汽车行驶安全性能

3、对于过多转向性汽车α1<α2
所以：δ过< δ中
可以看出，不足转向特性的汽车，所 需的前轮转角最大。 不足转向特性的汽车转向灵敏性差。 (α1-α2)越大，不足转向性越大，转 向灵敏性越差。 所以：汽车的不足转向性不可太大，一 般:α1-α2=1-3°，才能保持行车安全。
刚性轮转向半径R。=L/δ 弹性轮转向半径R=L/δ-(α1-α2) 因为：R=L/δ-(α1-α2) 所以：δ-α1+α2=L/R δ=L/R+α1-α2 α1=α2，α1-α2=0，R=L/δ=R。 （中性转向） α1>α2 ，α1-α2>0，R>R。（不足转向） α1<α2 ，α1-α2<0，R<R。（过多转向）
因为：R=L/[δ-(α1-α2) ] α2 >α1， α1-α2是负值。 所以： α1-α2 上升，则R下降。 从上式得：R=L/[δ- (α1-α2) ] L=Rδ-R (α1-α2) Rδ=L+R (α1-α2) 所以：δ=L/R+α1-α2
1、对于中性转向性汽车α1=α2 所以： δ中=L/R 2、对于不足转向性汽车α1>α2 所以：δ不=δ中+(α1-α2) 显然：δ不>δ中
A3
道路附着极限
侧偏特性图
Fy 侧向力
zφ
4º 8º 12º α
侧偏特性：
1、随侧向力Fy的加大，α线性关 系上升（4°以内）。 2、Fy增至一定程度时，轮胎印痕 后部滑移， α剧烈上升。 当Fy = zφ时（附着极限）， （1）α=10°时达到最大值。 （2）车轮处于侧滑状态。
k=轮胎的侧偏刚度(N/(0))或(N/rad) 当α在不超过4—5°时，Fy = kα k值上升，可以减少Fy对轮心运动方 向的干扰。良好路面上，常见的侧向力Fy 是转弯时的离心力Fj。 1、一般情况： α< 4—— 5°时， （向心加速度< 0.4 g） 所以：Fy与α是线性关系。Fy = kα 2、高速急转弯时，α= 4—8°（轮 胎有吱吱响声）
uch 1 K
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
r u L s 1 Ku 2
当车速为 ucr
-1 K
u u ωr L L 分母为0， 1 Ku2 δ 0
s
这意味着很小的前轮转角将产生极大的横摆角速度， 汽车将发生激转而侧滑或侧翻。由于过多转向汽车有失 去稳定性的危险，汽车应具有适度的不足转向特性。
二、侧偏特性的影响因素
1、尺寸、型式、结构参数的影响。 因为：尺寸大，承载能力大，帘 布层多，充气压力高。 所以：侧偏刚度k大，α较小。子 午线轮胎接地面积大，k值高； 钢丝子午线胎比尼龙子午线胎k大。
2、轮胎扁平率 =轮胎断面高H/轮胎断面宽B 减少扁平率（接地面宽），可提高k， 早期轮胎扁平率=100%，如扁平率为50% 的k比扁平率80%的k提高70%。 3、因为：子午线轮胎接地面比普通 斜交胎宽。 所以：k大。 钢丝子午线胎k更大。
汽车行驶安全性能
第一节概述
一、汽车行驶安全性包含的内容
操纵稳定性： 司机在不感到过分紧张、疲劳的 情况下，汽车按司机给定的方向稳定行 驶的能力，以及对企图改变行驶方向的 外界干扰的抵抗能力。（如：地面不平、 坡道、侧向风大等）
因为： （1）操纵方便性和安全行驶性是高速车 辆的生命线。 （2）现代车速的日益上升。 所以：汽车的操纵稳定性得到高度 重视。 例：普通汽车的最高车速=100km/h 轿车的车速≧200km/h 跑车的车速≧ 300km/h
(1 Ku ) 1 u 2 Ku 1 L L 0 令d ( ) 2 2 v (1 Ku )
r
2
只能分子为0，即1 Ku 2 Ku 0
2 2
即Ku 1
2
可求出uch
1
K
将vch
1 代入 ws v / l k 1 Kv 2
ws 1 Kv 2） 2 ws l （ 2l 2l 可得： 2中 vch vch / l vch R ws v wR v R= w
因为：δ= L/R +α1 - α2 所以：
r u/R 分子 R / L s L / R 1 2 分母 R / L
u L ma b 2 1 2 u L k2 k1 u L 1 Ku2
及ωr =
u/R
G1u 2 FY 1 k11所以1 gk1R
第二节轮胎的侧偏特性
一、轮胎的侧偏现象
侧向力Fy： 1、路面横向倾斜 2、横向风（侧向风） 3、曲线行驶时的惯性力 因为：弹性轮胎在侧向力Fy的作用下会产 生侧向变形。 所以：车轮滚动时，轮心速度方向沿Fy的 方向发生偏转，与车轮平面成一夹角→α α =轮胎的侧偏角
侧向变形图
Fy
A2 A1 A1’ A2’ α A 3’
第三节刚性轮转向的几何关系
注：d = 主销之间的距离 δ。= 前外轮转角 δI = 前内轮转角 δ = 前轮转向角
刚性车轮的转向简图：
L d
B A
δ
V
δi
R0
δ。
δ
Ctgδ。= 邻/对 =（R。+ 0.5d）/L Ctgδi = (R。- 0.5d)/L 两试相减得： Ctgδ。- Ctgδi = d/L 转向半径：因为：tgδ= L/R。 所以：R。= L/tgδ δ= 0.5（ δ。+ δi）—前轮转向角。 当前轮转向角不大时，tgδ≈δ 所以：R。= L/tgδ即R。= L/ δ （此
如果：α1=α2，则：R=R。=L/δ ，
称汽车具有中性转向特性。
如果：α1>α2，则：R>R。称汽车具 有不足转向特性。 如果： α1<α2，则：R<R。称汽车具 有过多转向特性。
二、转向特性对操纵性的影响
1、中性转向α1=α2
FY VB
x m
α2
Vα
m VA
α1
B
α2
VB V α
x α1 V A
中
l R0
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
不足转向
r u L 当 K＞0 时，由 1 Ku 2 1 s 1 Ku 2 横摆角速度增益比中性转向时要小。
u/R u L δ 1 Ku 2
R
当uch 1 K
2
r max s
3、过多转向特性α1<α2图
VB Fj Fjx Fy Fjy A V
α2
α1
VA
O’
因为：在同样FY作用下，产生α1<α2。
所以：汽车圆周运动产生的转向离心力 Fjy与Fy方向相同。
加剧侧偏现象使α1和α2值都增大， 使 α1-α2 上升，使R迅速下降至临 界车速，汽车激转——侧滑——失控。
侧风区
由 r
u L 2 s 1 Ku
可做出下图：
ωr/δ
K>0 不足转向 VCr Vch V
汽车以极低u行驶，ɑ = 0时的转向关 系，斜线为1/L。 K = 0时，ωr/δ随u线性增长。 K > 0，不足转向在K = 0直线之下， 分母> 1。 K < 0，过多转向在K = 0直线之上， 分母< 1。
时δ用弧度为单位）
第四节 弹性车轮的稳态转向特性
一、用侧偏角表示转向特性
弹性车轮的汽车稳态等速圆周运动 因为：离心惯性力Fj， 所以：前后轮均受到Fy的作用，产 生侧偏角α1、α2
刚性轮与弹性轮图
L B
α2
VB' E A
VB
α1 VA' δ VA R
R。
δ
0
α2
Fy 0'
刚性轮时：VA;VB转向中心为0；
FY 2 k22
令 K mΒιβλιοθήκη Baidua b 2
L k2 k1
令K =（G1/k1 - G2/k2）1/gL（稳定性因数） 所以：G1 = mg • b/L； G2 = mg • a/L 代入K式得： K =（mgb/k1L - mga/k2L） • 1/L = m/L²（b/k1 - a/k2） 稳定因数K的另一种表达方式。 如果K = m/L²（a/k2 - b/k1） k1、k2必须用负值代入
u/L 1 + Ku²
因为：u = Rωr 所以：u/ωr = R 又：R。= L/δ 所以：1 + Ku² =δ /ωr•u/L u/ωr R = L/δ = R。 即：1 + Ku² = R/R。
由此可得汽车稳态转向特性的另一 种表示方法 1、K = 0，则R/R。= 1，即：R = R。 中性转向特性。 2、K>0，则R/R。>1，即：R > R。 不足转向特征。 3、K<0，则R/R。<1，即：R<R。 过多转向特性。
因为：α1=α2 所以：汽车沿m——m方向行驶——驶 出路面。 如欲沿路面中心线行驶，应向FY相反 方向打方向盘，再回正，才能直行。
2、不足转向α1>α2
O'
FY FY Fjx FjY Fj
V VA
α2
VB
α1
因为在同样FY作用下α1>α2，所以 汽车绕O1转动，转向离心力FJY与FY方向 相反，起到阻止侧偏的作用。 产生的α1、α2较小，汽车偏离直 行方向不严重，当FY消失后， FJY可使汽 车自动回正。 所以：具有不足转向特性的汽车在 受到Fy干扰时，具有良好的直行能力， 操纵稳定性好。
二、特征车速u 与临界车速u
ch
cr
1、特征车速uch（表示不足转向量的 一个参数） 是不足转向特征汽车稳态横摆角速 度增益ωr/δ达到最大值时相对应的车速。
r u L 2 因为： s 1 Ku
求一阶导数：并令其为零，即可求出Vch。
微分法则：
u vdu udv d( ) 2 v v
1 Ku R 1 Ku
L
2
横摆角速度增益为与轴距L 相等的中性转向汽车横摆角速度 增益的一半。 uch 称为特征车速。当不足转向 量增加时，K 增大，特征车速降低。
0
由于 K>0，所以R>R0
且 u↑→ R↑
汽车具有不足转向特性
说明： （1）在Uch下，绕R的圆周行驶，横 摆角速度增益为与轴距L相等的中性转 向汽车横摆角速度增益的一半,转向灵 敏度差。 （2）对于不足转向性汽车存在Uch。 （3）不足转向性越大，K大于0越多， 则Uch越低。
弹性轮时：VA';VB'转向中心为0' 。 tgα2 = BE/R，tg（ δ-α1 ）= AE/R 两式相加得：tgα2+ tg（ δ-α1 ）= （BE + AE）/R = L/R 所以：R = L/[tg（δ-α1 ）+tgα2 ] 当δ较小时： tgδ≈δ δ-α1+α2 = δ -（ α1-α2 ） R = L/[δ -（ α1-α2 ）] R。= L/δ
第五节转向特性的表示方法
一、稳定性因数K
1、ωr：汽车稳态横摆角速度——等 速圆周运动中汽车绕通过质心的竖轴转 动的角速度。 ωr=u/R u:转弯时的车速（米/秒） R:转向半径（米） 如果前轴轴荷为G1，后轴轴荷为G2：
前后轴的侧偏刚度k1、k2（是车轮侧偏刚 度的2倍） 如果是双胎，则车轮侧偏刚度是轮胎侧偏 刚度的2倍。 转弯时前后轴所受的侧向力： Fy1=G1u²/gR
K的重要意义：
把结构参数质量m、L、a、b、k1、 k2与稳定转向特性定量的联系起来， 从设计上保证汽车的不足转向特性。 a——质心到前轴的距离 b——质心到后轴的距离
r u L 2 s 1 Ku
r u L s
u/R

u L
R
L

因为： ωr/δ=
4、随垂直载荷的上升，k上升，（kmax 时的垂直载荷=额定载荷的1.5倍）。 垂直载荷太大（轮胎与地面接触区的 压力极不均匀），k反而下降。 5、切向力消耗地面附着力，随轮胎切 向力（制动力Fu，驱动力Ft）的上升，k下 降，且能承受的Fy减少。 6、充气压力上升，k上升，但气压过高 后，k不再上升。 7、路面粗糙程度、干湿状况对k有影响。
Fy2=G2u²/gR （Fy=kα）所以： α=Fy/k 前后轴相应的侧偏角 α1=G1u²/k1gR
α2=G2u²/k2gR
汽车的稳态横摆角速度增益（用来 评价稳态响应） ωr/δ——表示单位前轮转角的输入 下汽车产生的横摆角速度（即绕转向中心 旋转角速度的响应值），也称为转向灵敏 度。 汽车等速度行驶时，在前轮角阶跃 输入下，进入的稳态响应，就是等速圆周 行驶，常用ωr/δ来评价稳态响应。