向 2.轮胎侧偏特性 轮胎的侧偏现象，是指当车轮有侧向弹性时，即使没有达到附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平面的方向。 2.轮胎侧偏特性 为了说明轮胎侧偏现象，设具有侧向弹性的车轮在垂直载荷为G的条件下，车轮中心受到侧向力，地面相应的有侧偏力时的两种情况： 第一种 第二种 轮胎侧偏刚度 图为由试验测出的不同载荷和不同道路上某轮胎的侧偏力一侧偏角关系曲线。 侧偏刚度 轿车轮胎值约在-28000~-80000N/rad范围内 侧偏刚度 侧偏力较大时，侧偏角以较大的速率增长，即曲线的斜率逐渐减小。这时，轮胎在接地面处已发生部分侧滑。最后，侧偏力达到附着极限时，整个轮胎侧滑 最大侧偏力决定于附着条件，即垂直载荷，轮胎胎面花纹、材料、结构、充气压力，路面的材料、结构、潮湿程度以及车轮外倾角等。 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。 瞬态响应 瞬态响应评价指标 （1）响应时间 以转向盘转角达到终值的 50％的时刻，作为时间坐标原点，到所测横摆角速度第一次过渡到新稳态值的 50％所用的时间，称为响应时间。这段时间应尽量短些，响应时间太长，驾驶员将感到汽车转向反应迟钝。 （2）峰值响应时间 从时间坐标原点开始，到所测横摆角速度响应达到第一个峰值止，这段时间称为峰值响应时间。由于打转向盘的起始时间难以准确确定，而且开始转动及停止转动转向盘前，转向盘转角变化速率较大，所以响应时间与峰值响应时间只是一个相互比较的参考性数据。 瞬态响应评价指标 （3）横摆角速度超调量 在t=ε时，横摆角速度达到最大值ω1、ω2往往大于ω0，ω1/ω0的百分数称为超调量。超调量表明瞬态响应中执行指令误差的大小。超调量越小越好。减小超调量可使横摆角速度波动较快衰减。 （4）横摆角速度的波动量 在瞬态响应中，横摆角速度值ω在ω0值上、下波动。车速一定时，ω值的波动表现在转向半径R的时大时小，这就增加了驾驶的困难。汽车横摆角速度的波动周期T或频率，也是评价瞬态应的重要参数。 （5）稳定时间 横摆角速度达到稳定值ω的 95％~105％之间的时间，称为稳定时间。这段时间应尽量短些，凡是能使横摆角速度加快衰减的因素，也是使稳定时间缩短的因素。 汽车时域响应是把汽车作为开环控制系统的控制特性。 驾驶员－汽车系统是一个闭环控制系统：在汽车行驶过程中，驾驶员根据需要，操