第5章 汽车操纵稳定性

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时间:2019-02-25

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1、第5章汽车的操纵稳定性学习目标通过本章的学习,应掌握汽车行驶的纵向和横向稳定性条件;掌握车辆坐标系的有关术语,了解影响侧偏特性的因素,掌握轮胎回正力矩与侧偏特性的关系;熟练掌握汽车的稳态转向特性及其影响因素;了解汽车转向轮的振动和操纵稳定性的道路试验内容。汽车在其行驶过程中,会碰到各种复杂的情况,有时沿直线行驶,有时沿曲线行驶。在出现意外情况时,驾驶员还要作出紧急的转向操作,以求避免事故。此外,汽车还要经受来自地面不平、坡道、大风等各种外部因素的干扰。一辆操纵性能良好的汽车必须具备以下的能力:(1)根据道路、地形和交通情况的限制,汽车能够正确地遵循驾驶员通过操纵机构所给定的方向行

2、驶的能力——汽车的操纵性。(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,并保持稳定行驶的能力——汽车的稳定性。操纵性和稳定性有紧密的关系:操纵性差,导致汽车侧滑、倾覆,汽车的稳定性就破坏了。如稳定性差,则会失去操纵性,因此,通常将两者统称为汽车的操纵稳定性。汽车的操纵稳定性,是汽车的主要使用性能之一,随着汽车平均速度的提高,操纵稳定性显得越来越重要。它不仅影响着汽车的行驶安全,而且与运输生产率与驾驶员的疲劳强度有关。5.1节汽车行驶的纵向和横向稳定性5.1.1汽车行驶的纵向稳定性汽车在纵向坡道上行驶,例如等速上坡,随着道路坡度增大,前轮的地面法向反作用力不断减小。当

3、道路坡度大到一定程度时,前轮的地面法向反作用力为零。在这样的坡度下,汽车将失去操纵性,并可能产生纵向翻倒。汽车上坡时,坡度阻力随坡度的增大而增加,在坡度大到一定程度时,为克服坡度阻力所需的驱动力超过附着力时,驱动轮将滑转。这两种情况均使汽车的行驶稳定性遭到破坏。图5.1汽车上坡时的受力图图5.1为汽车上坡时的受力图,如汽车在硬路面上以较低的速度上坡,空气阻力可以忽略不计,由于剩余驱动力用于等速爬坡,即汽车的加速阻力,加速阻力矩,而车轮的滚动阻力矩的数值相对来说比较小,可不计入。分别对前轮着地点及后轮着地点取力矩,经整理后可得(5.1)当前轮的径向反作用力时,即汽车上陡坡时发生绕后

4、轴翻车的情况,由式(5.1)可得将上式整理,可得不发生翻车的最大坡度角由下式确定:(5.2)当道路的坡度角时,汽车即失去操纵并可能后轴翻倒。汽车重心至后轴的距离越大,重心高度越小,则汽车越不容易发生绕后轴翻倒,汽车的纵向稳定性越好。在正常装载情况下,式(5.2)是能够满足的。在上述稳定分析中,尚未考虑驱动轮滑转的可能性。后轮驱动的汽车,以较低速度等速上坡时,驱动轮不发生滑转的临界状态为(5.3)式中:——汽车后轮不发生滑转所能克服的最大道路坡度角。驱动轮滑转与附着系数,汽车重心的位置及汽车的驱动型式有关。将式(5.2)代入式(5.3)中,整理得(5.4)显然,如果<即<则当汽车遇

5、有坡度角为的坡道时,驱动轮因受附着条件的限制而滑转,地面不能提供足够的驱动力以克服坡度阻力,因而无法上坡,也就避免了汽车的纵向翻倒。所以,汽车滑转先于翻倒的条件是<将上式整理得>(5.5)上式即为后轮驱动型汽车的纵向稳定性条件。对于前轮驱动型汽车,其纵向稳定性条件为>对于全轮驱动型汽车,其纵向稳定性条件为>由于现代汽车的重心位置较低,因此上述条件均能满足而有余。但是对于越野汽车,其轴距较小,重心较高(较大),轮胎又具有纵向防滑花纹因而附着系数较大,故其丧失纵向稳定性的危险增加。因此,对于经常行驶于坎坷不平路面的越野汽车,应尽可能降低其重心位置,而前轮驱动型汽车的纵向稳定性最好。5

6、.1.2汽车横向稳定性汽车横向稳定性的丧失,表现为汽车的侧翻或横向滑移。由于侧向力作用而发生的横向稳定性破坏的可能性较多,也较危险。图5.2汽车在横向坡道上转向时的受力图图5.2所示汽车在横向坡路上作等速弯道行驶时的受力图。随着行驶车速的提高,在离心力作用下,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时,开始侧翻。因此,汽车绕左侧车轮侧翻的条件为(5.6)如汽车转弯半径为R,行驶速度为u,则将代入式(5.6),可求出在横向坡道上不发生向外侧翻的极限车速为(5.7)由式(5.7)可见,当横向坡度值时,式中分母为零,,说明汽车在此坡度弯道行驶时,任意速度也不会使汽车绕外侧车

7、轮侧翻。因此在公路建设上常将弯道外筑有一定的坡度,以提高汽车的横向稳定性。若在水平路面上(),汽车转弯行驶不发生侧翻的极限车速为(5.8)比较式(5.7)和式(5.8),式(5.7)的显然比式(5.8)大。汽车在横向坡道上行驶发生侧滑的临界条件为式中——附着系数。整理后,得汽车在侧滑前允许的最大速度为当时,,则以任何车速行驶也不发生侧滑。在的水平道路上,汽车侧滑前所允许最大速度为(5.9)为了行驶安全,应使侧滑发生在侧翻之前,即整理后得(5.10)比值称为侧向稳定性系数,侧翻只能

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