5.1 汽 車(chē) 操 縱 穩(wěn) 定 性 研 究 的 主 要 內(nèi) 容5.2 汽 車(chē) 極 限 行 駛 穩(wěn) 定 性5.3 輪 胎 的 側(cè) 偏 特 性5.4 汽 車(chē) 的 轉(zhuǎn) 向 特 性5.5 汽 車(chē) 轉(zhuǎn) 向 輪 的 振 動(dòng) 5.6 轉(zhuǎn) 向 輪 的 穩(wěn) 定 效 應(yīng)目 錄 操 縱 性 ： 汽 車(chē) 能 夠 確 切 地 響 應(yīng) 駕 駛 員 轉(zhuǎn) 向 指 令 的 能 力 。穩(wěn) 定 性 ： 汽 車(chē) 行 駛 中 具 有 抵 抗 改 變 行 駛 方 向 的 各 種 干 擾 并 保 持 穩(wěn) 定 行 駛 的 能 力 。 1、 極 限 行 駛 穩(wěn) 定 性 橫 向 傾 翻 的 最 大 坡 度 ； 橫 向 傾 翻 的 最 大車(chē) 速 ； 縱 向 行 駛 穩(wěn) 定 性 。2、 直 線 行 駛 性 能 抗 側(cè) 風(fēng) 和 路 面 不 平 度 的 穩(wěn) 定 性 。3、 轉(zhuǎn) 向 輕 便 性 原 地 轉(zhuǎn) 向 輕 便 性 (靜 態(tài) ) 行 駛 轉(zhuǎn) 向 輕 便 性 (動(dòng) 態(tài) )4、 轉(zhuǎn) 向 靈 敏 性 時(shí) 域 響 應(yīng) ： 穩(wěn) 態(tài) 響 應(yīng) 、 瞬 態(tài) 響 應(yīng) ； 頻 域 響 應(yīng) ： 振 幅 比 (增 益 )、 相 位 比 。 1. 橫向傾翻的最大坡度 2. 橫向傾翻的最大車(chē)速 3. 縱向行駛穩(wěn)定性 汽 車(chē) 在 坡 道 尤 其 是 橫 坡 上 喪 失 穩(wěn) 定 性 的表 現(xiàn) 為 汽 車(chē) 的 翻 傾 和 滑 移 ： 靜 態(tài) 受 力 分 析如 右 圖 示 ： 當(dāng) 角 增 大 到 重 力 G通 過(guò) A點(diǎn) 時(shí) 的 角 稱(chēng) 為 橫 向 傾 翻 的 極 限坡 度 ， 此 時(shí) 得 gg hBhBtg 22/max 實(shí) 際 上 ， 大 多 數(shù) 汽 車(chē) 在 未 達(dá) 到 max時(shí) 就 開(kāi) 始 滑 動(dòng) ， 主 要 是 由于 驅(qū) 動(dòng) 輪 與 地 面 的 附 著 力 F不 夠 造 成 的 。 1.橫向傾翻的最大坡度hgFzl FzrB GsinGcos G 下 面 進(jìn) 一 步 分 析 汽 車(chē) 側(cè) 滑 在 翻 傾 之 前 的 條 件 ： 設(shè) 在 坡 道 上 轉(zhuǎn) 向 ， 則 產(chǎn) 生 一 離 心 力 Fc， 在 離 心 力 的 作 用 下 可 能 向 左 翻 傾 ， 則 向 左 的 力 矩 必 須 大 于 向 右 的 力 矩 ： 2 2m a x m a x c o s s in 2c o s s in .2 ( 2 ) 22 , , , .c g cgc g ggB BF h FBG G hm v G vF g RRg R B h tgv h B tghtgv 式 中 離 心 力代 入 上 式 整 理 得 ：若 分 母 為 零則 任 意 車(chē) 速 不 翻 傾 a.發(fā) 生 翻 傾 條 件 ： hgF zl FzrB GA Fxl FxtFc A b.發(fā) 生 側(cè) 滑 條 件 ：2 max max1 cos sin ( sin cos ) : ( ) 1 , , c ccF F G F GGvF gRgR tgv tgtg v 將 代 入 式 整 理當(dāng) 則 任 意 車(chē) 速 不 側(cè) 滑 。 c、 側(cè) 滑 在 翻 傾 之 前 的 條 件 為 了 保 證 安 全 ， 應(yīng) 使 側(cè) 滑 在 翻 傾 之 前 ， 則 必 須vmax B/2hg， 說(shuō) 明 產(chǎn) 生 不 了 側(cè) 滑 ， 只 得 發(fā) 生 傾 翻 ，小 轎 車(chē) 的 重 心 低 ， 一 般 能 滿 足 B/2hg， 在 彎 通 高 速 行 駛 容 易 側(cè) 翻 。 若 彎 道 的 外 側(cè) 比 內(nèi) 側(cè) 高 ， 由 于 重 力 的 橫 向 分 力 與 轉(zhuǎn)彎 中 離 心 力 的 橫 向 分 力 相 反 ， 可 以 避 免 側(cè) 翻 ， 可 以 略 提高 行 駛 速 度 。 所 以 公 路 在 彎 道 處 ， 路 面 都 是 外 側(cè) 高 于 內(nèi)側(cè) 。 3.縱向行駛穩(wěn)定性 汽 車(chē) 的 縱 向 行 駛 穩(wěn) 定 性 決 定 于 重 心 高 度 和 重 心至 前 軸 （ 或 后 軸 ） 的 距 離 。 tgmax=a/ hg tgmax=b/ hg 分 析 從 略 ， 與 橫 向 分 析 方 法 相 同 。汽 車(chē) 坐 標(biāo) 系 及 汽 車(chē) 的 主 要運(yùn) 動(dòng) 形 式 ： 前 進(jìn) 速 度 v： 質(zhì) 心 速 度沿 X 軸 的 分 量 ； 側(cè) 傾 角 速 度 p(roll velocity)： 質(zhì) 心 繞 X 軸 旋 轉(zhuǎn)角 速 度 。 z yx側(cè) 傾 角 速 度 p前 進(jìn) 速 度 u 俯 仰 角 速 度 q橫 擺 角 速 度 r 垂 直 速 度 w側(cè) 向 加 速 度 ay側(cè) 向 速 度 v圖 5 2 車(chē) 輛 坐 標(biāo) 系 與 汽 車(chē) 的 主 要 運(yùn) 動(dòng) 形 式 側(cè) 向 速 度 v： 質(zhì) 心 速 度 沿 Y 軸 的 分 量 ； 俯 仰 角 速 度 q(pitch velocity)： 質(zhì) 心 繞 Y軸 旋 轉(zhuǎn)角 速 度 ； 垂 直 速 度 v： 質(zhì) 心 速 度 沿 Z 軸 的 分 量 ； 橫 擺 角 速 度 r(yaw velocity)： 質(zhì) 心 繞 Z軸 旋 轉(zhuǎn) 角速 度 。 z yx側(cè) 傾 角 速 度 p前 進(jìn) 速 度 u 俯 仰 角 速 度 q橫 擺 角 速 度 r垂 直 速 度 w側(cè) 向 加 速 度 a y 側(cè) 向 速 度 v圖 5 2 車(chē) 輛 坐 標(biāo) 系 與 汽 車(chē) 的 主 要 運(yùn) 動(dòng) 形 式 側(cè) 偏 特 性 主 要 是 指 側(cè) 偏 力 、 回 正 力 矩 與 側(cè) 偏角 之 間 的 關(guān) 系 。 1） 輪 胎 坐 標(biāo) 系 (tyre axis system) 當(dāng) 車(chē) 輪 中 心 沿 Y 軸 方 作 用 有 側(cè) 向 力 FY， 地 面 將 產(chǎn) 生地 面 側(cè) 向 反 作 用 力 FY 。 由 于 輪 胎 具 有 彈 性 ， 即 使 FY沒(méi) 有達(dá) 到 附 著 極 限 ， 車(chē) 輪 行 駛 方 向 亦 將 偏 離 X 軸 線 方 向 。 這時(shí) 輪 胎 出 現(xiàn) 側(cè) 偏 特 性 。 由 于 輪 胎 側(cè) 向 變 形 ， 輪 上 的 b點(diǎn) 將 不 與 支 承 面 上 的 b1接 觸 ， 而 與 b 1接 觸 ， c點(diǎn) 與 c1 接 觸 ， 如 此 類(lèi) 推 。 輪 胎 在支 承 面 上 的 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 af 相 對(duì) 于 車(chē) 輪 平 面 偏 離 某 一 角 度 。 a b1bcdef d1c1e1f1 bcdef ab1 c1d1 e1f1 b1c1d1e1f1 FYFY W 輪 胎 側(cè) 偏 角 (side-slip-angle)： 輪 胎 接 地 中 心 的 引 進(jìn) 方 向 與 車(chē) 輪 中 心 平 面方 向 間 的 夾 角 。 側(cè) 向 力 與 產(chǎn) 生 的 側(cè) 偏 角 的 關(guān) 系 曲 線 ， 稱(chēng) 為車(chē) 輪 的 側(cè) 偏 特 性 。 當(dāng) 不 超 過(guò) 4 5 時(shí) ， Fy與 成 線 性 關(guān) 系 Fy ， 即 ： Fy=k Fy 曲 線 在 =0 處 的 斜 率 稱(chēng) 為 側(cè) 偏 剛 度k(cornering stiffness)， 其 單 位 為 N/rad (或 N/()）其 值 為 負(fù) 值 ， 因 負(fù) 的 側(cè) 偏 力 產(chǎn) 生 正 的 側(cè) 偏 角 。 因 此 ， 側(cè) 偏 剛 度 為 負(fù) 值 ， 即 Fy=-FY， Fk=-k。2） 輪 胎 的 側(cè) 偏 現(xiàn) 象 、 側(cè) 偏 特 性 曲 線 圖 5 3 輪 胎 的 坐 標(biāo) 系 與 地 面 作 用 于 輪 胎 的 力 和 力 矩xzy 正 外 傾 角 正 回 正 力 矩 Tz車(chē) 輪 行 駛 方 向車(chē) 輪 平 面 車(chē) 輪 旋 轉(zhuǎn) 軸 線正 地 面 側(cè) 向 反 作 用 力 FY正 地 面 法 向反 作 用 力 FZ正 地 面 切 向反 作 用 力 FX正 翻 轉(zhuǎn) 力 矩 TX正 TY 正 側(cè) 偏 角O 垂 直 載 荷 對(duì) k的 影 響 ： G， F， 側(cè) 滑 傾 向 ， k 輪 胎 結(jié) 構(gòu) 對(duì) k的 影 響 ： 輪 胎 寬 度 ， k ； 輪 胎 氣 壓 ， k ； 子 午 胎 ： k 。 必 須 注 意 ： 輪 胎 的 側(cè) 偏 現(xiàn) 象 的 產(chǎn) 生 是 由 于 輪胎 的 側(cè) 向 彈 性 變 形 ， 與 輪 胎 在 道 路 上 的 側(cè) 滑 有 本質(zhì) 的 區(qū) 別 。 輪 胎 的 側(cè) 偏 現(xiàn) 象 不 僅 影 響 車(chē) 輪 的 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 ，而 且 加 劇 輪 胎 的 磨 損 ； 輪 胎 的 側(cè) 向 變 形 使 滾 動(dòng) 阻力 增 加 。 3） 回 正 力 矩 (aligning torque) 由 路 面 作 用 在 輪 胎 上 的 力 矩 矢 量 ， 使 輪 胎 繞Z 軸 旋 轉(zhuǎn) 的 分 量 ， 稱(chēng) 為 回 正 力 矩 。cc c c c c ccaa aa aa aav v ve FY 345附 著 極 限接地印記內(nèi)地面?zhèn)认蚍醋饔昧Φ姆植寂c回正力矩的產(chǎn)生圖 5 4 設(shè) 汽 車(chē) 以 中 速 或 高 速 轉(zhuǎn) 向 時(shí) ， 在 汽 車(chē) 質(zhì) 心上 產(chǎn) 生 一 個(gè) 離 心 力 。 為 了 平 衡 離 心 力 ， 路 面 對(duì)輪 胎 產(chǎn) 生 相 應(yīng) 的 側(cè) 向 反 作 用 力 ， 即 側(cè) 偏 力(cornering force)。 輪 胎 在 側(cè) 偏 力 的 作 用 下 將 產(chǎn)生 側(cè) 偏 ， 形 成 相 應(yīng) 的 側(cè) 偏 角 。 假 設(shè) ： 忽 略 地 面 切 向 反 力 對(duì) 側(cè) 偏 特 性 影 響 ，忽 略 空 氣 阻 力 的 影 響 ， 忽 略 左 右 輪 受 載 荷 變 化的 影 響 ， 于 是 汽 車(chē) 簡(jiǎn) 化 為 由 前 、 后 兩 個(gè) 輪 胎 支承 ， 具 有 側(cè) 向 和 橫 擺 兩 個(gè) 自 由 度 汽 車(chē) 模 型 。 OB ACR Lv2 v12 1 0 0-12 r圖 5 5 汽 車(chē) 穩(wěn) 態(tài) 轉(zhuǎn) 向 運(yùn) 動(dòng) 簡(jiǎn) 圖E Fyc Fy1Fy2 vc 參 數(shù) 說(shuō) 明 ： 設(shè) 前 輪 轉(zhuǎn) 角 ， 轉(zhuǎn) 彎 半 徑 r， FY1， FY2： 前 、 后 輪 的 側(cè) 偏 力 。 v1， vc， v2： A， B， C三 點(diǎn) 的 速 度 。 Fc： 質(zhì) 心 的 離 心 力 FcY： Fc在 Y方 向 上 的 分 力 1 2( ) tgAE BEtg OE OE 兩 式 相 加 ， 且 AE+BE=L， 則 tg(-1) + tg2 = L/R。 因 2 、 、 1較 小 ， 則 -1 +2 L/R，故 = L/R + 1 -21、 計(jì) 算 轉(zhuǎn) 向 角 由 幾 何 關(guān) 系 ： 設(shè) 汽 車(chē) 在 水 平 道 路 上 作 等 速 圓 周 運(yùn) 動(dòng) ， 則作 用 在 汽 車(chē) 上 的 側(cè) 向 力 為 離 心 力 的 側(cè) 向 分 力 。2、 計(jì) 算 1 ， 22 2 1 1 1 22 21 2 , cos cy Y Ycy cyY YY YF b F aF FL LF FGv b Gv aF FgR L gR Lmv GvF R gR ，當(dāng) 不 大 時(shí)故 ， 2 21 21 2 2 21 21 21 2 , Y YY G vF gRGvF gR G Gv vF k k gR k gR 則 ，又 ， 故 汽 車(chē) 看 成 一 個(gè) 系 統(tǒng) ， 前 輪 轉(zhuǎn) 角 視 為 輸 入 ， 汽 車(chē) 穩(wěn)態(tài) 橫 擺 角 速 度 r視 為 輸 出 ， r = v/R 汽 車(chē) 穩(wěn) 態(tài) 橫 擺 角 速 度 r與 前 輪 轉(zhuǎn) 角 之 比 稱(chēng) 為 汽車(chē) 的 穩(wěn) 態(tài) 橫 擺 角 速 度 增 益 (teady state yaw velocity gain)。3、 計(jì) 算 轉(zhuǎn) 向 靈 敏 度 2 2 21 21 2 1 21 21 21 2 1 2 / / / 11 ( )1 ( ) ( ) r s v R v L v LL G G v KvR k k gLG GK k k gLmgb mgaG GL Lm b aK k kL 式 中故 2 2 1 22 2 1 s /m : ( ) , , m a bK k kk kL 有 時(shí) 也 寫(xiě) 此 時(shí) 均 為 負(fù) 值 。 r s r s 表 示 在 單 位 前 輪 轉(zhuǎn) 角 下 的 輸 入下 汽 車(chē) 產(chǎn) 生 的 橫 擺 角 速 度 ， 即 繞 轉(zhuǎn) 向 中心 旋 轉(zhuǎn) 角 速 度 的 響 應(yīng) 值 ， 因 此 穩(wěn) 態(tài) 橫 擺速 度 增 益 也 稱(chēng) 轉(zhuǎn) 向 靈 敏 度 。 4、 穩(wěn) 態(tài) 轉(zhuǎn) 向 特 性 0, ( )r L LK v RLR 當(dāng) 相 當(dāng) 于 轉(zhuǎn) 向 時(shí) 純 滾 動(dòng)(1) 穩(wěn) 定 性 因 數(shù) K： 2 21 21 2 1 2: )( )/ / / ) 11 ( )rr v R v L v LL G G v KvR k k gL 評(píng) 價(jià) 參 數(shù) 橫 擺 角 速 度 增 益 轉(zhuǎn) 向 靈 敏 度 軸 距 L 3m中 性 轉(zhuǎn) 向K 0過(guò) 多 轉(zhuǎn) 向 K0.0019s2/m2不 足 轉(zhuǎn) 向 K 0.0006s2/m20 50 100 1501020 vchvcr)r va/(kmh-1) 22 2 22 ( ) / ( )0 1 : 1 (1 )/ 01 (1 ) 1- 0r nertral steerv LKv Kvd v L Ldv Kv KvKv 令 此 時(shí) 的 轉(zhuǎn) 向 特 性 為 中 性 轉(zhuǎn) 向 ， 其 橫 擺 角 速 度 增 益， 線 性 關(guān) 系 通 過(guò) 原 點(diǎn) 。 當(dāng) ， 其 增 益 分 母 大 于 ， 比 中 性 轉(zhuǎn) 向 時(shí) 的 增 益 要 小 ， 將 增 益對(duì) 求 導(dǎo) 并 令 一 階 導(dǎo) 數(shù) 為 零 。 即 ， 則 。 中 性 轉(zhuǎn) 向K 0過(guò) 多 轉(zhuǎn) 向 K0.0019s2/m2不 足 轉(zhuǎn) 向 K 0.0006s2/m20 50 100 1501020 vchvcr)r va/(kmh-1)軸 距 L 3m 1 ( ) ( ) rchv characteristic speed vkunder steer 稱(chēng) 為 特 征 車(chē) 速 ， 其是 一 條 低 于 中 性 轉(zhuǎn) 向 增 益 的 曲 線 ， 此 時(shí) 轉(zhuǎn) 向 特 性 為 不 足 轉(zhuǎn) 向。 0, 1 , r Kv 當(dāng) 其 增 益 分 母 小 于 ，比 中 性 轉(zhuǎn) 向 時(shí) 的 增 益 要 大 ， 其曲 線 是 隨 速 度 的 增 加 向上 彎 曲 的 曲 線 當(dāng) 達(dá) 到 某 一 特 定車(chē) 速 使 增 益 的 分 母 趨 近 于 零 。 中 性 轉(zhuǎn) 向K 0過(guò) 多 轉(zhuǎn) 向 K0.0019s2/m2不 足 轉(zhuǎn) 向 K 0.0006s2/m20 50 100 1501020 vchvcr)r va/(kmh-1)軸 距 L 3m 21 0,1- , ( )( ) crcrKv vv critical speedK over steer 即 其 增 益 為 無(wú) 窮 大 ,則 ：稱(chēng) 為 臨 界 車(chē) 速 ， 此 時(shí)轉(zhuǎn) 向 特 性 為 過(guò) 多 轉(zhuǎn) 向 。 K0 不 足 轉(zhuǎn) 向 K=0 中 性 轉(zhuǎn) 向 K 0， 則 K 0 為不 足 轉(zhuǎn) 向 ；1-2 = 0， 則 K = 0 為中 性 轉(zhuǎn) 向 ；1-2 0， 則 K 0K=0K001-2 ay圖 5 6 表 示 汽 車(chē) 穩(wěn) 態(tài) 響 應(yīng) 的 （ 1-2） ay曲 線 1 21 2/ : ( )L RLR 由 轉(zhuǎn) 角 得I： O 點(diǎn) ： 鋼 性 輪 ， 前 、 后 輪 的 交 點(diǎn) ， 保 證 前 后 輪 純滾 動(dòng) ， 則 R0=L/。b.（ 1 2） 與 R的 關(guān) 系 ： 由 以 上 分 析 可 知 ， 1-2也 可 作 為 表 征 汽 車(chē) 穩(wěn)定 響 應(yīng) 的 評(píng) 價(jià) 指 標(biāo) 。III： 若 12， 1-20， 則 R2， 1-20， 則 RRo，轉(zhuǎn) 向 半 徑 變 大 ， 說(shuō) 明 轉(zhuǎn) 向 效 果 受 到 抑 制 ，成 為 不 足 轉(zhuǎn) 向 。 22 22 (1 ) (1 ) (1 ) 1o rr rooL vR Rv v Kv L RKv LR Kv RR KvR 又 有 ： K = 0 R/Ro = 1 K 0 R/Ro 1 說(shuō) 明 不 足 轉(zhuǎn) 向 汽 車(chē) 的 轉(zhuǎn) 向 半 徑 總 是 大 于 Ro。K 0 R/R o a, 中 性 轉(zhuǎn) 向 點(diǎn) 在 質(zhì) 心 的 后 面 。 此 時(shí) ， SM0， 說(shuō)明 在 質(zhì) 心 位 置 作 用 的 側(cè) 向 力 使 12， 為 不 足 轉(zhuǎn) 向 。 若 aa, 中 性 轉(zhuǎn) 向 點(diǎn) 在 質(zhì) 心 的 前 面 。 此 時(shí) ， SM0， 說(shuō)明 在 質(zhì) 心 位 置 作 用 的 側(cè) 向 力 使 12， 為 過(guò) 多 轉(zhuǎn) 向 。 RR中 性 轉(zhuǎn) 向K 0 過(guò) 多 轉(zhuǎn) 向K0 角不 變圖 5 8汽 車(chē) 的 三 種 穩(wěn) 態(tài) 響 應(yīng) 汽 車(chē) 轉(zhuǎn) 向 特 性 的 好 壞 ， 在 很 大 程 度 上 取 決 于 過(guò) 渡 狀 態(tài)的 運(yùn) 動(dòng) 狀 況 。 瞬 態(tài) 響 應(yīng) 性 能 好 的 汽 車(chē) ， 從 過(guò) 渡 狀 態(tài) 到 穩(wěn) 運(yùn) 動(dòng) 狀 態(tài) 的過(guò) 程 中 應(yīng) 該 是 波 動(dòng) 最 小 而 響 應(yīng) 最 快 。 瞬 態(tài) 響 應(yīng) 為 一 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 微 分 方 程 : 2 1 1 1 2: , , 2 / , / r o r o r oo o o o B BcmhmB b m B b m 式 中 是 固 有 圓 頻 率 ；是 阻 尼 比 ； 。 誤 差 帶 r0 r1 t橫 擺 角 速度 r1 討 論 邊 界 條 件 ： 前 輪 角 階 躍 輸 入 ： 2 . . 22 2 2 0 sin or o r o r oo o r o r o ro tr BB c e 方 程 通 解 特 解 齊 次 微 分 方 程 的 解 2( 1- ) o t 當(dāng) t 0， 則 微 分 方 程 為 ： t 0 = 0 221 : sin ( 1- ) o rto or ooB c e t 故 收 斂 波 的 橫 擺 角 速 度 21 2 2 21 2 1 221 2: . : (1 ); ( ) ( ) . : 2 2 (1 )o z zo zk kc La kvm v mIm a k b k I k khb m L mI k k kv 瞬 態(tài) 響 應(yīng) 的 評(píng) 價(jià) 參 數(shù)固 有 圓 頻 率阻 尼 比 . : c 反 映 時(shí) 間 響 應(yīng) 第 一 次 達(dá) 到 穩(wěn) 定 值 的 時(shí) 間 0 00 20 , ( ) ,sin 0sin 0 o r r Bt ce 當(dāng) 時(shí) 故 : 即 ： 故 有 ： 2 221 1 1ooarctg mvaLk 2 2, , :1 1 1r oarctg 對(duì) 的 通 解 式 求 導(dǎo) 并 令 導(dǎo) 數(shù) 為 零 可 得 誤 差 帶 r0 r1 t橫 擺 角 速度 r1 圖 5 9前 輪 角 階 躍 輸 入 下 的 瞬 態(tài) 響 應(yīng) d.峰 值 時(shí) 間 ： 達(dá) 到 第 一 個(gè) 峰 值 r1的 時(shí) 間 對(duì) 二 自 由 度 汽 車(chē) 運(yùn) 動(dòng) 微 分 方 程. . . 2 1 2 1 ( ) 2 : ( 2 ) ( ) (B ) ( ) H(j ) ( )r o r o r oo o r r or B Bj j B 進(jìn) 行 富 里 葉 變 換 2 2 21 0 0 02 2 2 2 2 20 02 21 0 0 02 2 2 2 2 20 02 ( ): H (j ) ( ) 4( ) 2 ( ) 4r B BB B j 頻 響 系 數(shù) ( ) ( )B C j 分 母 有 理 化 后 ， 12B( )H(j ) ( ) 2 r or o oj Bj 2 2: ( ) ( ) ( )A B C 幅 頻 特 性 ( ): ( ) ( )Carctg B 相 頻 特 性A() ()f r 幅 頻 特 性 ： 反 映 汽 車(chē) 執(zhí) 行 駕 駛 員 指 令 失 真 的 程 度 。 在 低 頻 區(qū) 接 近 一 水 平 線 ， 在 某 一 頻 率 fr時(shí) ， 幅 值 比 達(dá) 最 大值 ， 處 于 共 振 狀 態(tài) 。希 望 ： 幅 頻 特 性 平 一 些 ， 以 保 證 不 同 工 況 下 失 真 度 較 小 。相 頻 特 性 ： 反 映 汽 車(chē) 橫 擺 角 速 度 r 滯 后 方 向 盤(pán) 轉(zhuǎn) 角 的 失 真 程 度 。希 望 ： 相 頻 特 性 小 一 些 ， 以 保 證 汽 車(chē) 有 快 速 靈 活 的 反 應(yīng) 。 汽 車(chē) 在 行 駛 過(guò) 程 ， 有 時(shí) 會(huì) 出 現(xiàn) 轉(zhuǎn) 向 輪 的 左 右 擺振 和 上 下 跳 動(dòng) 現(xiàn) 象 。 下 面 分 別 分 析 轉(zhuǎn) 向 輪 振 動(dòng) 的 原 因 ： 1、轉(zhuǎn)向輪的振動(dòng)與共振 2、車(chē)輪不平衡的影響 3、懸架與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系不協(xié)調(diào)的影響 1、 轉(zhuǎn) 向 輪 的 振 動(dòng) 與 共 振21 212 2 211 2 2 211 1: 2: 2 2 2pt p tp tBT kBT k B k B kT Tk B k B kkJ J 板 簧 恢 復(fù) 力 矩輪 胎 恢 復(fù) 力 矩轉(zhuǎn) 向 橋 繞 縱 軸 的 角 剛 度 ：轉(zhuǎn) 向 橋 的 振 動(dòng) 頻 率 ： B1B m kp T2 T1kt 由 轉(zhuǎn) 向 橋 的 振 動(dòng) 頻 率 可 知 ， 若 彈 性 系 統(tǒng) 的 剛 度 減 小 ，轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 越 大 ， 則 振 動(dòng) 頻 率 越 低 。 一 方 面 ： 由 于 平 順 性 的 要 求 ， 采 用 彈 性 較 大 的 懸 掛和 輪 胎 ， 即 kp, kt值 減 小 ； 為 了 安 全 轉(zhuǎn) 向 輪 裝 有 制 動(dòng) 器 ，使 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 J 1， J 2增 大 。 另 一 方 面 ， 隨 著 汽 車(chē) 行 駛 速 度 的 提 高 ， 道 路 條 件 的改 善 ， 路 面 譜 容 易 在 低 頻 區(qū) ， 從 而 增 加 了 共 振 的 可 能 性 。 2、 車(chē) 輪 不 平 衡 的 影 響 設(shè) 車(chē) 輪 的 不 平 衡 質(zhì) 量 為 m， 其 位 置 在 半 徑 為 r的 圓 周 上 ，車(chē) 速 為 va， 則 離 心 力 為 ： Fc =m2r 水 平 分 力 ： Fx =m2rcost 垂 直 分 力 ： Fy=m2rsint 水 平 分 力 F x 在 使 車(chē) 輪 繞 主 銷(xiāo) 擺 振 、 垂 直 分 力 Fy 強(qiáng) 使車(chē) 輪 沿 垂 直 軸 線 振 動(dòng) 。 隨 著 車(chē) 速 的 提 高 ， Fx 和 Fy 會(huì) 隨 著增 加 。 為 了 避 免 因 車(chē) 輛 不 平 衡 而 引 起 振 動(dòng) ， 對(duì) 車(chē) 輪 應(yīng) 進(jìn) 行 靜平 衡 和 動(dòng) 平 衡 檢 查 。 FxFy Fcr FxFx 3、 懸 架 與 轉(zhuǎn) 向 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動(dòng) 關(guān) 系 不 協(xié) 調(diào) 的 影 響 當(dāng) 車(chē) 輪 受 到 沖 擊 時(shí) ， 彈 簧 變 形 ， c點(diǎn) 繞 o1點(diǎn) 作 aa運(yùn) 動(dòng) 。 當(dāng) 車(chē) 輪 上 下 跳 動(dòng) 時(shí) c又 繞 o2點(diǎn) 作 bb 運(yùn) 動(dòng) ， 運(yùn) 動(dòng) 發(fā) 生 干 涉 。 因 此 ， 轉(zhuǎn) 向 節(jié) 在 水 平 面 內(nèi) 轉(zhuǎn)動(dòng) ， 使 轉(zhuǎn) 向 輪 繞 主 銷(xiāo) 向 左 、 向右 擺 動(dòng) 。 若 將 前 鉸 接 點(diǎn) 靠 近 轉(zhuǎn) 向 機(jī) ，使 c點(diǎn) 的 運(yùn) 動(dòng) 方 向 一 致 ， 不 致 使轉(zhuǎn) 向 節(jié) 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 而 不 發(fā) 生 擺 動(dòng) 。 va O2O1 ca bba圖 5 10轉(zhuǎn) 向 系 與 懸 架 的 運(yùn) 動(dòng) 干 涉 轉(zhuǎn) 向 輪 的 穩(wěn) 定 效 應(yīng) 是 指 轉(zhuǎn) 向 輪 具 有 保 持 中間 位 置 （ 直 線 行 駛 位 置 ） 及 當(dāng) 轉(zhuǎn) 向 輪 偏 移 后 能自 動(dòng) 返 回 至 中 間 位 置 （ 自 動(dòng) 回 正 ） 的 能 力 。 轉(zhuǎn)向 輪 的 穩(wěn) 定 效 應(yīng) 主 要 取 決 于 主 銷(xiāo) 內(nèi) 傾 ， 主 銷(xiāo) 后傾 及 輪 胎 外 傾 。1、主銷(xiāo)內(nèi)傾的穩(wěn)定作用2、主銷(xiāo)后傾的穩(wěn)定作用3、轉(zhuǎn)向車(chē)輪外傾的穩(wěn)定作用4、前束的作用 1、 主 銷(xiāo) 內(nèi) 傾 的 穩(wěn) 定 作 用 當(dāng) 輪 胎 旋 轉(zhuǎn) 180 ， 如 圖 示 輪 胎 的 最 低 點(diǎn) 在 路 面 以下 ， 實(shí) 際 上 不 可 能 、 輪 胎 仍 應(yīng) 在 路 面 ， 于 是 汽 車(chē) 前 輪上 升 ， 由 于 汽 車(chē) 的 重 力 作 用 有 迫 傳 車(chē) 輪 自 動(dòng) 回 正 回 復(fù)直 線 行 駛 傾 向 。這 就 是 由 于 主 銷(xiāo) 內(nèi) 傾 而 使 轉(zhuǎn) 向 輪 具 有 穩(wěn) 定 效 應(yīng) 。 主 銷(xiāo) 內(nèi) 傾 角 一 般 為 5 8 ,是 由 設(shè) 計(jì) 決 定 的 , 不調(diào) 整 。 主 銷(xiāo) 內(nèi) 傾 減 小 車(chē) 輪 轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) 的 轉(zhuǎn) 臂 a， 一 方 面 轉(zhuǎn) 向 時(shí)輕 便 ， 另 一 方 面 減 小 地 面 的 沖 擊 給 駕 駛 員 的 反 沖 力 。 hAA圖 5 11 前 輪 主 銷(xiāo) 內(nèi) 傾 角 的 作 用 2、 主 銷(xiāo) 后 傾 的 穩(wěn) 定 作 用 Fc ： 汽 車(chē) 轉(zhuǎn) 向 時(shí) 的 離 心 力 Fyl1， Fyr1， Fyl2， Fyr2前 、 后 輪 的 向 心 力 ， 與 離 心 力的 方 向 相 反 。 前 輪 的 向 力 心 作 用 在 輪 胎 與 地 面 的 接 觸 點(diǎn) b與 主 銷(xiāo)延 長(zhǎng) 線 與 地 面 的 交 點(diǎn) a有 一 定 距 離 L。 Fyl1和 Fyr1產(chǎn) 生 繞 主 銷(xiāo) 的 力 矩 （ Fyl1+ Fyr1） L有 使車(chē) 輪 回 轉(zhuǎn) 直 線 行 駛 的 傾 向 。 力 矩 （ F yl1+ Fyr1） L起 著 轉(zhuǎn) 向 輪 穩(wěn) 定 的 作 用 ,也 叫 作穩(wěn) 定 力 矩 。 穩(wěn) 定 力 矩 能 很 快 將 車(chē) 輪 回 到 直 線 行 駛 位 置 。主 銷(xiāo) 后 傾 角 r 一 般 在 0 7 之 間 b F y1 圖 5 12 前 輪 主 銷(xiāo)后 傾 角 的 作 用 3、 轉(zhuǎn) 向 車(chē) 輪 外 傾 的 穩(wěn) 定 作 用 由 于 側(cè) 偏 力 Fy1使 輪 胎 接 地 印 跡 相 對(duì) 于 車(chē) 輪 平 面 發(fā)生 扭 曲 ， 印 跡 前 面 離 車(chē) 輪 平 面 近 側(cè) 向 變 形 小 ， 印 跡 后部 離 車(chē) 輪 平 面 遠(yuǎn) ， 側(cè) 向 變 形 大 。 其 合 力 的 作 用 點(diǎn) 在 接地 印 跡 幾 何 中 心 的 后 方 ， 偏 離 某 一 距 離 ba（ 稱(chēng) 為 汽 車(chē) 胎拖 距 ） ， 側(cè) 向 反 作 用 力 Fy1形 成 的 穩(wěn) 定 力 矩 Mya= Fy1ba 汽 車(chē) 在 行 駛 中 ， 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 。 a 圖 5 13 汽 車(chē) 前 輪 外 傾 角垂 線 4、 前 束 的 作 用前 束 與 外 傾 引 起 車(chē) 輪 接 地 軌 跡 變 化 如 下 ： 車(chē) 輪 向 前 滾 動(dòng) 時(shí) ， 力 圖 使 車(chē) 輪 向 處 張 開(kāi) ， 前 束 則 約速 車(chē) 輪 向 內(nèi) 收 攏 。 前 束 在 車(chē) 輪 前 進(jìn) 與 后 退 時(shí) ， 對(duì) 地 面 產(chǎn) 生 的 側(cè) 向 力 大小 相 等 ， 方 向 相 反 。 外 傾 在 車(chē) 輪 前 進(jìn) 與 后 退 時(shí) ， 對(duì) 地 面 產(chǎn) 生 的 側(cè) 向 力 大小 相 等 、 方 向 一 致 。 當(dāng) 外 傾 與 前 速 配 合 得 當(dāng) 時(shí) ， 二 者 產(chǎn) 生 的 側(cè) 向 力 相互 抵 消 ， 保 持 車(chē) 輪 無(wú) 橫 向 滑 動(dòng) 。 LLPPD 轉(zhuǎn)向輪移動(dòng)方向 滑 動(dòng) 板滑 動(dòng) 板 圖 5 14由 車(chē) 輪 前 束 引起 滑 動(dòng) 板 的 側(cè) 滑第 六 章 汽 車(chē) 平 順 性