[理学]汽车发动机原理与汽车理论第十六章

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1、第十六章第一节　概　　述第二节　轮胎侧偏特性第三节　线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应特性第四节　汽车操纵稳定性与悬架、转向系的关系第五节　汽车操纵稳定性的道路试验第六节　操纵稳定性的主动控制第一节　概　　述一、汽车操纵稳定性的内容二、人—汽车闭路系统三、时域响应四、汽车操纵稳定性的评价一、汽车操纵稳定性的内容表１６-１　汽车操纵稳定性的基本内容及评价所用物理参量二、人—汽车闭路系统图１６-１　人—汽车闭路系统三、时域响应(１)反应时间　在方向盘角阶跃输入下，汽车的横摆角速度不能立即达到ωｒ０，而要经过时间(单位为ｓ)后才能第一次达到ωｒ０。(２)执行上的

2、误差　设最大横摆角速度为ωｒ１，则该误差定义为ωｒ１／ωｒ０×１００％，亦称为超调量。(３)横摆角速度的波动　在瞬态响应中，横摆角速度ωｒ在ωｒ０值上下波动的频率ω０。(４)进入稳态所经历的时间　横摆角速度达到稳态值９５％～１０５％时即进入稳态响应，这段时间σ称为稳定时间，即进入稳态所经历的时间。三、时域响应图１６-２　汽车的时域响应四、汽车操纵稳定性的评价１)方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应。２)稳态横摆增益曲线ｓ－ｕａ、横摆角速度增益(又称转向灵敏度)、稳定性因数Ｋ。３)方向盘角阶跃输入下的瞬态响应。４)瞬态横摆响应曲线ωｒ－ｔ或×１００％－ｔ、反应时间、

3、衰减振动圆频率。５)横摆角速度频率响应特性。６)共振峰频率ｆ为１Ｈｚ时的相位滞后角。第二节　轮胎侧偏特性一、轮胎的坐标系二、轮胎的侧偏现象与特性三、回正力矩四、有外倾角时轮胎的滚动第二节　轮胎侧偏特性图１６-３　轮胎坐标系一、轮胎的坐标系取垂直于车轮轴线的轮胎中分平面为车轮平面；坐标原点为车轮平面和地面的交线与车轮旋转轴线在地平面上投影线的交点；Ｘ轴为车轮平面与地平面的交线，规定向前为正；Ｚ轴与地平面垂直，规定向上为正；Ｙ轴在地平面上，规定面向车轮前进方向时指向左方为正。二、轮胎的侧偏现象与特性图１６-４　刚性车轮的滚动二、轮胎的侧偏现象与特性图１６-５　弹性

4、车轮的侧向变形二、轮胎的侧偏现象与特性图１６-６　轮胎的侧偏现象二、轮胎的侧偏现象与特性图１６-７　侧偏特性曲线二、轮胎的侧偏现象与特性图１６-８　地面切向反作用力对侧偏特性的影响三、回正力矩图１６-９　回正力矩的产生四、有外倾角时轮胎的滚动１)在各种外倾角下轮胎侧偏刚度均为ｋ。２)侧偏角为零时的地面侧向力便是外倾侧向力ＦＹγ，当外倾角为正时，ＦＹγ为负值。３)地面侧向力为零时的侧偏角就是由外倾角产生的侧偏角Δα＝－γ/ｋ。４)地面侧向力为ＦＹ时的侧偏角，等于外倾角为零时ＦＹ产生的侧偏角α０与由此外倾角产生的侧偏角Δα之和。５)侧偏角为α时的地面侧向反力ＦＹ＝

5、ｃｄ＋ｄｅ，即ＦＹ为外倾角等于零时的侧偏力与外倾侧向力之和。四、有外倾角时轮胎的滚动图１６-１０　轮胎的回正力矩——侧偏角特性四、有外倾角时轮胎的滚动图１６-１１　车轮外倾角与外倾侧向力四、有外倾角时轮胎的滚动图１６-１２　有外倾角时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特性一、线性二自由度汽车模型及其运动微分方程二、前轮角阶跃输入下的汽车稳态响应三、前轮角阶跃输入下的瞬态响应四、横摆角速度频率响应特性一、线性二自由度汽车模型及其运动微分方程图１６-１３　二自由度汽车模型一、线性二自由度汽车模型及其运动微分方程图１６-１４　汽车运动分析二

6、、前轮角阶跃输入下的汽车稳态响应１.中性转向(Ｋ＝０)２.不足转向(Ｋ＞０)３.过多转向(Ｋ＜０)１.中性转向(Ｋ＝０)图１６-１５　汽车的三类稳态响应１.中性转向(Ｋ＝０)图１６-１６　汽车的稳态横摆角速度增益曲线２.不足转向(Ｋ＞０)当方向盘保持一个固定的转角，汽车以不同的固定车速行驶时，随着车速的增加，不足转向汽车的转向半径Ｒ增大。３.过多转向(Ｋ＜０)过多转向汽车达到临界车速时将失去稳定性。因为ωｒ／δ为无穷大时，只要有极小的前轮转角便会产生极大的横摆角速度。这意味着汽车转向半径极小，汽车发生急转而侧滑或翻倒。三、前轮角阶跃输入下的瞬态响应在前轮角阶跃

7、输入下，汽车的横摆角速度的时间响应。显然，当ｔ→∞时，即为前述的稳态响应，当０＜ｔ＜∞时为瞬态响应，ωｒ(ｔ)是衰减的正弦函数，衰减的快慢与阻尼比ξ有关。四、横摆角速度频率响应特性１)频率趋近于零时的幅值比，即稳态增益ａ。２)共振频率ｆｒ，ｆｒ越高，操纵性能越好。３)共振时的幅值比ｂ／ａ，ｂ／ａ越小越好。４)ｆ＝０.１Ｈｚ时的相位滞后角∠Φｆ＝０．１，它表示缓慢转动方向盘时响应的快慢。５)ｆ＝０.６Ｈｚ时的相位滞后角∠Φｆ＝０．６，它表示快速转动方向盘时响应的快慢，其值应接近于零。四、横摆角速度频率响应特性图１６-１７　横摆角速度频率特性第四节　汽车操纵稳定性

8、与悬架、转向系的关系一、侧倾转向二、变