汽车操纵稳定性试验

•
(11-33)
的稳定值，rad/s；Δt为采样时间间隔，s；n为采样点数。
• 式中：r1为横摆角速度响应的瞬时值，rad/s；r0为横摆角速度响应
•
(7)横摆角速度超调量：横摆角速度超调量σ是横摆角速度响
应的第l个峰值超过稳态值的部分与稳态值之比(图11.17)，可按下 式计算：
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(11—34)
• 式中：r1为横摆速度响应的第1个峰值超过稳态值的部分，rad/s。
驾驶员突然转动方向盘到一定的角度，再立即转回到原来位置，
方向盘的输入波形不同于转向瞬态响应试验，不是阶跃形的，而 是脉冲形的。试验记录汽车横摆角速度的输入波形。
• 1．试验数据处理
• 频率特性的分析计算可在专门的信号处理机上进行，例如日
本生产的CF一700型、7T08型信号处理机等。如果没有专门的处 理设备，也可以使用计算机按下式计算：
• 2．评价指标 •
我国转向回正试验的评价指标是横摆角速度总方差及残留横
摆角速度。
• 转向轻便性试验
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转向轻便性试验用来测定操舵力的大小，常见的操舵力试验 有低速大转向角试验、中转速小转向角试验、高速转弯操舵力试
中，用向心加速度代替横向加速度完全可以满足精度要求，故各
时刻的横向加速度可按下式计算： • (11—21) 径，R0=l5m。这样可以计算出数组Ri/R0、ayi的数值，据此绘制汽 车转弯半径比Ri/R0与横向加速度ay的关系曲线。
• 式中：以ayi为汽车在i时刻的横向加速度，m/s2；R0为初始圆周半
• (2) (δ1-δ2)—ay曲线 •
• • • 式中：L为汽车轴距。 • 根据前面计算的ay值，就可以绘制出(δ1-δ2)—ay曲线。 (11—22) 汽车高速转向时汽车的瞬时回转半径Ri和某瞬时前后桥综合 侧偏角之差δ1-δ2(°)具有以下关系：
• 2．定转弯半径法 •
定转弯半径法的转弯半径为30m，试验时转弯半径不变，以 不同车速通过时，靠调整方向盘转角来保证汽车沿固定转弯半径 运动，测出车速与方向盘转角，并绘制θ—ay曲线。 • • • • • (2)用侧向加速度计测量 转向盘转角θ可直接利用时间历程曲线进行采样，而后乘以标 定系数即可求得。侧向加速度ay可采用下述两种方法之一求得。 (1)计算法 利用下式直接计算出侧向加速度ay，即： (11—23)
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• （11-29） • 式中：G(jkω0)为复数形式的传递函数；r(t)为横摆角速度的时间历
程；T为总采样的时间间隔，s；T=kdt(k=1，2，3，…，n，
n·ω0=3Hz)；dt为采样的时间间隔，s；ω0为计算时选用的最小圆周 率，一般取ω0=0.1Hz；θ(t)为汽车转向盘转角的时间历程。
对汽车横摆角速度响应时间进行了分析。
• 转向瞬态转向试验
• 转向瞬态转向试验是在频率域内对汽车转向瞬态响应进行评
价的试验方法，主要有以下3种：
• 1）转向盘转角随机输入试验； • 2）转向盘转角正弦波输入试验；
• 3）转向盘转角脉冲输入试验。
• • 我国采用第三种试验方法并制定了有关的国家标准。 转向盘转角脉冲输入试验就是汽车以恒定的车速直线行驶，
• 3）车厢侧倾度K：按车厢侧倾角与侧向加速度关系曲线上侧向加
速度为2m/s2点的平均斜率计算。
• 转向瞬态响应试验
• 转向瞬态响应试验是测定从转向盘转角阶跃输入开始，到所
测各变量达到新的稳态值时为止的一段时间内的汽车的瞬态响应 过程。试验时汽车以恒定的车速直线行驶，驾驶员突然将方向盘
转过一定的角度，使汽车由直线行驶进入到转弯运动状态，同时
• 5．评价指标
• 在《汽车操纵稳定性指标极限值与评价方法》中，对稳态回
转试验的评价指标规定了3项，即 • 1）中性转向点侧向加速度值an：前后桥侧偏角之差与侧向加速度
关系曲线上斜率为零的点的侧向加速度值；
• 2）不足转向度：按前后桥侧偏角之差与侧向加速度关系曲线上侧 向加速度为2m/s2点的平均值计算；
• 式中：V为汽车前进速度，m/s；r为汽车横摆角速度，rad/s。
• 3．定转向盘转角连续加速法与定转弯半径法的关系
• 利用定转弯半径法也可求出汽车前、后桥综合侧偏角之差与 侧向加速度的关系，进而绘制出(δ1-δ2)—ay曲线。侧向加速度ay仍 可利用上述方法求之，下面介绍利用定转弯半径法求汽车前后桥 综合侧偏角之差的求取方法。 回转半径R与前后桥综合侧偏角之差的关系为： （11—24) 式中：i为转向系总传动比。 当车速为零时，θ=θ0，δ1-δ2=0，由式(11—24)得转向系总传动 比为： (11—25) 将式(11—25)代入R中，整理得： (11—26) 可利用式(11—26)求出前后桥综合侧偏角之差（δ1-δ2）值，而后 即可绘制出(δ1-δ2)—ay曲线。
影响，我国规定初始圆周半径R0=15m，纵向加速度不得大于 0.25m/s2，侧向加速度达到6.5m/s2为止，记录不同采样时刻时的 车速与汽车横摆角速度，并进行数据处理绘制。
• (1)Ri/R0—ay曲线
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汽车瞬时转向半径为Ri=Vi/ri，其中：Vi为i时刻的车速，m/s；
ri为i时刻的横摆角速度的瞬时值，rad/s。 由于汽车的横向加速度与向心加速度相差甚小，在数据处理
Ai为横摆角速度响应的第i个峰的峰值，rad/s。 或用下式计算： • 求得衰减率D′后，可在图11.16上查得与其相对应的阻尼系数ζ，
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(11—32)
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当D′=0时，表明运动不衰减；当D′=l时，表明除了A1≠0外，其
他幅值皆为零。
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(6)力输入总方差：在力输入下，横摆角速度总方差E按下式 计算：
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随着车速的不断提高，汽车操纵稳定性对汽车行车安全性的
影响越来越大，成为汽车的重要性能之一。操纵稳定性不好的汽 车可表现为“高速发飘”、“响应迟钝”、“丧失路感”和“丧
失控制”等。
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我国《汽车操纵稳定性试验方法》标准和《汽车操纵稳定性
指标限值与评价方法》中规定汽车操纵稳定性试验包括：稳态回
转试验、转向瞬态响应试验、转向瞬态转向试验、转向回正性试 验、转向轻便性试验、蛇形试验等。 • 常用的汽车操纵稳定性试验仪器有： 、汽车横摆角速度、车身侧倾角及纵倾角等； • 2）光束水准车轮定位仪：测车轮外倾角、主销内倾角、主销外倾 角、车轮前束、车轮最大转角及转角差； • 3）车辆动态测试仪：测汽车横摆角速度、车身侧倾角及纵倾角、 汽车横向加速度与纵向加速度等运动参数；
汽车操纵稳定性试验
• 汽车操纵稳定性分为两个方面：一是操纵性；二是稳定性。 1) 操纵性：指汽车能够确切地响应驾驶员转向指令的能力； • 2) 稳定性：指汽车受到外界扰动(路面扰动或阵风扰动)后恢复原来 运动状态的能力。 • 两者很难截然分开，稳定性的好坏可直接影响操纵性的好坏， 反之亦然，因此，把两者统称为操纵稳定性。
记录汽车的运动状态：横摆角速度、汽车方位角、车身侧倾角、 侧向加速度等运动参数的变化过程。
• 1．试验数据处理
• (1)响应时间t：以转向盘转角达到终值50％的时刻作为时间坐 标的原点，到所测变量过渡到新稳态值90％的时刻为止，这一段
时间间隔称为响应时间，也就是横摆减速度响应时间或侧向加速
度响应时间(图11.13)。
(2)峰值响应时间tp：以 转向盘转角达到终值50％的 时刻作为时间坐标的原点， 到所测变量响应第一个峰值 时止的一段时间间隔称为峰 值响应时间。
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(3)横摆角速度超调量σ： 横摆角速度超调量σ可按下式 计算： • 图11.13 阶跃响应示意图
• (11—27) • 式中：rHale Waihona Puke Baiduax为横摆角速度响应 最大值，rad/s；r0为横摆角速 度响应稳态值，rad/s。
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(2)不足转向：在车速一定而改变横向加速度，若名义转向角 的斜率大于阿克曼转角的斜率，则该汽车的转向特性为不足转向 特性，简写为US。
•
在试验中，若汽车的回转半径随车速的升高而增大(定转向盘 转角连续加速法)或者转向盘转角随侧向加速度的增大而增大(定 转弯半径法)，则被试汽车的转向特性为不足转向特性(图11.12)。
图11.14 回正试验几种过程曲线
• • •
(2)稳定时间：稳定时间由松开转向盘的时刻起，至汽车横摆 角速度到新稳态时为止转向盘输入； (3)残留横摆角速度：汽车横摆角速度新稳态值与零线之差即
为残留横摆角速度；
(4)自然频率：由于系统是多自由度的，横摆角速度并不是一 个严格的等圆周运动，相邻振幅的比值也不等于常数(图11.15)。
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(4)横摆角速度总方差Er：横摆角速度总方差Er可按下式计算：
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• (11一28) • 式中：θi为阶跃试验时转向盘转角输入值，(°)；
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ri为汽车横摆角速度响应的瞬时值，rad/s；
θ0为阶跃试验时转向盘转输入的终值，(°)； r0为汽车横摆角速度响应的新稳态值，rad/s；
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n为采样点数，取至新稳态值时止；
• 1）陀螺仪：用于汽车运动状态下测动态参数，如汽车行进方位角
• 4）力矩及转角仪：测转向盘转角或力矩；
• 5）五轮仪、磁带机等。
• 稳态回转试验
• 1）试验目的：测定汽车的稳态转向特性及车身侧倾特性； • 2）试验方法：定转向盘转角连续加速法和定转弯半径法。
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1．定转向盘转角连续加速法
为了试验有可比性，消除了初始圆周半径对稳态回转试验的
Δt为采样时间间隔，s。 (5)汽车因素TB：汽车因素TB是汽车横摆角速度峰值响应时
间与汽车质心侧偏角的乘积。汽车质心侧偏角可由瞬态回转试验
求得。
• 2．评价指标
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在我国《汽车操纵稳定性试验方法》标准中规定了7项评价
指标，由于测量方法的不完善及个别指标在某些汽车上不存在等 原因，故在《汽车操纵稳定性指标极限值与评价方法》标准中仅
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(3)过度转向：在车速一定而改变横向加速度时，若名义转向
角的斜率小于阿克曼转角的斜率，则该汽车的转向特性为过度转 向特性，简写为OS。
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在试验中，若汽车的回转半径随车速的升高而减小(定转向盘
转角连续加速法)或者转向盘转角随侧向加速度的增大而减小(定 转弯半径法)，则被试汽车的转向特性为过度转向特性(图11.12)。
为了减小逼近误差，用下式计算f0，即：
• （11-30）
• 式中：Ai为横摆角速度过渡曲线的峰值，rad/s；Δti为横摆角速度 过渡曲线峰值间的时间间隔，s。
• (5)衰减率(阻尼)D′。衰减率D′可用下式计算： • • • (11—31)
• 式中：A1为横摆角速度响应的第1个峰的峰值，rad/s；
向盘上的力为一定值，当驾驶员松开转向盘的一瞬间，作用于转
向盘上的力由定值突然变为零。因此，实质上本试验也是转向盘 力阶跃输入的瞬态响应试验，在一定程度上还能反映汽车“路感 ”的好坏。
1．试验数据处理
在汽车转向回正试验中，汽车横摆角速度过渡过程曲线大致有 如图11.14所示的几种情况，其中曲线l、2为发散型，不进行数据处 理；曲线3～7为收敛型，进行数据处理。 • (1)时间坐标原点：由于惯性 作用，驾驶员松手后转向盘 不可能马上转动，因此，开 始一段显现出圆角形状(图 11.14中的AB)，以往是将松 手前的一段直线与松手后的 直线部分进行曲线拟合的(图 11.14中的虚线部分)，其交点 即为时间原点，但这样误差 较大，现改为：在微动开关 时间历程曲线上，以松开转 向盘时微动开关所做的标记 为时间坐标的原点。
• 2．评价指标
• 在《汽车操纵稳定性指标极限与评价方法》中规定了3项评价 指标，即谐振峰频率fp、谐振水平D及相位滞后角a。
• 11.6.4 转向回正试验
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转向回正性试验是鉴别汽车转向回正力的一种试验，也是转
向盘力输入的一个基本试验，该试验能表征和评价一辆汽车由曲
线行驶自由恢复到直线行驶的过渡过程和能力。 • 在本项试验中，在驾驶员松开转向盘之前，驾驶员作用于转
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4．转向特性的判别
(1)中性转向：在车速一定而改变横向加速度时，若名义转向 角的斜率等于阿克曼转角的斜率，则该汽车的转向特性为中性转 向特性，简写为NS。 • 在试验中，若汽车的回转半径不随车速的改变而变化(定转向 盘转角连续加速法试验)或者转向盘转角不随侧向加速度的增大而 增大(定转弯半径法)，则被试汽车的转向特性为中性转向特性(图 11.12)。