汽车操纵稳定性

第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
运 动 学 分 析
确定汽车 质心（绝对） 加速度在车辆 坐标系的分量 ax和ay。
沿Ox轴速度分 量的变化为
u u cos u v vsin
ucos ucos u vsin vsin
O
FYγ-
第二节 轮胎的侧偏特性
轮胎外倾角及产生的原因
*车桥因载荷变形
*汽车转向时的离心力
*路面倾斜
*前轮定位参数的需要
第二节 轮胎的侧偏特性
外倾侧向力FYγ
FYγ k γ
-
-
+
kγ－外倾刚度。
第二节 轮胎的侧偏特性
α一定时，γ 越大，FY越大。 增加的FY是由 γ作用的结果。
第二节 轮胎的侧偏特性
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
考虑到 θ很小并忽略二阶微量
ucos ucos u vsin vsin u v
上式除以Δt并取极限得
du d vr ax v u dt dt
ur ay v
同理可得
当车轮有侧向弹性时，即使FY没有
达到侧向附着极限，车轮行驶方向也
u 将偏离车轮平面的方向。
第二节 轮胎的侧偏特性
3.FY－α曲线
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。
第二节 轮胎的侧偏特性
轮胎的尺寸、型式和结构参数对侧偏刚度有显著影响。
大尺寸轮胎
第一节 概述
赛车负升力翼
第一节 概述
制动跑偏
第一节 概述
ABS系统对比试验
第一节 概述
车辆稳定性控制系统 （VSC）作用
第一节 概述
四轮转向系统4WS作用
第一节 概述
汽车操稳性引起的事故
南充 成都
4.29交通事故轨迹图
第一节 概述
汽车在绕桩（转向）时车身总有一定的倾斜
第一节 概述
有些轿车的车身侧倾比较严重
操纵稳定性包含的内容
第一节 概述
5.转向半径
评价参量：最小转向半径。 一些常见车型的最小转向半径
车型
Audi A4 宝马520i 雷克萨斯 LS430
最小转向半径/m（左 /右） 5.6/5.6（轴距2650 mm ） 5.65/5.65（轴距2830 mm ） 5.4/5.3（轴距2925 mm ）
大尺寸轮胎
子午线轮胎
钢丝子午线轮
侧偏刚度大
斜交轮胎
侧偏刚度小 纤维子午线轮胎
小尺寸轮胎
第二节 轮胎的侧偏特性 轮胎结构与侧偏特性的关系
扁平率小，k大
H B
扁平率=(H/B)×100%
第二节 轮胎的侧偏特性
第二节 轮胎的侧偏特性
第二节 轮胎的侧偏特性
轮胎气压的影响 轮胎气压高，k大
第二节 轮胎的侧偏特性
稳态响应
横摆角速度增益— 转向灵敏度。
评价参量
反应时间。 横摆角速度波动的
瞬态响应
无阻尼圆频率。
操纵稳定性包含的内容
第一节 概述
2.横摆角速度频率响应特性
转向盘转角正弦输 共振峰频率。 共振时振幅比。
入下，频率由0→∞变
化时，汽车横摆角速 度与转向盘转角的振 幅比及相位差的变化 规律。
评价参量
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
二自由度汽车动力学分析
FY FY 1cos FY 2 M Z aFY 1cos bFY 2
考虑到δ角较小 cos 1
FY 1 k11
FY 2 k2 2
FY k11 k 2 2 M Z ak11 bk 2 2
下的瞬态响应。
第一节 概述
瞬态响应的评价指标
1）时间上的滞后 2）执行上的误差 （ωr1/ωr0）×100％ 称为超调量 3）横摆角速度的波动 波动的ω ＝2π/T , 取 决于汽车的结构参数
4）进入稳态所经历 的时间σ
第一节 概述
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
有 外 倾 时 FY γ 与 、 的 关 系 α
1）α=0
FY FYγ k γ
2 ） α ≠0 FY FYα FYγ k k γ 3）有γ，FY=0，即a点
k k γ 0

k γ k
第二节 轮胎的侧偏特性
γ过大对汽车产生不
外倾时产生的回正力矩
良影响

第二节 轮胎的侧偏特性
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。
第二节 轮胎的侧偏特性
外倾角γ 过轮胎坐标系原点的 垂线与车轮平面的夹角 Z 正回正力矩TZ 正外倾角 γ 车轮行驶方向
第二节 轮胎的侧偏特性
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。
第二节 轮胎的侧偏特性
2）在弹性轮上作用侧向力 Fy
Fy
俯视图
FY
车轮静止
第二节 轮胎的侧偏特性
1）在刚性轮上作用侧向力 Fy c c u u
u'
u
c
Fy FZ l
Fy FZ l
垂直载荷的影响
垂直载荷大，k大
第二节 轮胎的侧偏特性
α一定时， W大，FY大。
FY = k ，即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。
第二节 轮胎的侧偏特性
纵向力与侧偏特性的关系
FX 越大，FY 越小
FY1
FY2 FX2 FX1
第二节 轮胎的侧偏特性
汽车轮胎
摩托车轮胎
第二节 轮胎的侧偏特性
轮 胎 特 性 参 数 的 正 负 规 定
第二节 轮胎的侧偏特性
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。
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应 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。
路面干湿状况对侧偏特性的影响
第二节 轮胎的侧偏特性
轮胎胎面、路面粗糙程度、水层厚度与滑水现象的关系
路面有薄 水层时，由于 滑水现象，会 出现完全丧失 侧偏力的情况。
第二节 轮胎的侧偏特性
第二节 轮胎的侧偏特性
回正力矩TZ
轮胎发生侧偏时，会产生作用于轮胎绕 OZ轴的力矩，该力矩称为回正力矩。
操纵稳定性包含的内容
第一节 概述
6.转向轻便性
评价转动转向盘轻便
程度的特性。
包括原地转向轻便性、 低速行驶转向轻便性和高 速行驶转向轻便性。
评价参量
转向力。
转向功。
目前部分轿车上使用的电动助力转向系统（EPS）， 能很好地兼顾各种车速下行驶时的转向轻便性。 操纵稳定性包含的内容
第一节 概述
操纵稳定性不好的具体表现
1、 “飘”—汽车自己改变方向。升力或转向系、轮胎、 悬架等问题。 2、“反应迟钝”—转向反映慢。传动比太大。 3、“晃”—左右摇摆，行驶方向难于稳定。 4、“丧失路感”— 操纵稳定性不好的汽车在高速或急剧 转向时会丧失路感，导致驾驶员判断的困难。 5、“失控”—某些工况下汽车不能控制方向。制动时无 法转向,甩尾，侧滑，侧翻。
第二节 轮胎的侧偏特性
FY FY
e
e
FY
e—轮胎 拖距。
轮胎拖距 变大
车轮静止时受到 侧向力
车轮运动时受到侧向力 （侧向力较小）
车轮运动时受到侧向力 （侧向力较大）
第二节 轮胎的侧偏特性
轮 胎 的 回 正 力 矩 与 侧 偏 特 性
第二节 轮胎的侧偏特性
有外倾角时的轮胎滚动
+
Z X
Fy
Y
向外滚开的趋势
c
只有当侧向力 Fy 大于（或等于）车轮与路面
间的侧向附着力时，车轮的运动方向才会改变。
第二节 轮胎的侧偏特性
2）在弹性轮上作用侧向力 Fy
Fy
FY 车轮滚动
第二节 轮胎的侧偏特性
侧偏角α
FY + u
0
Y
侧偏力为正时，
轮胎接地印 迹中心的位移 方向与X轴的 夹角。
α
X
产生负侧偏角。
α
2.侧偏现象
*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。
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应 y 两 轮 汽 车 模 x 型 及 车 辆 坐 标 系
第一节 概述
设计的理念是驾 驶舱永不倾斜
第一节 概述
第一节 概述
错误地在前、后轴混装子午线轮胎和斜交轮胎。具有过多转向特性的 汽车，在转向时达到一定车速(称为“临界车速”)时，将会出乎意外地 向转向内侧激转，造成事故。 该车转向系统相关零部件间累计间隙过大，方向盘自由行程严重超差， 而又未及时维修(或维修质量不佳)，未排除故障，带病运行，导致该车 行驶中前束值或大或小不断变化，使汽车行驶处于极不稳定状态，这也 加剧了过多转向的趋势。 该车左后轮制动器因左后半轴油封损坏，齿轮油漏入左后轮制动器而 导致该轮制动器工作失效。不均衡制动力造成的回转力矩。
稳态响应特性
第一节 概述