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1、汽車的操縱穩(wěn)定性,概述 汽車行駛穩(wěn)定性 輪胎側(cè)偏特性 汽車操縱特性 汽車轉(zhuǎn)向輪振動與穩(wěn)定,5-1 概述,一、汽車操縱穩(wěn)定性定義 汽車操縱穩(wěn)定性是指汽車在行駛過程中，能遵循駕駛員給定的行駛方向 行駛，且受各種外部干擾尚能保持穩(wěn)定行駛的能力。 汽車的操縱穩(wěn)定性包括操縱性和穩(wěn)定性。汽車操縱性是指汽車能夠確切 地響應(yīng)駕駛者轉(zhuǎn)向指令的能力；而穩(wěn)定性是指汽車抵抗外界干擾而保持穩(wěn)定 行駛的能力，或汽車受到外界擾動后恢復(fù)原來運(yùn)動狀態(tài)的能力。通常，汽車 操縱性和穩(wěn)定性兩者關(guān)系密切，若汽車操縱性變壞，則汽車容易產(chǎn)生側(cè)滑、 翻車而失去穩(wěn)定性；而汽車穩(wěn)定性變壞，則汽車又難以操縱直接影響操縱 性。實(shí)際上兩者難以截然分開

2、，因此，常統(tǒng)稱為汽車的操縱穩(wěn)定性。 汽車的操縱穩(wěn)定性不僅影響汽車駕駛的操縱方便程度，而且還決定著高 速汽車的行車安全，所以人們稱汽車操縱穩(wěn)定性是高速車輛的生命線。隨著 汽車保有量的增加和汽車車速的提高，汽車的操縱穩(wěn)定性越來越重要，已成 為現(xiàn)代汽車的主要使用性能之一。,5-1 概述,“飄”汽車自己改變方向。升力或轉(zhuǎn)向系、輪胎、 懸架 等問題。 “反應(yīng)遲鈍”轉(zhuǎn)向反映慢。傳動比太大。 “晃”左右搖擺，行駛方向難于穩(wěn)定。 “喪失路感”操縱穩(wěn)定性不好的汽車在高速或急劇轉(zhuǎn)向 時會喪失路感，導(dǎo)致駕駛員判斷的困難。 “失控”某些工況下汽車不能控制方向。制動時無法轉(zhuǎn) 向,甩尾，側(cè)滑，側(cè)翻。,操縱穩(wěn)定性不好的具體

3、表現(xiàn),二、車輛坐標(biāo)系與轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的時域響應(yīng),1.車輛坐標(biāo)系和汽車主要運(yùn)動形式,2.汽車的時域響應(yīng),汽車瞬態(tài)響應(yīng),轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)：等速直線行駛和等速圓周行駛兩個穩(wěn)態(tài)運(yùn)動之間的過渡過程所對應(yīng)的瞬間運(yùn)動響應(yīng)。,汽車的時域響應(yīng),轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下進(jìn)入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：等速直線行駛，急劇轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，然后維持轉(zhuǎn)角不變，即對汽車施以轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入，汽車經(jīng)短暫的過渡過程后進(jìn)入等速圓周行駛工況。,汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng),汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng),汽車的時域響應(yīng),汽車時域響應(yīng)是把汽車作為開環(huán)控制系統(tǒng)的控制特性。 駕駛員汽車系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)：在汽車行駛過程中，駕駛員根據(jù)需要，操縱轉(zhuǎn)向盤使汽車做轉(zhuǎn)向運(yùn)動。路面的凹凸

4、不平、側(cè)風(fēng)、偏載等影響汽車的行駛。駕駛員根據(jù)道路、交通等情況，通過眼、手及身體感知的汽車運(yùn)動狀況（輸出參數(shù)），經(jīng)過頭腦的分析、判斷（反饋），修正其對轉(zhuǎn)向盤的操縱。如此不斷地反復(fù)循環(huán)，操縱汽車行駛前進(jìn)。,三、人-車閉環(huán)系統(tǒng),四、汽車操縱穩(wěn)定性評價方法,汽車試驗(yàn)的兩種評價方法,客觀評價法 客觀評價法是通過儀器測出表征性能的物理量來評價操縱穩(wěn)定性的方法，它能通過分析求出其與汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)間的關(guān)系。 主觀評價法 主觀評價法就是感覺評價?？紤]到了人的感覺，能發(fā)現(xiàn)儀器不能測試出的現(xiàn)象，是操縱穩(wěn)定性的最終評價方法，但很難給出定量評價數(shù)據(jù)。,汽車操縱穩(wěn)定性評價方法,汽車操縱穩(wěn)定性評價方法,一、側(cè)向穩(wěn)定性 側(cè)向穩(wěn)

5、定性是指汽車抵抗側(cè)翻和側(cè)滑的能力。 1. 側(cè)向穩(wěn)定性條件 若汽車轉(zhuǎn)彎行駛滿足一定條件，則不會產(chǎn)生側(cè)向翻車和滑移。 不側(cè)滑的最高車速 設(shè)汽車在彎道行駛時，不發(fā)生側(cè)向滑移的最高車速為,52 汽車行駛穩(wěn)定性,側(cè)向穩(wěn)定性,畫受力圖分析（汽車在橫向坡度角為的路面等速向右轉(zhuǎn)向行駛）,側(cè)向穩(wěn)定性,汽車在側(cè)向坡道上行駛側(cè)滑的臨界條件 Fyl=Fzl、Fyr=Fzr 或Fyl+ Fyr=（Fzl+Fzr） 其方程如下： FCcosGsin=（FCsin+Gcos） 當(dāng)汽車沿半徑為R之圓周等速行駛時有 整理方程得側(cè)滑前所允許 達(dá)到的最高車速為：,側(cè)向穩(wěn)定性,不側(cè)翻的最高車速 設(shè)汽車在彎道行駛時，不發(fā)生側(cè)向翻車的最

6、高車速為,側(cè)向穩(wěn)定性,汽車在側(cè)向坡道上行駛側(cè)翻的臨界條件 當(dāng)Fzr=0時，汽車可能失去側(cè)向穩(wěn)定而向左側(cè)翻，其不側(cè)翻 的條件為: FCcoshgFCsinB/2+GcosB/2+Gsinhg 當(dāng)汽車沿半徑為R之圓周等速行 駛時有: 利用以上兩式解得：,側(cè)向穩(wěn)定性,汽車側(cè)向穩(wěn)定性系數(shù) 翻車和側(cè)滑相比，翻車導(dǎo)致的后果更為嚴(yán)重。因此，為使 行車安全，應(yīng)使側(cè)滑發(fā)生在側(cè)翻之前，即： VmaxVmax 這樣汽車一旦側(cè)滑，車速就不可能提高，因而保證不會翻 車。由此推得的結(jié)論是： 式中的B/（2hg）稱為汽車側(cè)向穩(wěn)定性系數(shù)，它反映了汽車 抗側(cè)翻的能力。該式表明：當(dāng)側(cè)向穩(wěn)定性系數(shù)大于路面附著系 數(shù)時，汽車側(cè)翻不可

7、能發(fā)生。因此，汽車的輪距越大，質(zhì)心 高度越低，側(cè)向穩(wěn)定性系數(shù)越大，則汽車抗側(cè)翻的穩(wěn)定性就越 好。,側(cè)向穩(wěn)定性,2. 側(cè)向穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn) GB72582004機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件中規(guī)定：車輛 在空載、靜態(tài)狀態(tài)下，向左側(cè)和右側(cè)傾斜最大側(cè)傾穩(wěn)定角，雙 層客車不允許小于28；總質(zhì)量為車輛整備質(zhì)量的1.2以下的 車輛不允許小于30；臥鋪客車不允許小于32。 在國外，有的國家對轎車的抗側(cè)翻能力，規(guī)定了檢驗(yàn)的高 標(biāo)準(zhǔn)和低要求。高標(biāo)準(zhǔn)是指在平坦的水泥或?yàn)r青路面的場地 上，以任意的行駛速度和轉(zhuǎn)向組合操縱，都不得翻車。低要求 是：在平坦堅(jiān)實(shí)的場地上，以50km/h和80km/h的車速行駛，以 500度/秒的角速度把

8、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過180，不得翻車；在平坦的 水泥或?yàn)r青路面的場地上，成一直線布置11根標(biāo)桿，間距為 30m，汽車以72km/h的車速繞桿行駛，不得翻車。,二、縱向穩(wěn)定性,縱向穩(wěn)定性是指汽車上坡或下坡時，汽車抵抗繞后軸或前 軸翻車的能力。當(dāng)?shù)缆返目v向坡度角較大時，汽車重力沿縱向 坡道的分力可能導(dǎo)致汽車的縱翻。研究分析表明，汽車等速行 駛時，上坡比下坡更容易縱翻；上坡行駛時，后輪驅(qū)動的汽車 更容易縱翻。因此，下面以42后輪驅(qū)動汽車等速上坡為例 說明汽車不產(chǎn)生縱翻的條件。,縱向穩(wěn)定性,1汽車上坡時的受力分析 后輪驅(qū)動、勻速上坡、令Fw=0，Mf=0,縱向穩(wěn)定性,2汽車勻速上坡不翻車的最大坡度角max 當(dāng)F

9、Z1=0時，失去轉(zhuǎn)向能力，并可能產(chǎn)生縱向翻倒。 由FZ1=（L2GcoshgGsin）/L，令FZ1=0，解得： tgmax=L2/hg 利用汽車總重力通過后輪與地接觸點(diǎn)也可得上述結(jié)論。為 不致縱翻，路面縱向坡度角： arctg（L2/hg） 由上式知：L2，hg，max則越大，越不易縱翻。,縱向穩(wěn)定性,3考慮后輪滑轉(zhuǎn)情況 設(shè)后輪剛發(fā)生滑轉(zhuǎn)的的道路坡度角為max 由受力圖知：FZ2=（L1Gcos+ hgGsinmax）/L FX2= FZ2=Gsinmax 聯(lián)立解得：tgmax=L1/（Lhg）,縱向穩(wěn)定性,4保證縱向穩(wěn)定性條件（后輪驅(qū)動） 滑轉(zhuǎn)應(yīng)在縱翻之前發(fā)生，即：tgmax tgmax

10、L1/（Lhg）L2/hg L2/hg 正常裝載情況下，上式能滿足。下述情況應(yīng)注意： 裝運(yùn)重心高的貨物。hg 裝點(diǎn)太靠后，使L2 路面條件差，縱向坡度角較大。 一般汽車因L1L2，故下坡時縱翻的危險性較小。,5-3 輪胎側(cè)偏特性,輪胎的側(cè)偏特性主要是指側(cè)偏力、回正力矩與側(cè)偏角的關(guān)系，它是研究 汽車操縱穩(wěn)定性的理論基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。 一、輪胎坐標(biāo)系,概 念,二、輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象,輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象,輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象不僅影響車輪的運(yùn)動軌跡，同 時使輪胎的滾動損失增加，并加劇了輪胎的磨 損，是不利的，但它是不可避免的。,輪胎側(cè)偏示意圖,概念,三、輪胎的側(cè)偏特性,側(cè)偏力FY和側(cè)偏角的關(guān)系曲線， 稱為輪胎的側(cè)偏特性

11、。,輪胎的側(cè)偏特性,在側(cè)偏角不超過可45時，側(cè)偏力FY與側(cè)偏角成線性關(guān)系，可由 下式表示： 式中 k側(cè)偏剛度，由輪胎坐標(biāo)系有關(guān)符號 規(guī)定可知，負(fù)的側(cè)偏力產(chǎn)生正的側(cè)偏角，故k 為負(fù)值，其單位為N/（）或N/rad，它表示 輪胎側(cè)偏一度或一弧度所需的側(cè)偏力。 通常在3以內(nèi)，一般不超過5。,輪胎的側(cè)偏特性 1子午線輪胎；2普通斜交輪胎,四、輪胎結(jié)構(gòu)、工作條件對側(cè)偏特性的影響,半徑尺寸的輪胎，k （絕對值，下同） ； 子午線輪胎接地面寬，k大； 鋼絲輪胎比尼龍輪胎k大； 扁平率：輪胎斷面高度與斷面寬度之比H /B ， k ，如圖； 在一定范圍內(nèi)，載荷 （FZ ） ，k ， 如圖 。但載荷太大時，k；

12、輪胎充氣壓力 ，k ，如圖； 考慮輪胎切向力作用時，其側(cè)偏特性如圖； 潮濕特別在積水時，k 很大。,四、影響側(cè)偏剛度的因素,輪胎的側(cè)偏剛度是決定操縱穩(wěn)定性的重要輪胎參數(shù)，輪胎 應(yīng)有較高的側(cè)偏剛度，以保證汽車良好的操縱穩(wěn)定性。輪胎的 結(jié)構(gòu)型式、輪胎氣壓、垂直載荷對其側(cè)偏剛度影響較大。 尺寸較大的輪胎，承載能力大，k（絕對值，下同）較大； 寬系列輪胎，有較大的接地面積， k 較大，采用寬系列輪胎，是目前提高 k 主要措施； 子午線輪胎接地面寬，k 值比普通斜交輪胎大； 垂直載荷大，變形大，接觸面大，輪胎局部側(cè)滑傾向減少，相當(dāng)于 k 增大，但載荷超過150%額定載荷時，輪胎與地面接觸區(qū)的壓力變得極不

13、均勻，反而使 k 減??； 輪胎氣壓降低，輪胎更富有彈性， k 減小。,附著橢圓,一定側(cè)偏角下，驅(qū)動力或制動力增加時，側(cè)偏力逐漸有所減小，這是由于輪胎側(cè)向彈性有所改變的關(guān)系。當(dāng)縱向力相當(dāng)大時，側(cè)偏力顯著下降，接近附著極限時，切向力已耗去大部分附著力，而側(cè)向力能利用的附著力很小。,五、汽車轉(zhuǎn)向運(yùn)動學(xué),為了反映彈性輪胎側(cè)偏時對汽車轉(zhuǎn)向運(yùn)動的影響，有必要比較剛性車 輪和彈性車輪轉(zhuǎn)向時的幾何關(guān)系。 1. 剛性車輪轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系 根據(jù)圖中的轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系可 推得： R0=L/tan 當(dāng)前輪轉(zhuǎn)角不大時， tan，用弧度表示， 于是上式可寫成： R0=L/,2.彈性車輪轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系,彈性車輪汽車轉(zhuǎn)向運(yùn)動如圖。設(shè)前

14、輪轉(zhuǎn)過角后作穩(wěn)態(tài)等速圓周行駛， 在離心力作用下，前后車輪均受到側(cè)向力的作用，其彈性車輪產(chǎn)生了側(cè)偏 現(xiàn)象，前、后軸車輪產(chǎn)生的側(cè)偏角為1、 2，相應(yīng)的速度方向變?yōu)閂A、VB， 轉(zhuǎn)向瞬心變?yōu)镺，轉(zhuǎn)向半徑變?yōu)镽， 根據(jù)圖中的轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系可推得： R=L/tan（-1）+tan2 當(dāng)轉(zhuǎn)角不大（高速行駛不大）時， tan（-1）+ tan212， 則有： R=L/-（12） 結(jié)論： 彈性車輪汽車處于轉(zhuǎn)向運(yùn)動狀態(tài)時， 由于輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象，使汽車的運(yùn)動軌 跡不同于剛性車輪。, 忽略轉(zhuǎn)向系的影響，直接以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入； 汽車只進(jìn)行平行于地面的平面運(yùn)動，而忽略懸架的作用； 汽車前進(jìn)（縱軸）速度不變，只有沿y軸的

15、側(cè)向速度和繞z 軸的橫擺運(yùn)動(ay0.4g) ； 驅(qū)動力不大，對側(cè)偏特性無影響； 忽略空氣阻力； 忽略左右輪胎因載荷變化引起輪胎特性的變化； 忽略回正力矩的變化。,一、線性二自由度汽車模型的運(yùn)動微分方程,5-4 汽車的操縱特性,轉(zhuǎn)向運(yùn)動分析,t=t 時刻,t=0 時刻,汽車的質(zhì)量分布參數(shù)對于固結(jié)于汽車的動坐標(biāo)系是常數(shù)，因 而可利用該坐標(biāo)系列出其坐標(biāo)軸方向的微分方程,運(yùn)動時的速度變化量,質(zhì)心加速度,Y向力平衡,對質(zhì)心取矩,運(yùn)動微分方程,1. 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的評價指標(biāo) 穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益或轉(zhuǎn)向靈敏度,二、汽車的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)等速圓周運(yùn)動,2. 穩(wěn)定性因數(shù),K 稱為穩(wěn)定性因數(shù)（s2/m2）。 穩(wěn)定性因數(shù)K是表征

16、汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的一個重要參數(shù)，它 把汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)m、L、L1、L2、k1、k2與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性定量地聯(lián) 系起來，以便從設(shè)計(jì)上保證汽車具有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向特性。,3. 穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的三種類型,常用穩(wěn)定性因數(shù)K作為表征汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的參數(shù),過多轉(zhuǎn)向 K0,不足轉(zhuǎn)向 K0,中性轉(zhuǎn)向 K=0,若K=0，則R= R0，汽車轉(zhuǎn)向半徑R和剛性車輪轉(zhuǎn)向半徑R0相 同，汽車具有中性轉(zhuǎn)向特性。 中性轉(zhuǎn)向特性汽車的轉(zhuǎn)向靈敏度與車速的變化關(guān)系曲線，如 圖所示。,（1）中性轉(zhuǎn)向,（2）不足轉(zhuǎn)向,若K0，則RR0，汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性，K值越大，不足轉(zhuǎn)向量越大。 當(dāng)一定時,隨著車速其R。 轉(zhuǎn)向靈敏度比中性轉(zhuǎn)向汽車的小。 特征車速

17、 不足轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)向靈敏度達(dá)到最 大值時所對應(yīng)的車速。,（3）過多轉(zhuǎn)向,若K0，則RR0，汽車具有過多轉(zhuǎn)向特性，K的絕對值越大， 過多轉(zhuǎn)向量越大。當(dāng)一定時，隨著車速其R。 轉(zhuǎn)向靈敏度比中性轉(zhuǎn)向汽車的大。 臨界車速 過多轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)向靈敏度趨于無窮大時所對應(yīng)的車速。,過多轉(zhuǎn)向汽車車速達(dá)到臨界車速時將失去穩(wěn)定性。因?yàn)橹灰粋€很小的轉(zhuǎn)角，橫擺角速度增益z/ 就趨于無窮大。 過多轉(zhuǎn)向汽車在臨界車速下行駛時，很小的轉(zhuǎn)角，就意味著汽車的轉(zhuǎn)向半徑極小，這樣汽車必定發(fā)生激轉(zhuǎn)而發(fā)生側(cè)滑或側(cè)翻。,過多轉(zhuǎn)向,例題,例：某轎車重20.105千牛頓，軸距L=3.2米，前軸軸荷占53.5，后軸軸荷占46.5。 1）如果每個前

18、輪胎的側(cè)偏剛度為-38.92千牛頓弧度、后輪胎的側(cè)偏剛度為38.25千 牛頓弧度，試確定該車的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性及特征車速或臨界車速。 2）如果僅前輪用子午線輪胎代替，其側(cè)偏剛度為-47.82千牛頓弧度，試確定該車的 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性及特征車速或臨界車速。 解：1)汽車的穩(wěn)定性因數(shù)為 K0，該車為不足轉(zhuǎn)向特性汽車，其特征車速： 2) 汽車的穩(wěn)定性因數(shù)為 K0,該車為 過多轉(zhuǎn)向特性汽車,其臨界車速：,三、表征汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的其他參數(shù),1. 用1-2差值表征 1-2=0，說明R=R0，汽車具有中性轉(zhuǎn)向特性。 1-20，說明RR0，汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性。 1-20，說明RR0，汽車具有過多轉(zhuǎn)向特性。,表征汽

19、車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的其他參數(shù),2. 用轉(zhuǎn)向半徑比值表征 R/R0=1 ，中性轉(zhuǎn)向。 R/R01，不足轉(zhuǎn)向，u，R/R0。 R/R01，過多轉(zhuǎn)向，u，R/R0。,3. 用靜態(tài)儲備系數(shù)S.M表征,表征汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的其他參數(shù),靜態(tài)儲備系數(shù)S.M,四、轉(zhuǎn)向特性對汽車操縱穩(wěn)定性的影響,1. 轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性,過多轉(zhuǎn)向汽車車速達(dá)到臨界車速時將失去穩(wěn)定性。因?yàn)橹灰粋€很小的轉(zhuǎn)角，橫擺角速度增益z/ 就趨于無窮大，必將導(dǎo)致汽車急轉(zhuǎn)而發(fā)生側(cè)滑或側(cè)翻。 不足轉(zhuǎn)向汽車穩(wěn)定性好，但轉(zhuǎn)向靈敏性差，在相同的彎道行駛時，前輪的轉(zhuǎn)角較大，駕駛者應(yīng)多轉(zhuǎn)一下轉(zhuǎn)向盤。 中性轉(zhuǎn)向汽車趨于兩者之間，但有向過多轉(zhuǎn)向變化的危險。,2. 直行抗干

20、擾能力,中性轉(zhuǎn)向特性汽車運(yùn)動簡圖,中性轉(zhuǎn)向,直行抗干擾能力差，駕駛麻煩，輪胎磨損嚴(yán)重,無直行抗干擾能力，駕駛操縱性差，是一種不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向特性,過多轉(zhuǎn)向,過多轉(zhuǎn)向特性汽車運(yùn)動簡圖,直行抗干擾能力強(qiáng)，駕駛操縱性好，現(xiàn)代汽車均采用不足轉(zhuǎn)向特性,不足轉(zhuǎn)向,不足轉(zhuǎn)向特性汽車運(yùn)動簡圖,結(jié) 論,不足轉(zhuǎn)向特性的汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性，所以現(xiàn)代汽車 都采用不足轉(zhuǎn)向特性。人們已習(xí)慣于駕駛具有不足轉(zhuǎn)向特性的 汽車，知道如何控制轉(zhuǎn)向盤使汽車遵循期望的路徑行駛。若汽 車的轉(zhuǎn)向特性因使用因素的變化而突然發(fā)生改變，由于駕駛者 的經(jīng)驗(yàn)不適應(yīng)新的、不良的轉(zhuǎn)向特性，則轉(zhuǎn)彎時就有可能出現(xiàn) 汽車失控而造成事故。,五、影響轉(zhuǎn)向特性的

21、因素,1汽車質(zhì)量分配與車輪側(cè)偏剛度的匹配,影響轉(zhuǎn)向特性的因素,2. 輪胎氣壓的變化 輪胎充氣壓力 ，k的絕對值 。因此前輪胎充 氣壓力 ，則汽車趨于過多轉(zhuǎn)向特性。 同理可分析 前后輪胎充氣壓力變化對轉(zhuǎn)向特性的影響。,影響轉(zhuǎn)向特性的因素,3. 輪胎結(jié)構(gòu)的不同,寬系列輪胎 子午線輪胎 輪胎的結(jié)構(gòu)不能隨意 更換,輪胎的側(cè)偏特性 1子午線輪胎；2普通斜交輪胎,影響轉(zhuǎn)向特性的因素,4汽車的驅(qū)動型式 轉(zhuǎn)向時施加于驅(qū)動輪上的切向力增加，車輪的側(cè)偏剛度將下降。因此，后輪驅(qū)動車輛，轉(zhuǎn)向時有減少不足轉(zhuǎn)向特性、向過多轉(zhuǎn)向特性變化的趨勢；前輪驅(qū)動車輛，轉(zhuǎn)向時有增加不足轉(zhuǎn)向特性的趨勢。,5左、右輪垂直載荷再分配,在側(cè)傾

22、力矩的作用下，汽車左右車輪的垂直載荷發(fā)生變化，這將導(dǎo)致輪胎的側(cè)偏特性變化而使汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性發(fā)生變化。 左右車輪垂直載荷差別越大，側(cè)偏剛度越小。 若前軸左右車輪的垂直載荷變化大，則趨于不足轉(zhuǎn)向。后軸左右車輪的垂直載荷變化大，則為趨于過多轉(zhuǎn)向。 車輪左右載荷的變動取決于：側(cè)傾角剛度、質(zhì)心位置等。,注意！,側(cè)傾轉(zhuǎn)向:是在側(cè)向力作用下，車廂發(fā)生側(cè)傾，而引起 車輪偏轉(zhuǎn)，即車輪圍繞垂直軸線或轉(zhuǎn)向節(jié)主 銷轉(zhuǎn)動。 也稱軸轉(zhuǎn)向: 發(fā)生側(cè)傾轉(zhuǎn)向時，車軸發(fā)生繞垂直軸 線的轉(zhuǎn)動。 也稱運(yùn)動學(xué)側(cè)偏: 車軸和車輪圍繞垂直軸線的轉(zhuǎn)動與 輪胎側(cè)偏之效果一樣。,6.側(cè)傾轉(zhuǎn)向,后軸的軸轉(zhuǎn)向?qū)Ψ€(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的影響,在側(cè)傾作用下板簧

23、懸架的軸轉(zhuǎn)向,7. 側(cè)傾時車輪外傾角變化,車身傾斜時，由于懸架形式不同，車輪外傾角會發(fā)生變化， 使輪心前進(jìn)方向發(fā)生變化，這與輪胎側(cè)偏具有相同的效果，可 使汽車的轉(zhuǎn)向特性發(fā)生變化。 車廂側(cè)傾時，因懸架形式不同，對車輪的傾斜有不同的影 響。車廂側(cè)傾時，車輪傾斜有三種情況。 保持外傾角不變，如非獨(dú)立懸架，無影響,沿側(cè)向力方向傾斜，側(cè)偏角。如單縱臂式（富康轎車后懸架）、雙橫臂式，燭式懸架（一般轎車的前懸架）。,沿側(cè)向力相反方向傾斜，側(cè)偏角。如單橫臂式懸架（小向心加速度）。 因此，車身傾斜時，對汽車的轉(zhuǎn)向特性有一定的影響。正常情況下，車輪傾斜56將使輪胎側(cè)偏角改變1。為了獲得良好的汽車操縱穩(wěn)定性，前后懸

24、架的形式應(yīng)合適。,5-5 轉(zhuǎn)向輪的擺振與穩(wěn)定,一、轉(zhuǎn)向輪的振動 1現(xiàn)象 1）轉(zhuǎn)向輪繞主銷振動：方向盤居中時，轉(zhuǎn)向輪繞主銷擺振，如圖b。 2）角振動：汽車前軸在垂直的橫向平面內(nèi)產(chǎn)生角振動a，即左、右車輪上、下跳動，甚至使其跳離地面。 轉(zhuǎn)向輪的這兩種振動形式，即前輪的上下跳動和繞主銷的擺動，兩者彼 此不是孤立的，它們之間存在著回轉(zhuǎn)聯(lián)系。,轉(zhuǎn)向輪的振動,2結(jié)果 1）高速時汽車蛇形前進(jìn)，嚴(yán)重時駕駛員無法扶穩(wěn)激烈擺動的方向盤。 2）轉(zhuǎn)向輪的振動使輪胎磨損急劇增加，并增加了轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的動載荷，降低零件的使用壽命。 3）轉(zhuǎn)向輪的振動嚴(yán)重地影響了汽車的行駛安全。為避免轉(zhuǎn)向輪振動產(chǎn)生的不良后果，駕駛員被迫降低行駛

25、速度，因而使汽車的運(yùn)輸生產(chǎn)率降低。,二、轉(zhuǎn)向輪擺振的原因,1前軸角振動引起轉(zhuǎn)向輪擺振 行駛中，車輪受路面不平的沖擊，前軸在垂直的橫向平面 內(nèi)產(chǎn)生角振動，在某一車速下，來自路面不平的沖擊頻率與前 軸角振動的固有頻率接近時，發(fā)生共振，嚴(yán)重時，一邊的車輪 可以跳離地面。 前軸角振動使具有較大轉(zhuǎn)動慣量的車輪旋轉(zhuǎn)平面的方位改 變(不含車輪旋轉(zhuǎn)平面的平移)，由于陀螺儀效應(yīng)的影響，引起 轉(zhuǎn)向輪在水平平面內(nèi)繞主銷左右擺振。,1）陀螺儀效應(yīng)的原理,陀螺儀效應(yīng)的原理圖如下。設(shè)一外力矩M使儀架在簡圖平面內(nèi)繞O點(diǎn)以角 速度d/dt旋轉(zhuǎn)，由于飛輪平面傾斜，則陀螺儀儀架繞垂直軸OO以角 速度回轉(zhuǎn)。這個運(yùn)動稱為進(jìn)動，是在所

26、謂回轉(zhuǎn)力矩Mg的作用下實(shí)現(xiàn)的。 其力矩Mg為： Mg=JKKd/dt 式中 JK飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，相當(dāng)于 車輪的轉(zhuǎn)動慣量； K飛輪的角速度； d/dt飛輪側(cè)傾的角速度， 相當(dāng)于車輪角振動的角速度。 飛輪側(cè)傾的角速度d/dt及飛輪的 角速度K愈大，則回轉(zhuǎn)力矩Mg愈大， 陀螺儀儀架的進(jìn)動速度亦愈大。,陀螺儀效應(yīng)的原理,行駛中的汽車轉(zhuǎn)向輪類似陀螺儀。當(dāng)路面不平引起車輪上下 跳動時，轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生陀螺儀效應(yīng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向輪左右擺振，其擺 振規(guī)律是：左下左，左上右；右下右，右上左。即如果左前輪 向下跳動，該輪會繞主銷向左偏轉(zhuǎn)，左前輪向上跳動，該輪會 向右偏轉(zhuǎn)；右前輪向下跳動，該輪會向右偏轉(zhuǎn)，右前輪向上跳 動，該輪

27、會向左偏轉(zhuǎn)。這一現(xiàn)象可以從陀螺儀的演示得到證 實(shí)。,2）消除陀螺儀效應(yīng)的措施,減少懸架下前軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量，提高角振動的固有頻率。 改善公路狀況，保持公路的平整。 適當(dāng)降低輪胎氣壓，增加輪胎的吸振能力。 在轎車上，常采用雙橫臂獨(dú)立懸架。如采用等長的雙橫臂獨(dú)立懸架，在車輪上下跳動時，車輪的旋轉(zhuǎn)平面不會傾斜，因而不產(chǎn)生繞主銷的擺振。但是車輪跳動時，輪距的變化較大，這會增加輪胎的磨損，所以目前多采用b圖所示的不等長雙橫臂結(jié)構(gòu)。它是一種折中方案，既可使車輪的旋轉(zhuǎn)平面傾斜較少，又可使輪距變化不大。,2轉(zhuǎn)向車輪不平衡引起轉(zhuǎn)向輪擺振,1）車輪的靜不平衡 若車輪的質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心不重合，則該車輪為靜不平衡。靜不

28、平衡的車 輪在旋轉(zhuǎn)時，由于存在著不平衡質(zhì)量，因而產(chǎn)生離心力，如圖所示。該離 心力F可分解為一個水平分力Fx和一個垂直分力Fy。車輪每轉(zhuǎn)動一周，水平 分力Fx在通過車輪旋轉(zhuǎn)中心水平線的c、d兩點(diǎn)時達(dá)到最大值且方向相反， 易引起車輪的前后竄動，它將產(chǎn)生繞主銷來回 擺動的力矩，造成轉(zhuǎn)向輪擺振。而垂直分力Fy 在通過車輪旋轉(zhuǎn)中心垂直線的a、b 兩點(diǎn)時達(dá)到 最大值且方向相反，易引起車輪的上下跳動， 它使前軸產(chǎn)生角振動，由于陀螺儀效應(yīng)它也會 引起轉(zhuǎn)向輪擺振。當(dāng)左、右轉(zhuǎn)向輪的不平衡質(zhì) 量相互處于180位置時，轉(zhuǎn)向輪擺振將最為嚴(yán) 重。,2）車輪的動不平衡,靜平衡的車輪，若車輪的質(zhì)量分布相對于車輪縱向中心面不對

29、稱，則會 造成車輪的動不平衡，如下圖所示。假定點(diǎn)和點(diǎn)上分別具有兩個質(zhì)點(diǎn)m1和 m2，其質(zhì)量相等方位相反，車輪質(zhì)心與車輪旋轉(zhuǎn)軸心重合，即車輪處于靜 平衡狀態(tài)。當(dāng)該車輪旋轉(zhuǎn)時，m1和m2將分別產(chǎn)生離心力，雖然其離心力的合 力為零，但離心力位于不同平面內(nèi)，二力構(gòu)成的合力矩卻不為零。因而， 在車輪轉(zhuǎn)動時，由離心力作用而產(chǎn)生的方向反復(fù)變動的力偶M，使車輪處于 動不平衡中。若轉(zhuǎn)向輪動不平衡，則車輪轉(zhuǎn)動時，由于M的作用，將會造成 車輪繞主銷擺振。,車輪的不平衡,3）消除車輪不平衡的措施 車輪應(yīng)進(jìn)行動平衡試驗(yàn)（就車或拆下），必要時進(jìn)行動平 衡作業(yè)。選擇兩邊輪輞平面作為平衡平面，根據(jù)需要打裝適當(dāng) 質(zhì)量的平衡卡子

30、。,3前懸架與轉(zhuǎn)向系運(yùn)動學(xué)關(guān)系不協(xié)調(diào)引起的擺振,如圖所示，當(dāng)車輪上下跳動時，轉(zhuǎn)向節(jié)球銷O應(yīng)繞鋼板彈簧 固定吊耳的O1點(diǎn)擺動，同時O點(diǎn)只能繞轉(zhuǎn)向器的O2點(diǎn)擺動，由于 兩擺動的軌跡不重合，因而轉(zhuǎn)向節(jié)將相對于主銷發(fā)生轉(zhuǎn)動，故 引起車輪左右擺振。 消除措施：將轉(zhuǎn)向機(jī)與鋼板彈簧固定吊耳盡量靠近，使兩軌 跡相重合。,三、轉(zhuǎn)向輪的穩(wěn)定,存在轉(zhuǎn)向輪擺振的原因，但不一定就造成轉(zhuǎn)向輪擺振。因?yàn)?轉(zhuǎn)向輪還存在著穩(wěn)定效應(yīng)。 轉(zhuǎn)向輪穩(wěn)定效應(yīng)是指轉(zhuǎn)向輪具有保持居中位置（直線行駛位 置）及轉(zhuǎn)向后自動返回到中間位置的能力。 轉(zhuǎn)向輪的穩(wěn)定效應(yīng)是由穩(wěn)定力矩來完成的，穩(wěn)定力矩的作用 是阻止車輪偏轉(zhuǎn)并力圖使轉(zhuǎn)向輪保持居中位置。其穩(wěn)定

31、力矩的 大小主要取決于轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)及輪胎的側(cè)偏效應(yīng)。穩(wěn)定力矩 主要有以下幾項(xiàng)。,1主銷內(nèi)傾時，法向反作用力FZ形成穩(wěn)定力矩MZ,汽車直行時，F(xiàn)Z與主銷軸線在同一平面，此時MZ=0。當(dāng)轉(zhuǎn) 向輪繞主銷偏轉(zhuǎn)角后，F(xiàn)Z與主銷軸線不在同一平面，位于空 間相錯位置，具有力矩TZ，其方向與車輪偏轉(zhuǎn)方向相反，起 阻止車輪偏轉(zhuǎn)的作用，轉(zhuǎn)向時駕駛員必須施加力矩來克服該力 矩，轉(zhuǎn)向后該力矩可使車輪具有自動回正的作用。 其MZ=f（，）， ，MZ，與其他條件無 關(guān)。它是汽車低速行駛時起主要作用的穩(wěn)定力矩。,2主銷后傾時，側(cè)向反作用力Fy形成的穩(wěn)定力矩MY,1）作用原理 轉(zhuǎn)向時產(chǎn)生穩(wěn)定力矩。圖中轉(zhuǎn)向輪向右轉(zhuǎn)動，Y為離

32、心力 之側(cè)向分力，F(xiàn)Y為側(cè)向反作用力，e為后傾拖距，其力矩為 MY=FYe，方向與前輪偏轉(zhuǎn)相反，是穩(wěn)定力矩，轉(zhuǎn)向后撒 手，MY可使轉(zhuǎn)向輪自動回正。只要前輪偏轉(zhuǎn)，MY就會存在。,穩(wěn)定力矩MY,2）MY特點(diǎn) 它與離心力成正比；當(dāng)轉(zhuǎn)向半徑一定時，與V2成正比。低速時， MY很小，比MZ小得多，但在高速時， MY很大，比MZ大得多。 MY 主要是在高速時起作用，而MZ主要在低速時起作用，兩者相互補(bǔ)充，在整個車速范圍均起作用。 汽車直線行駛時，若汽車受側(cè)向力， MY成為非穩(wěn)定力矩。其力矩將促使轉(zhuǎn)向輪朝側(cè)向力方向偏轉(zhuǎn)。,3側(cè)偏時，側(cè)向反作用力Fy形成的穩(wěn)定力矩MY,1）側(cè)偏時穩(wěn)定力矩MY 的形成與作用原理

33、 側(cè)偏時輪胎印跡上的側(cè)向反力分布見圖，其合力作用點(diǎn)位 于印跡中點(diǎn)之后，偏距為ba，其FYba即為穩(wěn)定力矩。,2）穩(wěn)定力矩MY的影響因素,Fy、的影響。Fy，側(cè)偏角，印跡愈長，ba，則MY 。但Fy過大達(dá)到附著極限時，F(xiàn)y，則ba 。試驗(yàn)表明，開始增加時， MY ，當(dāng)=46時， MY最大，再使，則MY，在=1016時，其MY=0。 輪胎的結(jié)構(gòu)型式的影響。在同樣側(cè)偏角時，子午胎的穩(wěn)定力矩較普通斜交胎大。原因是：子午胎徑向變形大；Fy大。 輪胎氣壓的影響。PW，印跡增長， ba，穩(wěn)定力矩。 FZ的影響。FZ，印跡增長， ba，穩(wěn)定力矩。 現(xiàn)代高速轎車，由于前輪承受的重力增加，并且廣泛采用低壓胎，因

34、此，輪胎側(cè)向偏離所產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩相應(yīng)增加，這常使高速時轉(zhuǎn)向感到沉 重。由試驗(yàn)知，側(cè)偏角1引起的穩(wěn)定力矩，相當(dāng)于主銷后傾56的效 果，所以在現(xiàn)代轎車上，為了避免轉(zhuǎn)向沉重，可相應(yīng)地減少主銷后傾角。 在個別情況下，甚至使其為0或負(fù)值，如紅旗轎車的主銷后傾角為1。,4側(cè)偏時，切向反作用力FX形成的穩(wěn)定力矩MX,轉(zhuǎn)向時，側(cè)偏引起的內(nèi)外輪切向力的作用線到主銷的距離不等，力矩： MX=FX0L0FXiLi 如MX與車輪偏轉(zhuǎn)反向，則是穩(wěn)定力矩；如MX與車輪偏轉(zhuǎn)同向，則是非 穩(wěn)定力矩。 對于前輪驅(qū)動汽車，轉(zhuǎn)向時施加驅(qū)動力的情況下，MX為穩(wěn)定力矩。 對于后輪驅(qū)動汽車、對于制動時轉(zhuǎn)向來說，MX為非穩(wěn)定力矩。因此，轉(zhuǎn)

35、 彎制動時易產(chǎn)生過分偏轉(zhuǎn)，應(yīng)緊握方向盤。,5轉(zhuǎn)向系的摩擦力矩M,方向盤施加的力矩，經(jīng)轉(zhuǎn)向傳動系放大后，要能克服轉(zhuǎn)向系 的摩擦力矩M及前述各項(xiàng)穩(wěn)定力矩，才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。由此可 知， M 起阻止轉(zhuǎn)向的作用，是穩(wěn)定力矩，它對保持汽車直線 行駛性能是有利的。但是轉(zhuǎn)向后它又起阻止回正的作用，所以 它又是非穩(wěn)定力矩。因此，設(shè)計(jì)時常要求轉(zhuǎn)向輪位于中間位置 （直線行駛）且轉(zhuǎn)角在小范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中有較大的摩擦阻 力。 結(jié)論：實(shí)際汽車行駛時轉(zhuǎn)向輪的穩(wěn)定效應(yīng)，是上述各穩(wěn)定 力矩綜合作用的結(jié)果。合適的穩(wěn)定力矩值可防止轉(zhuǎn)向輪左右擺 振且具有自動回正作用，但過大的穩(wěn)定力矩會使轉(zhuǎn)向沉重。,5-6 汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性檢測,測定前，在平坦的堅(jiān)硬廣場上畫R0=15m的圓道印跡。測定時，汽車開始 以最低穩(wěn)定車速沿半徑15 m的圓道印跡作等速圓周行駛，并保持汽車轉(zhuǎn)向 盤的轉(zhuǎn)角不變，再采用逐級加速法 或連續(xù)加速法提高汽車的車速，然 后根據(jù)汽車加速行駛后車輪的行駛 軌跡定性判斷汽車的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性， 如圖所示。若汽車轉(zhuǎn)向半徑不變， 則汽車具有中性轉(zhuǎn)向特性；若汽車 轉(zhuǎn)向半徑變大，則汽車具有不足轉(zhuǎn) 向特性；若汽車轉(zhuǎn)向半徑變小，則 汽車具有過多轉(zhuǎn)向特性。,