汽車操縱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書課程編號(hào)：課程名稱：實(shí)驗(yàn)一 汽車轉(zhuǎn)向輕便性實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康钠嚨霓D(zhuǎn)向輕便性和操縱穩(wěn)定性是現(xiàn)代汽車重要的使用性能，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)了解和掌握測(cè)試系統(tǒng)的安裝調(diào)試、基本實(shí)驗(yàn)方法并學(xué)會(huì)數(shù)據(jù)處理和運(yùn)用理論知識(shí)對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性研究、評(píng)價(jià)。以培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力。二、實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容了解測(cè)試系統(tǒng)的組成和測(cè)試原理，汽車轉(zhuǎn)向輕便性實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理。測(cè)定汽車在低速大轉(zhuǎn)角時(shí)的轉(zhuǎn)向輕便性，與操縱穩(wěn)定性其他試驗(yàn)項(xiàng)目一起，共同評(píng)價(jià)汽車的操縱穩(wěn)定性。 采集測(cè)量變量及參數(shù)方向盤轉(zhuǎn)角；方向盤力矩；方向盤直徑。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工具1測(cè)量?jī)x器汽車方向盤轉(zhuǎn)角力矩傳感器汽車操縱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)采集和分析儀2實(shí)驗(yàn)車輛小型客車一輛3標(biāo)明試驗(yàn)路徑的標(biāo)樁16個(gè)。四、實(shí)驗(yàn)原理 測(cè)定汽車在道路上進(jìn)行轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，駕駛員作用在方向盤上的力矩和方向盤轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系評(píng)價(jià)汽車的轉(zhuǎn)向操縱性能五、 驗(yàn)方法和步驟1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備試驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)為干燥、平坦而清潔的水泥或柏油路面。任意方向上的坡度不大于2。在試驗(yàn)場(chǎng)地上，用明顯顏色畫出雙紐線路徑（圖1），雙紐線軌跡的極坐標(biāo)方程為： 軌跡上任意點(diǎn)的曲率半徑R為：當(dāng)=0時(shí)，雙紐線頂點(diǎn)的曲率半徑為最小值，即雙紉線的最小曲率半徑（m）應(yīng)按試驗(yàn)汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑（m）乘以 1.05倍，并圓整到比此乘積大的一個(gè)整數(shù)來確定。并據(jù)此畫出雙紐線，在雙紐線最寬處、頂點(diǎn)和中點(diǎn)（即結(jié)點(diǎn)）的路徑兩側(cè)共放置16個(gè)標(biāo)樁（圖1）。標(biāo)樁與試驗(yàn)路徑中心線的距離，按汽車的軸距確：定，當(dāng)試驗(yàn)汽車軸距大于2.5m時(shí)，為車寬一半加50cm，當(dāng)試驗(yàn)汽車軸距小于或等于2m時(shí)，為車寬一半加30cm。圖1 雙紐線路徑示意圖2試驗(yàn)方法21接通儀器電源，使之預(yù)熱到正常工作溫度。22汽車以低速直線滑行，駕駛員松開方向盤，停車后，記錄方向盤中間位置及方向盤力矩零線。23駕駛員操縱方向盤使汽車沿雙紐線路徑行駛。車速為 10土1kmh。待車速穩(wěn)定后，開始記錄方向盤轉(zhuǎn)角及力矩，并記錄（或顯示）車速作為監(jiān)督參數(shù)，直到汽車?yán)@雙紐線行駛滿三周。3數(shù)據(jù)處理31根據(jù)記錄的方向盤轉(zhuǎn)角及方向盤力矩，按雙紐線路徑每一周整理成圖2所示的M曲線，并計(jì)算以下參數(shù)：311方向盤最大力矩，用下式計(jì)算： 式中： Mmax方向盤最大力矩，Nm； 312方向盤最大作用力，用下式計(jì)算： 式中： D試驗(yàn)汽車原有方向盤的直徑，m； Fmax方向盤最大作用力，N。313方向盤作用功 圖2 M曲線六、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要內(nèi)容及要求將計(jì)算結(jié)果填入表1；參 數(shù)單 位數(shù) 值方向盤最大作用力矩NM方向盤最大作用力N方向盤作用功NM 根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)繪制M曲線（參見圖2）七、 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 試驗(yàn)時(shí)，輪胎氣壓必須符合規(guī)定。若規(guī)定氣壓小于245kPa時(shí)，允許偏差為4.9KPa若規(guī)定氣壓大于245kPa時(shí)，允許偏差為2。 在記錄時(shí)間內(nèi)，保持車速穩(wěn)定及不準(zhǔn)撞倒標(biāo)樁。實(shí)驗(yàn)二 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定汽車在方向盤一個(gè)轉(zhuǎn)角輸入時(shí)，汽車運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)過程。與操縱穩(wěn)定性其他試驗(yàn)項(xiàng)目共同評(píng)價(jià)汽車的操縱穩(wěn)定性。二、 實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容了解測(cè)試系統(tǒng)的組成和測(cè)試原理，汽車穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理。 采集測(cè)量變量及參數(shù)汽車側(cè)向加速度；汽車橫擺角速度；三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工具1測(cè)量?jī)x器電子陀羅儀汽車操縱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)采集和分析儀2實(shí)驗(yàn)車輛小型客車一輛四、 實(shí)驗(yàn)原理采用固定方向盤轉(zhuǎn)角，連續(xù)加速的方法進(jìn)行回轉(zhuǎn)行駛實(shí)驗(yàn)，測(cè)定實(shí)驗(yàn)過程中側(cè)向加速度與汽車?yán)@自身Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，并計(jì)算汽車圓周行駛中的瞬態(tài)轉(zhuǎn)彎半徑，評(píng)價(jià)汽車的轉(zhuǎn)向特性。五、 實(shí)驗(yàn)方法和步驟 在試驗(yàn)場(chǎng)地上，用明顯顏色畫出半徑為 15m的圓周。1接通儀器電源，使之預(yù)熱到正常工作溫度。2試驗(yàn)開始之前，駕駛員操縱汽車以最低穩(wěn)定速度滑所畫圓周行駛，待汽車后部中點(diǎn)能對(duì)準(zhǔn)地面所畫圓周時(shí)，固定方向盤不動(dòng)，停車并開始記錄，記下各變量的零點(diǎn)。3汽車起步，緩緩連續(xù)而均勻地加速（縱向加速度不能超過0.25ms2），直至汽車的側(cè)向加速度達(dá)到4ms2（或受發(fā)動(dòng)機(jī)功率限制而所能達(dá)到的最大側(cè)向加速度、或汽車出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)）為止、記錄整個(gè)過程。 4試驗(yàn)按向左轉(zhuǎn)和向右轉(zhuǎn)兩個(gè)方向進(jìn)行，每個(gè)方向試驗(yàn)三次。六、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要內(nèi)容及要求試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果表達(dá)1轉(zhuǎn)彎半徑比 R； R。與側(cè)向加速度 a關(guān)系曲線根據(jù)記錄的橫擺角速度及汽車側(cè)向加速度，用下式計(jì)算各點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎半徑；Ri = i / i2式中：i第i點(diǎn)的側(cè)向加速度，ms2； i弟i點(diǎn)的橫擺角速度， 弧度s； Ri第i點(diǎn)轉(zhuǎn)彎半徑，m； 進(jìn)而算出各點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎半徑比RiR。（R。為初始半徑，m）填入表1中。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在圖1繪出RR。一a曲線。根據(jù)RR。一a曲線判定汽車的轉(zhuǎn)向特性。表1參 數(shù)側(cè)向加速度 ms20.51.01.52.02.53.03.54.0轉(zhuǎn)彎半徑 m轉(zhuǎn)彎半徑比圖1 轉(zhuǎn)向特性曲線七、 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 試驗(yàn)汽車所用輪胎和輪輞型式及尺寸，必須符合規(guī)定。如試驗(yàn)時(shí)使用新輪胎，試驗(yàn)前輪胎至少應(yīng)經(jīng)過200km正常行駛的磨合。如試驗(yàn)時(shí)使用舊輪胎，試驗(yàn)終了時(shí)，殘留花紋的高度應(yīng)不小于0.15cm。 試驗(yàn)時(shí)輪胎氣壓必須符合廠方規(guī)定。若規(guī)定氣壓小于245kPa時(shí)，允許偏差為45kPa；若規(guī)定氣壓大于245kPa時(shí)，允許偏差為2。 試驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)為干燥，平坦而清潔的水泥或柏油路面，任意方向上的坡度不大于 2。試驗(yàn)時(shí)風(fēng)速不大于3ms。 實(shí)驗(yàn)三 轉(zhuǎn)向回正性能實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^實(shí)際測(cè)量汽車從圓周運(yùn)動(dòng)狀態(tài)自動(dòng)回到直線行駛狀態(tài)時(shí)，汽車的各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)分析和評(píng)價(jià)汽車從曲線行駛自行回復(fù)到直線行駛的能力。二、 實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容通過實(shí)際道路運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，采集實(shí)驗(yàn)參數(shù)并用專用信號(hào)處理儀或?qū)Ｓ密浖谕ㄓ秒娮佑?jì)算機(jī)上計(jì)算和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)汽車的回正性能作出客觀評(píng)價(jià)。三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工具1測(cè)量?jī)x器汽車方向盤轉(zhuǎn)角力矩傳感器汽車操縱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)采集和分析儀2實(shí)驗(yàn)車輛小型客車一輛四、 實(shí)驗(yàn)原理本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是汽車方向盤力輸人的一個(gè)基本實(shí)驗(yàn)，當(dāng)汽車作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于轉(zhuǎn)向輪有主銷內(nèi)傾角的作用，汽車應(yīng)有從曲線行駛自行回復(fù)到直線行駛的過渡能力，其性能的優(yōu)劣與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有密切的關(guān)系。通過汽車回正的過度過程分析操縱穩(wěn)定性其他試驗(yàn)項(xiàng)目一起，共同評(píng)價(jià)汽車操縱穩(wěn)定性。五、 實(shí)驗(yàn)方法和步驟試驗(yàn)方法 1在試驗(yàn)場(chǎng)地上用明顯的顏色畫出半徑為15m的圓周。 2接通儀器電源，使儀器達(dá)到正常工作溫度。3駕駛汽車沿半徑為15m的圓周行駛，調(diào)整車速使側(cè)向加速度達(dá)到 4m/s2之后的側(cè)向加速度后，穩(wěn)定住車速并開始記錄，待穩(wěn)定3s后，駕駛員突然放開方向盤，記錄松手后3S的汽車運(yùn)動(dòng)過程。4在由試驗(yàn)得到的方向盤轉(zhuǎn)角時(shí)間歷程曲線上（如圖1所示），以松開方向盤的時(shí)刻定為時(shí)間坐標(biāo)（橫坐標(biāo)）的原點(diǎn)。計(jì)算如下評(píng)價(jià)指標(biāo)：41穩(wěn)定時(shí)間（回正時(shí)間）及殘留橫擺角速度；42橫擺角速度超調(diào)量；43自然頻率f44相對(duì)阻尼系數(shù)六、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要內(nèi)容及要求1評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算11穩(wěn)定時(shí)間（回正時(shí)間）及殘留橫擺角速度 從時(shí)間坐標(biāo)原點(diǎn)開始，到汽車橫擺角速度達(dá)到某一數(shù)值（包括零值）并保持不變止，這一段時(shí)間定為穩(wěn)定時(shí)間（回正時(shí)間），到達(dá)穩(wěn)定時(shí)刻的橫擺角速度則稱為殘留橫擺角速度。穩(wěn)定時(shí)間（回正時(shí)間）用下式計(jì)算：式中：t穩(wěn)定時(shí)間（回正時(shí)間），s； t1，t2，t3分別為第1、2、3次試驗(yàn)的穩(wěn)定時(shí)間（回正時(shí)間），S。殘留橫擺角速度由下式計(jì)算： 式中：r殘留橫擺角速度，s； r1、r2、r3分別為第1、2、3次試驗(yàn)的殘留橫擺角速度，s。12橫擺角速度超調(diào)量 橫擺角速度超調(diào)量是橫擺角速度響應(yīng)第一個(gè)峰值超過穩(wěn)態(tài)值的部分與穩(wěn)態(tài)值之比，（見圖A1）用下式計(jì)算： 式中：橫擺角速度超調(diào)量，； rl橫擺角速度響應(yīng)的第一個(gè)峰值超過穩(wěn)態(tài)值的部分，s；r0橫擺角速度響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值，s。13橫擺角速度自然頻率由下式計(jì)算：式中： j 0橫擺角速度響應(yīng)自然頻率， HZ； Ai橫擺角速度響應(yīng)曲線的波峰（見圖A1）； ti橫擺角速度響應(yīng)曲線兩相鄰波峰的時(shí)間，s； n橫擺角速度響應(yīng)曲線的波峰個(gè)數(shù)。圖A1 橫擺角速度時(shí)間歷程14相對(duì)阻尼系數(shù)可先求得衰減率D后，再求得相對(duì)阻尼系數(shù)。式中：D衰減率：Ai第一個(gè)波峰值（見圖A1）。 式中：相對(duì)阻尼系數(shù)。2將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表1參 數(shù)左 轉(zhuǎn)右 轉(zhuǎn)穩(wěn)定時(shí)間 S殘留橫擺角速度 s；橫擺角速度超調(diào)量 %橫擺角速度自然頻率 HZ相對(duì)阻尼系數(shù)七、 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1儀器量程及精度應(yīng)符合需要。2包括傳感器及記錄儀器在內(nèi)的整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)頻帶寬度為03 HZ。3必須測(cè)量的變量：汽車前進(jìn)速度；方向盤轉(zhuǎn)角；汽車橫擺角速度。4試驗(yàn)條件a. 試驗(yàn)汽車應(yīng)是裝備齊全的汽車。試驗(yàn)前對(duì)前輪定位參數(shù)、轉(zhuǎn)向系、懸架系進(jìn)行檢查。并按規(guī)定緊固和潤(rùn)滑。b.試驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)為干燥、平坦而清潔的水泥或柏油路面。任意方向上測(cè)量的坡度不大于2。c. 風(fēng)速不大于3ms。d. 試驗(yàn)車速為60kmh。實(shí)驗(yàn)四 汽車轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夂驼莆掌囖D(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算培養(yǎng)運(yùn)用理論知識(shí)解決汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程遇到的實(shí)際工程問題能力。二、 實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容測(cè)定從方向盤轉(zhuǎn)角脈沖輸人開始，到所測(cè)變量達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值為止，這一段時(shí)間內(nèi)汽車的瞬態(tài)響應(yīng)過程，用數(shù)據(jù)處理專用軟件在通用計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與計(jì)算。三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工具測(cè)量?jī)x器1汽車方向盤轉(zhuǎn)角力矩傳感器2汽車操縱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)采集和分析儀四、 實(shí)驗(yàn)原理在汽車直線行駛時(shí)，通過對(duì)方向盤輸入轉(zhuǎn)角脈沖以模擬汽車在受到外力時(shí)自動(dòng)維持直線行駛的能力。測(cè)定從方向盤開始，到所測(cè)變量達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值為止，這一段時(shí)間內(nèi)汽車的瞬態(tài)響應(yīng)過程，評(píng)價(jià)汽車的動(dòng)態(tài)特性。五、 實(shí)驗(yàn)方法和步驟1試驗(yàn)前以試驗(yàn)車速行駛10km，使輪胎升溫。2接通儀器電源，使之預(yù)熱到正常工作溫度。3汽車以試驗(yàn)車速直線行駛，使其橫擺角速度為零，作一標(biāo)記，記下方向盤中間位置（直線行駛位置）。然后給方向盤一個(gè)三角脈沖轉(zhuǎn)角輸人（見圖1）。試驗(yàn)可向左（或向右）轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，并迅速轉(zhuǎn)回原處保持不動(dòng)，記錄全部過程，直至汽車回復(fù)到直線行駛位置。方向盤轉(zhuǎn)角輸人脈寬為0.30.6秒，其最大轉(zhuǎn)角應(yīng)使本次試驗(yàn)過渡過程中最大側(cè)向加速度為23 m/s2。記錄時(shí)間內(nèi)，保持車速不變。圖1 方向盤轉(zhuǎn)角輸入示意4試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與結(jié)果表達(dá)在專門的信號(hào)處理設(shè)備或用數(shù)據(jù)處理專用軟件在通用計(jì)算機(jī)上進(jìn)行幅頻特性與相頻特性的分析可以。六、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要內(nèi)容及要求結(jié)果表達(dá)1根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果的平均值， 向左與向右轉(zhuǎn)分別繪制出汽車的幅頻相頻特性圖，如圖 2所示（圖 2橫坐標(biāo)為對(duì)數(shù)坐標(biāo)，亦可采用線性坐標(biāo)），橫坐標(biāo)值應(yīng)為0 3 HZ。2計(jì)算結(jié)果填人表1。 / s-1 ()圖2 幅頻相頻特性表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參 數(shù)頻率 （Hz）0.51.01.52.02.53.0幅 比 s-1相位滯后 備 注七、 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1儀器量程及精度應(yīng)符合需要。2包括傳感器及記錄儀器在內(nèi)的整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)頻帶寬度不小于 3 HZ。3必須測(cè)量的變量：汽車前進(jìn)速度；方向盤轉(zhuǎn)角；汽車橫擺角速度。4試驗(yàn)條件a. 試驗(yàn)汽車應(yīng)是裝備齊全的汽車。試驗(yàn)前對(duì)前輪定位參數(shù)、轉(zhuǎn)向系、懸架系進(jìn)行檢查。并按規(guī)定緊固和潤(rùn)滑。b.試驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)為干燥、平坦而清潔的水泥或柏油路面。任意方向上測(cè)量的坡度不大于2。c. 風(fēng)速不大于3ms。d. 試驗(yàn)車速為60kmh。