汽车操纵稳定性能与检测-完整版
汽车操纵稳定性能与检测
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汽车操纵稳定性能与检测
•6．后轮外倾和后轮前束
• 后轮定位包括后轮前束和后轮外倾角。前后轮定位统称为 车轮定位，乘用车一般称之为四轮定位。
• 四轮定位的作用是使汽车保持稳定的直线行驶、转向轻便， 并可减少汽车行驶中轮胎和转向机件的磨损。
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汽车操纵稳定性能与检测
•一、车轮定位参数及作用
•1．前轮外倾
• （1） 前轮外倾
• 从汽车的正前方看去，前轮中心平面与地面并不垂直，而是 倾斜一个角度（图5-1-1），这种现象称为前轮外倾。呈现“八” 形的称为负外倾，朝向相反的则称为正外倾。
•图 5-1-5 汽车主销后倾
• (2) 主销后倾的功用
• • 主销后倾主要是使前轮在行进过程中具有回正能力。当车轮偏离直线行 驶位置或转向时，路面的横向反作用力相对主销轴线形成迫使车轮自动回正 的稳定力矩。后倾角较大时可提高汽车直线行驶性能，但会使转向盘转向沉 重，同时路面干扰会加剧车轮的前后颠簸。
•3．主销内倾
• (1) 主销内倾角 • • 在装配主销时，主销的上端略微内倾，使主销轴线延长线 和路面相交点与轮胎中线和路面相交点很接近。通过该交点的垂 线与真实或假想的转向节主销轴线在垂直于车辆纵向对称平面的 垂面上的投影锐角，就是主销内倾角，如图 5-1-4 所示。
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•图 5-1-4 主销内倾角
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汽车操纵稳定性能与检测
•知识链接
• 为了提高汽车的转向操纵稳定性、轻便性，确保车辆直线 行驶和自动回正，减少轮胎的磨损，汽车车轮和主销都设计了 多种角度参数，统称车轮定位参数。
• 由于汽车的转向车轮一般在前轮，在前轮上设计了前轮前 束、前轮外倾角、主销后倾角和主销内倾角等参数，统称为前 轮定位。
汽车操纵稳定性能检测
学习目标
1、能够描述汽车的操纵稳定性能。 2、能够熟悉汽车操纵性能的评价指标。 3、能够了解提高操纵稳定性的电子控制系统。 4、能够对车辆进行四轮定位检测。 5、能够了解检测线上汽车侧滑量的检测。 6、能够了解国家相关的检测标准并对检测结果进行分析 判定，对车辆进行调整。
学习情境5 汽车操纵稳定 性能检测
5.1汽车稳定性能分析 5.1.2轮胎的侧偏特性
1. 轮胎的坐标系 为了讨论轮胎的机械特性，需要建立—个坐标系，参看图5-5。直于车轮 旋转轴线的轮胎中分平面称为车轮平面。坐标系的原点O为车轮平面和地平面 的交线与车轮放臵轴线在地平面投影线的交点。
学习情境5 汽车操纵稳定 性能检测
学习情境5 汽车操纵稳定 性能检测
5.1汽车稳定性能分析 5.1.1概述
汽车的操纵稳定性和汽车行驶时的瞬态响应有 密切关系。 （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。 （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。 （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。 （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。 （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。
学习情境5 汽车பைடு நூலகம்纵稳定 性能检测
5.1汽车稳定性能分析 5.1.1概述
2.汽车坐标系与时域响应 汽车的运动是借固结于运动着的汽车上的动坐标系——车辆坐标系来描 述的，如图所示。 汽车的时域响应可分为不随时间变化的稳态响应和随时间变化的瞬态响 应。 转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应：汽车等速直线行驶是一种稳态。 若在汽车等速直线行驶时，急速转动转向盘，然后维持其转角不变，即给汽 车以转向盘角阶跃输入，一般汽车经短暂时间后便进入等速圆周行驶，这也 是一种稳态。 转向盘角阶跃输入下进入的瞬态响应：在等速直线行驶与等速圆周行驶 这两个稳态运动之间的过渡过程便是一种瞬态。
汽车操纵稳定性实验指导书
汽车操纵稳定性实验指导书(总10页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--汽车操纵稳定性实验指导书课程编号：课程名称：实验一汽车转向轻便性实验一、实验目的汽车的转向轻便性和操纵稳定性是现代汽车重要的使用性能，通过对实验了解和掌握测试系统的安装调试、基本实验方法并学会数据处理和运用理论知识对汽车操纵稳定性研究、评价。
以培养学生解决实际工程问题的能力。
二、实验的主要内容了解测试系统的组成和测试原理，汽车转向轻便性实验的数据的实时采集和处理。
测定汽车在低速大转角时的转向轻便性，与操纵稳定性其他试验项目一起，共同评价汽车的操纵稳定性。
采集测量变量及参数方向盘转角；方向盘力矩；方向盘直径。
三、实验设备和工具1．测量仪器汽车方向盘转角——力矩传感器汽车操纵稳定性数据采集和分析仪2．实验车辆小型客车一辆3．标明试验路径的标桩16个。
四、实验原理测定汽车在道路上进行转向行驶时，驾驶员作用在方向盘上的力矩和方向盘转角的变化关系评价汽车的转向操纵性能五、验方法和步骤1．实验准备试验场地应为干燥、平坦而清洁的水泥或柏油路面。
任意方向上的坡度不大于2％。
在试验场地上，用明显颜色画出双纽线路径（图1），双纽线轨迹的极坐标方程为：轨迹上任意点的曲率半径R为：当Ψ=0°时，双纽线顶点的曲率半径为最小值，即双纫线的最小曲率半径（m）应按试验汽车的最小转弯半径（m）乘以倍，并圆整到比此乘积大的一个整数来确定。
并据此画出双纽线，在双纽线最宽处、顶点和中点（即结点）的路径两侧共放置16个标桩（图1）。
标桩与试验路径中心线的距离，按汽车的轴距确：定，当试验汽车轴距大于时，为车宽一半加50cm，当试验汽车轴距小于或等于2m时，为车宽一半加30cm。
图1 双纽线路径示意图2．试验方法2．1接通仪器电源，使之预热到正常工作温度。
2．2汽车以低速直线滑行，驾驶员松开方向盘，停车后，记录方向盘中间位置及方向盘力矩零线。
汽车的操纵稳定性分析和评价指标
32
以上分析可知： 具有适度不足转向的汽车具有良好的操作稳定性； 过度的不足转向会加剧轮胎的磨损。
FY k
k—侧偏刚度。
FY一定时希望侧 偏角越小越好，所 以 |k| 越大越好。
（1）扁平率小，k大 （2）垂直载荷大，k大 （3）轮胎气压高，k大
垂直载荷过 大时，轮胎与 地面接触区的 压力分布不均 匀，使 k反而有 所减小。
18
α一定时， W大，FY大。
FY = k ，即k 大。
19
（3）轮胎气压高，k大
20
（4）FX 越大，FY 越小
FY1
FY2
FX2
FX1
21
（5）路面干湿状态
22
轮胎胎面、路面粗糙程度、水层厚度与滑水现象的关系
转向油泵
转向减振器 转向直拉杆 转向器 转向摇臂
转向横拉杆
转向油管 转向控制阀
转向节臂
3
4
5
操纵稳定性的研究方法
将汽车作为开路控制系统 人—汽车系统作为闭路系统
6
操纵稳定性的两种试验评价方法
开路系统
人—汽车闭路系统
客观评价法
主观评价法
通过仪器测出横摆角 速度、侧向加速度、侧 倾角及转向力。
让试验评价人员根 据试验时自己的感觉 进行评价。
7
4.1 汽车的转向特性
➢轮胎的侧偏特性 ➢汽车的转向特性
一、轮胎的侧偏现象和侧偏力—侧偏角曲线 1.侧偏力FY
地面作用于车轮的侧向反作用力。
8
1）在刚性轮上作用侧向力 F y
c
c
u
u
u'
新能源汽车试验学 第七章 操纵稳定性试验
LOGO 转向盘测力仪
一 试验设备
LOGO
惯性传感器
驾驶机器人
二 测量设备
LOGO
四轮定位仪
轴荷仪
静侧翻试验台
三 数据采集软件
LOGO
•设置数据采集系统的参数，对各个通道进行配置 •控制数据采集开始和结束 •实时显示各通道物理量的值 •将各个通道的物理量以数据文件的形式保存在存储 设备（硬盘或存储卡）中
五 试验场地
LOGO
•操稳道路试验一般车速较高，转弯半径较大，因此需要比较大的场 地
•通常在汽车试验场的直线性能跑道和操稳广场上进行，也可以在铺 装条件较好的飞机跑道上进行
•操稳场地条件比较好的几个试验场，例如： •通用广德试验场 •正新轮胎试验场 •重庆长安汽车试验场 •中汽中心盐城汽车试验场
15
±50 N·m ±100 N·m
±50 /s 0~50 m/s ±10 m/s
±15
±15
±15 m/s2
测量仪器的最大误差 ±2（转角≤180） ±4（转角>180） ±1 N·m ±3 N·m ±0.5 /s ±0.3 m/s ±0.4 m/s
±0.15
±0.5
±0.15 m/s2
一 试验设备
LOGO
第一节 概述
LOGO
•人-车开环系统 •人-车闭环系统
常用仪器 设备
第二节 常用仪器设备
图 整车操纵要求
测量变量
转向盘转角
转向盘力矩
汽车横摆角速度 汽车纵向速度 汽车横向速度 车身侧倾/俯仰
角 汽车质心侧偏角
汽车纵向/侧 向加速度
测量范围
±360
•有些软件可以对数据进行一些简单的预处理和计算 •例如：Dewesoft（左图）、VBOXTools（右图）
汽车操纵稳定性内容、评价指标与检验方法
轮胎坐标系
轮胎的侧偏现象
因轮胎侧向弹性，车轮受侧向力的作用使轮心速度方 向偏离车轮平面的现象。侧向力因转向、路面倾斜、风力 等引起。转向引起的侧向力总是指向汽车内侧。侧偏角总 是位于和侧偏力指向相反的一侧。
轮胎的侧偏现象
轮胎的侧偏特性
在侧偏角<5时，侧偏力和侧偏角成线性关系。这时，
式中，k称为侧偏刚度F（y N/rkad）。为曲线在=0处的斜率。
又有
1()
式中：为前轮转角（已知）； 为前轮速度与x轴夹角(未知)。
又有
tg u1yvar var
u1x u u u
式中：u，v为汽车质心速度在x,y轴上的分量； u1x，v1y为前轮轮心速度在x,y轴上的分量 为前轮速度与x轴夹角(现在已知)。
根据上式，有
1()u va ur -
同理，
2
v u
F YF Y F Y k k
外倾角对操稳性的影响
外倾角增大会影响最大地面侧向反力，降 低极限侧向加速度，故高速汽车转弯时应使 前外轮尽量垂直于地面。
轮胎特性参数的正负规定
（一）汽车模型的简化
*忽略转向系统的影响，直接以前轮转角为输入。 *不考虑振动、侧倾、俯仰运动，认为汽车只作平行
于地面的运动； *不考虑轮胎切向力、外倾角、空气阻力的影响； *忽略左右轮胎载荷变化引起的侧偏特性变化； *忽略轮胎回正力矩； *认为轮胎侧偏特性处于线性范围； *认为汽车沿x轴速度不变。
二自由度汽车模型
（三）力学分析
根据牛顿定律
Fx max m(u vr )
Fy may m(vur )
M z
Iz
r
式中：Fx ，Fy为作用在汽车质心上的外力合力在x、y 轴上的投影。
汽车操纵稳定性测试实验
操稳性测试
一、理论基础
1、操纵稳定性定义： 操稳性好的表现：
(1) 根据道路、地形和交通情况的限制，汽车能 够正确地按驾驶员通过操纵机构所给定的方向 行驶。 (2) 汽车在行驶过程中具有抵抗力图改变其行驶 方向的各种干扰，并保持稳定性的适当能力。
差的表现：速度达到一定值时发“飘”，
转向迟钝，过多转向，丧失路感等方面。
4．实验步骤
(5) 处理试验数据 ② 平均转向盘角为
i
ij j 1
4
4
转向盘转角变化过程
操稳性测试
五、实验方法和步骤
4．实验步骤
(5) 处理试验数据
③ 平均横摆角速度为
1 4 ri rij 4 j 1
横摆角速度变化过程
操稳性测试
五、实验方法和步骤
4．实验步骤
(5) 处理试验数据
(3) 试验按自行规定的车速间隔，从高到低，每1 个车速各进行1次，共10次(撞倒标桩的次数不 计在内)。 (4) 准确记录试验的各项有效数据。 (5) 处理试验数据，并拟合画出平均横摆角速度 与车速的关系图，平均转向盘角与车速的关系 图，平均车身侧倾角与车速的关系图和平均侧 向加速度与车速的关系图。
轿车、小型客车及最大总质量≤2.5 t的载 货汽车 最大总质量＞2.5 t而≤6 t的载货汽车及中 型客车 最大总质量＞6 t而≤15 t的货车及大型客车 最大总质量＞15 t的载货汽车及客车 标桩间 距/m 基准车速 /(km/h ) 65 30 50 60 50
50
操稳性测试
五、实验方法和步骤
操稳性测试
Байду номын сангаас
一、理论基础
2．汽车操纵稳定性的基本内容 ：
第二章 操纵稳定性分析
第二章操纵稳定性分析1.汽车操纵稳定性是指在驾驶着不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过汽车转向系及转向车轮给定的方向驾驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力，是汽车动力学的一个重要分支。
操纵性：稳定性反映的是汽车能够遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶的能力。
稳定性：稳定性反映的是汽车在遭遇到外界干扰情况下产生抵抗外界干扰而保持稳定行驶的能力。
2.操纵稳定性的评价指标：稳态转向特性、瞬态响应特性、回正性、转向轻便性、典型行驶工况性能和极限行驶能力等。
仿真时测量变量包括汽车横摆角速度、车身侧倾角、汽车侧向加速度等。
3.汽车操纵稳定性的实验方法（1）Open-Loop Steering Events---开环转向事件1）Ddift---漂移实验2)Fish-Hook---鱼钩转向3）Impulse Steer---转向脉冲输入4）Ramp-Steer---转向斜坡输入5）Single Lane Change---单移线试验6）Step Steer---转向阶跃输入7) Swept-Sine Steer---转向正弦扫频输入（2）Cornering Events---转弯事件1）Braking-In=Turn---转弯制动2）Constant-Radius Cornering---定半径转弯（稳态回转试验）3）Cornering w/Steer Reiease---方向盘撒手转弯（转向回正试验）4）Lift-Turn-In---松油门转弯5）Power-Off Cornering---发动机熄火转弯（3）Straight-Line Events---直线行驶事件1）Acceleration---加速试验2）Braking---制动试验3）Braking on split μ---左右车轮不同路面制动试验4）Maintain---直线稳定试验5）Power-Off Straight Line---发动机熄火直线行驶（4）Course Events---ISO路线行驶1）ISO Lane Change---ISO路线行驶2）3D Road---三维路面行驶（5）Static Quasi-Static Maneuvers---准静态操纵仿真1）Quasi-Static Constant Radius Cornering---准静态定半径转弯2）Quasi-Static Constant Velocity Cornering---准静态恒速转弯3）Quasi-Static Force-Moment Method---准静态力-力矩方法4）Quasi-Static Straight-Line Acceleration---准静态直线加速第三章客车侧倾稳定性试验仿真建模及设计3.1 ADAMS的建模思路3.1.1 ADAMS的软件介绍及理论基础；3.1.2 ADAMS/Car的建模思路；3.2 前悬架动力学模型的建立（双横臂悬架）；3.2.1 双横臂悬架的结构和工作原理；3.2.2 双横臂悬架子系统与转向系统的建立；3.3 后悬架动力学模型的建立（空气悬架）3.3.1 空气悬架的结构和工作原理；3.3.2 不同空气弹簧型式的特点分析；3.3.3 空气弹簧的建立；3.3.4 减震器模型和各轴套的建立；3.3.5 横向稳定杆的建立；3.4 轮胎特性参数的确定；3.5 其他子系统动力学模型的建立3.5.1 制动系统的建立；3.5.2 动力总成及车身的建立；3.6 客车质心位置及个总成部件质量的确定；第四章客车动态侧倾稳定性试验仿真实例及分析4.1 客车动态侧倾稳定性试验方法1）固定转弯半径变车速试验 2）固定车速变转向角试验3）稳态回转试验4）蛇行试验5）转向瞬态响应6）单移线实验4.2 客车动态侧倾稳定性的仿真分析1）客车定半径变车速试验仿真2）客车定车速变转向角试验仿真。