汽车操纵稳定性基本内容及评价所用物理参数

瞬态响应：汽车的时域响应随时间变化。
图为方向盘阶跃输入下的汽 车瞬态响应，汽车的瞬态响 应汽车二阶惯性环节特点： 时间上的滞后； 横摆角速度超调； 横摆角速度的波动； 进入稳态要经历时间。
瞬态响应包括两方面的问题
行驶方向稳定性，即能否达到稳态的问题； 响应品质问题，即达到稳态前的响应特性问题。
=0。
（3）在特定条件下，u=常数，汽车只有侧向运动与横 摆运动。
（4）侧向加速度小于0.4g，轮胎侧偏特性属于线性范 围。
（5）忽略地面切向力对轮胎侧偏特向的影响。
简化模型
分析时，坐标系与汽车质心重合，这样，汽车质量分布参 数，如转动惯量对于固结于汽车的坐标系就是常数。
二自由度方程建立
反应时间τ 、衰减振动圆频率ω 。
横摆角速度频率响应特性评价 共振峰频率f、1Hz时的相位滞后角。
2 轮胎的侧偏特性
轮胎的侧偏特性主要是指侧偏力、回正力矩与侧偏角间的 关系。是研究操纵稳定性的基础。
1）轮胎的坐标系
2）轮胎的侧偏现象和侧偏 力—侧偏角曲线
3）轮胎的结构、工作条件 对侧偏特性的影响
一般而言，最大侧偏力越大 ，汽车的极限性能越好。
3）轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响
轮胎扁平率（H/B） 对侧偏特性的影
响。
轮胎的垂直载荷对侧偏特性的影响 侧偏刚度随垂直载荷的增大而增大，但垂直载荷过大，侧 偏刚度反而会减小。
轮胎气压对侧偏特性 的影响 气压增大，侧偏刚度 增大，但气压过高， 侧偏刚度不再变化。
度、抗侧翻能力、发生侧滑时控制能力等
路径所需时间
车辆坐标系
X方向：前进、倒驶 绕X轴的转动：侧倾运动 Y方向：侧向运动 绕Y轴的转动：俯仰运动 Z方向：垂直运动 绕Z轴的转动：横摆运动
与操纵稳定性有关的主要运动参量：横摆角速度 r 、
侧向速度 、侧向加速度 a y等等。
稳态响应：汽车的时域响应不随时间变化；其特性通常 可分为：不足转向、中性转向、过多转向三种。
ox与oy为车辆坐标系的纵 轴与横轴。 质心速度v于t时刻在坐标轴 上的分量为u、v。 在t+Δt时刻，质心速度的大 小与方向均发生变化，且 坐标轴的方向也发生变化。
沿ox轴速度分量的变化为：
(uu)cosu(vv)si n
ucosucosvsi nvsi n
驶转向轻便性、高速行驶转向轻便性
最小转向半径 转向力与转向功
7、直线行驶性：侧向风稳定性、路面不平 侧向偏移与转向操舵力矩梯度
度稳定性、微曲率弯道行驶性
8、典型行驶工况性能：蛇行性能、移线性 方向盘转角、转向力、侧向加速度、横
能、双移线性能、…
摆角速度、侧偏角、车速等
9、极限行驶能力：圆周行驶极限侧向加速 极限侧向加速度、极限车速、回至原来
主观评价法 让试验者根据自己的感觉进行评价，按规定的项目和评分 方法进行评价。
方向盘阶跃输入下进入的稳态响应评价 稳态横摆增益曲线r/ua 、横摆角速度增益
（又称为转向灵敏度）、稳定性因数K。
方向盘阶跃输入下的瞬态响应评价
瞬态横摆响应曲线 r t或 (r/ r0 1% 0 、 0 t)
车速对侧偏刚度的影响很小。 切向力侧偏刚度的影响。
路面状况对侧偏特性的影响。
4）回正力矩——绕OZ轴的力矩
回正力矩的产生
3 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
1）模型简化
（1）忽略转向系的影响，直接以前轮转角作为输入。
Байду номын сангаас
（2）忽略悬架的作用，认为汽车只作平行于地面的平
面运动 y ：z =0x 、 =0、
汽车操纵稳定性
主要学习内容 概述 轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏特性 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
1 概述
操纵性：能够及时和准确地反映驾驶员的主观操作，
也就是汽车按照驾驶员的意图和要求改变汽车行驶方 向和车速。
稳定性：汽车在行驶过程中能够抵抗外界干扰不发生
侧滑侧翻的性能；汽车在外界干扰下抵抗干扰或迅速 恢复原来行驶状态的性质。
向特性，方向盘角阶跃输入下的瞬态响应
3、横摆角速度频率响应特性
4、回正性
转向灵敏度、转向盘力特性
稳态横摆角速度增益——转向灵敏度 反应时间、横摆角速度波动的无阻尼圆 频率
共振峰频率、共振时的振幅比、相位滞 后角、稳态响应
回正后剩余横摆角速度与剩余横摆角、 达到剩余横摆角速度的时间
5、转向半径
6、转向轻便性：原地转向轻便性、低速行
上述二者的综合称为汽车的操纵稳定性。 操纵性的好坏实际上指的是汽车的运动参数与驾驶员
要求的运动参数之间的接近程度和渐进过程。
稳定性的好坏实际上指的是汽车的运动参数与原来的
运动参数之间的接近程度和渐进过程。
汽车操纵稳定性的基本内容及评价所用的物理参数
1 转向盘中间位置操纵稳定性 2、方向盘角阶跃输入下的稳态响应——转
4）回正力矩—绕OZ轴的力 矩
2）轮胎的侧偏现象和侧偏力——侧偏角曲线
侧偏力 FY ：地面给车轮的侧向反作用力。
刚性轮 当车轮有侧向力作用 时，当FY 没有达到附着极限 时，车轮与地面没有滑动， 车轮仍沿车身平面cc的方向 行驶。当FY 达到附着极限时， 车轮与地面有滑动，车轮有 侧向行驶。
弹性轮胎在侧性力作用 时的运动状态
侧偏现象：当车轮有侧向 力作用时，FY 没有达到附 着极限，车轮行驶方向亦将 偏离车轮平面的方向。这就 是轮胎的侧偏现象。
侧偏特性曲线：描述侧偏力—侧偏角关系的曲线
在曲线线性段： FY k
称为侧偏角，k称为侧偏刚度。
轮胎的最大侧偏力取决于附 着条件，即垂直载荷，轮胎花纹 、材料、结构尺寸、充气压力， 路面的材料、结构、潮湿程度以 及车轮的外倾角等。
开环控制系统：只把汽车本身作为研究对象，不允许驾驶员 起任何反馈作用。
人—车闭环系统：把驾驶员与汽车作为统一的整体进行研 究，驾驶员可以根据需要进行反馈控制。
汽车操纵稳定性的两种评价方法
客观评价法
通过测试仪器测出表征性能的物理参量如横摆加速度、侧 向加速度、侧倾角及转向力等来评价操纵稳定性的方法。
uv
汽车质心绝对加速度在ox轴上的分量为：