汽車?yán)碚摚旱谖逭?汽車操縱穩(wěn)定性

1、第五章 汽車操縱穩(wěn)定性,汽車操縱穩(wěn)定性,汽車的主要性能之一,a. 汽車正確遵循駕駛員通過操縱機(jī)構(gòu)所給定的方向的能力,第一節(jié) 概述,操縱穩(wěn)定性,b. 汽車抵抗企圖改變行駛方向干擾、保持穩(wěn)定行駛方向的能力。不能過分降低車速或造成駕駛員疲勞,1、 “飄”汽車自己改變方向。升力或轉(zhuǎn)向系、輪胎、 懸架等問題。 2、“反應(yīng)遲鈍”轉(zhuǎn)向反映慢。傳動比太大。 3、“晃”左右搖擺，行駛方向難于穩(wěn)定。 4、“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。 5、“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,第一節(jié) 概述,操縱穩(wěn)定性不好的具體表現(xiàn),第一節(jié) 概述

2、,賽車負(fù)升力翼,制動跑偏,第一節(jié) 概述,第一節(jié) 概述,ABS系統(tǒng)對比試驗,第一節(jié) 概述,車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng) （VSC）作用,四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)4WS作用,第一節(jié) 概述,第一節(jié) 概述,汽車操穩(wěn)性引起的事故,4.29交通事故軌跡圖,第一節(jié) 概述,第一節(jié) 概述,錯誤地在前、后軸混裝子午線輪胎和斜交輪胎。具有過多轉(zhuǎn)向特性的汽車，在轉(zhuǎn)向時達(dá)到一定車速(稱為“臨界車速”)時，將會出乎意外地向轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)激轉(zhuǎn)，造成事故。 該車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)零部件間累計間隙過大，方向盤自由行程嚴(yán)重超差，而又未及時維修(或維修質(zhì)量不佳)，未排除故障，帶病運(yùn)行，導(dǎo)致該車行駛中前束值或大或小不斷變化，使汽車行駛處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，這也加劇了過多

3、轉(zhuǎn)向的趨勢。 該車左后輪制動器因左后半軸油封損壞，齒輪油漏入左后輪制動器而導(dǎo)致該輪制動器工作失效。不均衡制動力造成的回轉(zhuǎn)力矩,第一節(jié) 概述,車輛坐標(biāo)系和汽車主要運(yùn)動形式,第一節(jié) 概述,汽車操縱穩(wěn)定性評價方法,第一節(jié) 概述,第一節(jié) 概述,汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng),第一節(jié) 概述,汽車瞬態(tài)響應(yīng),第一節(jié) 概述,人-車閉環(huán)系統(tǒng),第一節(jié) 概述,汽車試驗的兩種評價方法,客觀評價法 客觀評價通過儀器測試能定量評價汽車性能，且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 主觀評價考慮到了人的感覺，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),輪胎坐標(biāo)系,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,因輪

4、胎側(cè)向彈性，車輪受側(cè)向力的作用使輪心速度方向偏離車輪平面的現(xiàn)象。側(cè)向力因轉(zhuǎn)向、路面傾斜、風(fēng)力等引起。轉(zhuǎn)向引起的側(cè)向力總是指向汽車內(nèi)側(cè)。側(cè)偏角總是位于和側(cè)偏力指向相反的一側(cè),輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,在側(cè)偏角5時，側(cè)偏力和側(cè)偏角成線性關(guān)系。這時， 式中，k稱為側(cè)偏剛度（N/rad）。為曲線在=0處的斜率。按輪胎坐標(biāo)系，側(cè)偏力和側(cè)偏角總是反號，故側(cè)偏剛度總是負(fù)值,輪胎的側(cè)偏特性,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,側(cè)偏力與側(cè)偏角的關(guān)系,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,輪胎結(jié)構(gòu)與側(cè)偏特性的關(guān)系,垂直載荷的影響 垂直載荷增大，k增大。但垂直載荷

5、太大k反而減小。 *輪胎形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響 a. 子午線胎比斜交胎側(cè)偏剛度高。 b. 扁平比（=輪胎高度H/寬度B）小的輪胎側(cè)偏 剛度大。 c. 胎壓大，則側(cè)偏剛度大，但胎壓太大側(cè)偏剛 度基本不變。試驗時，可能通過改變減少胎 壓改變穩(wěn)態(tài)試驗結(jié)果,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,縱向力與側(cè)偏特性的關(guān)系,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,路面對側(cè)偏特性的影響,路面干濕程度的影響 路面越濕，最大側(cè)偏力越小。 薄水層的影響 路面有薄水層時，輪胎可能會完全失去側(cè)偏力，這稱為“滑水”現(xiàn)象,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,第二節(jié) 輪胎的

6、側(cè)偏特性,回正性,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,輪胎不對稱受力產(chǎn)生的回正力矩,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,有外傾角時的輪胎滾動,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,輪胎外傾角及產(chǎn)生的原因,車橋因載荷變形 *汽車轉(zhuǎn)向時的離心力 *路面傾斜 *前輪定位參數(shù)的需要,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,外傾側(cè)向力與外傾角的關(guān)系,外傾側(cè)向力 式中： 為外傾側(cè)向力，它是側(cè)偏角為零、 外傾角為 時的地面?zhèn)认蚍戳Α?為輪胎外傾角，它為正時 為負(fù)。 為外傾剛度。 外傾側(cè)向力是輪胎有外傾角但仍沿x方向前進(jìn)時地面對輪胎產(chǎn)生的側(cè)向反

7、力,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,有外傾角時的輪胎側(cè)偏特性,小側(cè)偏角時不同外傾角對應(yīng)的側(cè)偏剛度不變； *側(cè)偏角為零、外傾角不為零時的地面?zhèn)认蛄?，即為外傾側(cè)向力。 （圖中y軸上的值）。 *側(cè)偏角不為零、外傾角為零時的地面?zhèn)认蛄?，即為?cè)偏力。 （圖中0外傾角曲線上的值） *側(cè)偏角和外傾角都不為零且側(cè)偏角較小時,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,外傾角對操穩(wěn)性的影響,外傾角增大會影響最大地面?zhèn)认蚍戳?，降低極限側(cè)向加速度，故高速汽車轉(zhuǎn)彎時應(yīng)使前外輪盡量垂直于地面,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,第二節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性,輪胎特性參數(shù)的正負(fù)規(guī)定,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),汽車模型的簡

8、化,忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響，直接以前輪轉(zhuǎn)角為輸入。 *不考慮振動、側(cè)傾、俯仰運(yùn)動，認(rèn)為汽車只作平行 于地面的運(yùn)動； *不考慮輪胎切向力、外傾角、空氣阻力的影響； *忽略左右輪胎載荷變化引起的側(cè)偏特性變化； *忽略輪胎回正力矩； *認(rèn)為輪胎側(cè)偏特性處于線性范圍； *認(rèn)為汽車沿x軸速度不變,二自由度汽車模型,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),汽車平面運(yùn)動方程,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),式中：k1，k2為前后輪胎側(cè)偏剛度（已知

9、）； 1，2為前后輪胎側(cè)偏角(未知)； a，b為汽車前后軸到質(zhì)心的水平距離(已知),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng),穩(wěn)態(tài)下汽車平面運(yùn)動方程為,消去v后，得,式中 穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也叫轉(zhuǎn)向靈敏度； K穩(wěn)定性因數(shù)（s2/m2）； 橫擺角速度； u車速； 前輪轉(zhuǎn)角； m汽車質(zhì)量；L 軸距； a，b 汽車質(zhì)心到前后軸的距離； k1，k2 前后輪側(cè)偏剛度,第三節(jié) 線性二自由度汽車模

10、型對前輪角輸入的響應(yīng),汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益曲線,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),K=0時 ，汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為中性轉(zhuǎn)向。這時， 即轉(zhuǎn)向半徑 ，但這是在汽車無側(cè)偏時的結(jié)果。理由見汽車?yán)碚揚(yáng)120。因此，中性轉(zhuǎn)向汽車加速時，轉(zhuǎn)向半徑不變,汽車中性轉(zhuǎn)向,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),K0稱為不足轉(zhuǎn)向。不足轉(zhuǎn)向汽車加速時，和中性轉(zhuǎn)向時比，根據(jù) 穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益較小，即較小。但因R= ，故不足轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)向半徑隨車速增大而增大,汽車不足轉(zhuǎn)向,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角

11、輸入的響應(yīng),特征車速,uch稱為特征車速,K0稱為過多轉(zhuǎn)向。過多轉(zhuǎn)向汽車加速時，和中性轉(zhuǎn)向相比，穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益較大，但R= ，故轉(zhuǎn)向半徑隨車速增大而減小。顯然，當(dāng) 時， = 。這時較小的前輪轉(zhuǎn)角都會導(dǎo)致激轉(zhuǎn)而翻車。 為了保持良好的操縱穩(wěn)定性，汽車都應(yīng)當(dāng)具有適度的不足轉(zhuǎn)向,汽車過多轉(zhuǎn)向,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),三種穩(wěn)態(tài)響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益曲線,汽車質(zhì)心位置的影響 根據(jù)上式，質(zhì)心靠后，a增大，b減小，K減?。╧1， k2 為負(fù)），故不足轉(zhuǎn)向減小,影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素

12、(1,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),胎壓的影響 在一定范圍內(nèi)，胎壓減小則側(cè)偏剛度減小。根據(jù)上式，后輪胎壓降低會導(dǎo)致K減小，使不足轉(zhuǎn)向減小。前輪胎壓降低會導(dǎo)致K增大，使不足轉(zhuǎn)向增大,影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素(2,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),輪胎結(jié)構(gòu)的影響 子午線胎比斜交胎側(cè)偏剛度高。扁平比（=輪胎高度H/寬度B）小的輪胎側(cè)偏剛度大。 前輪側(cè)偏剛度增大，則不足轉(zhuǎn)向減小。 后輪側(cè)偏剛度增大，則不足轉(zhuǎn)向增加,影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素(3,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),增加前懸架角剛度或減少后懸架角剛度，會增加汽車不足轉(zhuǎn)向,懸架角剛度對穩(wěn)態(tài)特性的影響,

13、第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),表征穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的參數(shù),1、前后側(cè)偏角絕對值之差,如果不知道輪胎側(cè)偏剛度和汽車其他參數(shù)，只能通過實(shí)驗判斷汽車穩(wěn)態(tài)特性。測出前后側(cè)偏角絕對值之差，即可求出穩(wěn)定性因數(shù)K來。并注意到,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),因ay為正時，F(xiàn)y1，F(xiàn)y2為正，1，2為負(fù)。 ay為負(fù)時，F(xiàn)y1，F(xiàn)y2為負(fù)，1，2為正。故,故,0時，K0 不足轉(zhuǎn)向,0時，K0 過多轉(zhuǎn)向,0時，K=0 中性轉(zhuǎn)向,第三節(jié) 線性二自由

14、度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),當(dāng)側(cè)向加速度大于0.3-0.4g后，前后側(cè)偏角之差和側(cè)向加速度一般進(jìn)入非線性區(qū)域。在大側(cè)向加速度下，許多汽車穩(wěn)態(tài)特性發(fā)生顯著變化,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),前后側(cè)偏角之差與轉(zhuǎn)向半徑的關(guān)系,注意到,有,代入，有,得到前后側(cè)偏角絕對值之差與轉(zhuǎn)向半徑的關(guān)系,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),2、轉(zhuǎn)向半徑比,此即車速為u時的轉(zhuǎn)向半徑R與初始半徑（車速極低時的轉(zhuǎn)向半徑）R0之比,根據(jù)前式有,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),顯然有,若 RR0 時，K0 不足轉(zhuǎn)向 若 R=R0 時，K=0 中性轉(zhuǎn)向 若 R R0 時，K0 過

15、多轉(zhuǎn)向,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),3、靜態(tài)貯備系數(shù),1） 中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)及其位置的確定 從前式可知，如前后輪側(cè)偏角相等，則K=0。 設(shè)想汽車質(zhì)心逐漸移動，轉(zhuǎn)向時前后輪產(chǎn)生的側(cè)向力分配將逐漸變化，側(cè)偏角也相應(yīng)變化。如果前后輪產(chǎn)生同一側(cè)偏角，則其對應(yīng)側(cè)向力的合力作用點(diǎn)稱為中性轉(zhuǎn)向點(diǎn),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),圖中c點(diǎn)是質(zhì)心位置，cn是中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)。汽車向右轉(zhuǎn)向,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)到前輪中心的距離為,當(dāng)輪胎和軸距一定時，中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)到前輪中心的距離便確定,第三節(jié) 線性二自由度汽

16、車模型對前輪角輸入的響應(yīng),注意到汽車作穩(wěn)態(tài)圓周運(yùn)動時，橫擺角加速度為0，前后輪實(shí)際側(cè)偏力合力作用點(diǎn)即在質(zhì)心位置。 如質(zhì)心在Cn前，前輪側(cè)偏力增大，側(cè)偏角增大；后輪側(cè)偏力減少，側(cè)偏角減少，即 。 如質(zhì)心在Cn后，,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),定義靜態(tài)貯備系數(shù)S.M為,當(dāng)a=a時，汽車質(zhì)心和cn重合，S.M.=0, , K=0 當(dāng)aa時，汽車質(zhì)心在cn前，S.M.0, ,K0 當(dāng)aa時，汽車質(zhì)心在cn后，S.M.0, ,K0,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),瞬態(tài)響應(yīng),汽車平面運(yùn)動方程為,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),式中0、B1、 B0是與車速

17、u和汽車參數(shù)有關(guān)的常數(shù)，詳見p124。為輸入（前輪轉(zhuǎn)角），設(shè)其為階躍函數(shù),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),其解為,只考慮t0的情況，上式變?yōu)?第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),式中,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),表征瞬態(tài)響應(yīng)的幾個參數(shù),小轎車的固有頻率f0(=0/2)在0.8-1.2Hz之間。固有頻率高些較好,1、波動的固有頻率0,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),2、阻尼比,小了超調(diào)量大，

18、故大些較好,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),3、反應(yīng)時間,反應(yīng)時間 指r第一次到達(dá)穩(wěn)定值的時間。小些較好,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),4、達(dá)到第一峰值的時間,達(dá)到第一峰值的時間小些較好,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),瞬態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定條件,瞬態(tài)響應(yīng)對應(yīng)的齊次方程為,對應(yīng)的特征方程為,根為,第三節(jié) 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應(yīng),方程穩(wěn)定性理論指出，上式中s的實(shí)部如為正數(shù)，則方程的解不穩(wěn)定，因為解中總是有一項ereal(s)t存在。可以證明，當(dāng)穩(wěn)定性因數(shù)K0(過多轉(zhuǎn)向)且車速,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,這里1， 2等于Fy1/k

19、1， Fy2/k2。這里k1，k2是假定輪胎垂直載荷不變、外傾角為0、且側(cè)偏角較小時的側(cè)偏剛度，是一種簡化的模型。實(shí)際上和許多其他因素有關(guān)：輪胎垂直載荷；外傾角；懸架導(dǎo)向桿系變形、車身側(cè)傾等。故汽車輪胎的實(shí)際總側(cè)偏角應(yīng)為,引言,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,彈性側(cè)偏角（考慮了輪胎垂直載荷和外傾角）+車身側(cè)傾轉(zhuǎn)向角+懸架導(dǎo)向桿系變形轉(zhuǎn)向角。 也就是說，側(cè)偏角不但和輪胎特性與載荷有關(guān)，而且與汽車懸架、轉(zhuǎn)向系有關(guān),第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,汽車的側(cè)傾,1）車廂側(cè)傾軸,車廂相對地面轉(zhuǎn)動的瞬時軸線稱為車廂側(cè)傾軸。它與前后軸處的垂直斷面的交點(diǎn)稱為前、后側(cè)傾中心。它由懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)決定，可由圖

20、解或?qū)嶒炃蟮?第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,圖解法原理,假定車廂不動，地面相對車廂的瞬時轉(zhuǎn)動中心即為側(cè)傾中心。先確定二車輪瞬時中心及它們接地點(diǎn)的速度方向。把地面看成一個剛體，根據(jù)二車輪接地點(diǎn)速度方向確定地面相對汽車運(yùn)動的瞬心（即側(cè)傾中心,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,單橫臂獨(dú)立懸架上車廂的側(cè)傾中心,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,雙橫臂獨(dú)立懸架上車廂的側(cè)傾中心,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,麥弗遜式獨(dú)立懸架三維圖,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,等效單橫臂懸架,以車輪相對車廂的運(yùn)動瞬心為鉸接點(diǎn)的單橫臂懸架稱為原獨(dú)立懸架的等效單橫臂懸架,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)

21、系,2）懸架側(cè)傾角剛度,懸架側(cè)傾角剛度指車廂側(cè)傾時單位轉(zhuǎn)角下懸架系統(tǒng)給車廂的總彈性恢復(fù)力矩,式中 T-總彈性恢復(fù)力矩 r-車廂側(cè)傾角,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,懸架線剛度與等效彈簧,懸架線剛度指車輪保持在地面上，車廂作垂直運(yùn)動時，車廂單位位移下懸架給車廂的總彈性恢復(fù)力。該位移和恢復(fù)力均在車輪處度量。 鋼板彈簧的懸架線剛度直接等于彈簧剛度。獨(dú)立懸架的線剛度則和其導(dǎo)向桿系有關(guān)，這是因為此時車廂向下位移時，車廂受到的的總彈性恢復(fù)力不等于彈簧力,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,單橫臂懸架線剛度的計算,設(shè)車廂不動，設(shè)一個輪胎處向上的力扣除原平衡力后為 ,

22、它引起的車輪垂直位移是st，彈簧垂直位移是ss。對應(yīng)的彈簧力增量為Q。由圖可知,式中，m是彈簧中心到鉸接點(diǎn)距離，n是橫臂長。又,故,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,即一側(cè)懸架的線剛度為,式中，ks是彈簧實(shí)際剛度。 整個懸架的線剛度為,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,對更復(fù)雜的懸架，整個懸架的線剛度為,式中，ss ，st分別是彈簧和車輪處的虛位移,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,用等效彈簧求懸架側(cè)傾角剛度,設(shè)懸架單側(cè)線剛度為 ,車廂的彈性恢復(fù)力矩為,側(cè)傾角剛度為,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,汽車總的懸架側(cè)

23、傾角剛度,汽車總的側(cè)傾角剛度=前后側(cè)傾角剛度+橫向穩(wěn)定桿角剛度。 實(shí)際轎車的前側(cè)傾角剛度為300-1200 Nm/ ()。后側(cè)傾角剛度為180-700Nm/ (),第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,3）車廂側(cè)傾角,車廂側(cè)傾角指車廂繞側(cè)傾軸的轉(zhuǎn)角，它是影響汽車操縱穩(wěn)定性的一個重要參數(shù)。它也影響乘員感覺，車廂側(cè)傾角過大，乘員會很不舒適。過小則說明側(cè)傾角過大，凸凹不平路面對汽車單邊沖擊很大，同時會影響駕駛員路感,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,式中，M r是側(cè)傾力矩，K r是懸架總的側(cè)傾角剛度。 側(cè)傾力矩由下列三部分組成,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,懸掛質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩,式中，

24、ay是側(cè)向加速度(g) ，Gs是懸掛重量(N)。 從圖中看到，F(xiàn)sy引起的側(cè)傾力矩為,汽車作穩(wěn)態(tài)行駛時，懸掛質(zhì)量ms的離心力為,式中，h是懸掛質(zhì)心到側(cè)傾軸的距離,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,側(cè)傾后懸掛質(zhì)量重力引起的側(cè)傾力矩,式中，e是側(cè)傾后懸掛質(zhì)心偏移距離,從圖中有,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,獨(dú)立懸架非懸掛質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩,式中，F(xiàn)r是鉸鏈處的反作用力,對圖中G點(diǎn)取力矩，有,即,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,從圖中有,故,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系

25、,車廂側(cè)傾角計算,式中，M r是側(cè)傾力矩，K r是懸架總的側(cè)傾角剛度,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,垂直載荷重分配及對穩(wěn)態(tài)特性的影響,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,1) 側(cè)頃時垂直載荷重分配,式中,側(cè)頃時前左輪垂直載荷變化量為,Fz1l 側(cè)頃時前左輪垂直載荷變化量 Fsy車廂上作用的離心力 bs 車廂質(zhì)心到后軸的水平距離,L 軸距 h1前側(cè)頃中心離地高度 K r1 前懸架側(cè)頃角剛度 K r 汽車總側(cè)頃角剛度 M r 作用在車廂的外側(cè)頃力矩之和Fu1y前簧下質(zhì)量產(chǎn)生的離心力 hu1前簧下質(zhì)心離地高度 B1 前輪距,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,從上式可知，車廂作用的離心力越大(

26、Fsy大)，或質(zhì)心越靠前(bs 大)，或前側(cè)頃中心越高 (h1大) ，或前懸架側(cè)頃角剛度占總側(cè)頃角剛度比例越高 (K r1 / K r大) ，或前輪距越小，則前左輪垂直載荷變化量就越大,對前右輪，有： Fz1r= -Fz1l,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,2) 側(cè)頃時垂直載荷變動對側(cè)偏剛度和穩(wěn)態(tài)特性的影響,無側(cè)向力時，左右輪垂直載荷W0都對應(yīng)于側(cè)偏剛度k0，左右輪側(cè)偏角都為： ，式中Fy為左右輪側(cè)偏力之和。 汽車轉(zhuǎn)彎受到側(cè)向力時，設(shè)左右輪垂直載荷變化為W，內(nèi)外輪的側(cè)偏剛度分別為kl，kr。但內(nèi)外輪的側(cè)偏角相同,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,式中,是左右輪垂直載荷變動時的平均側(cè)偏剛度

27、。從圖可知,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,懸架角剛度對穩(wěn)態(tài)特性的影響,增加前懸架角剛度或減少后懸架角剛度，會使前輪垂直載荷變化量增大，從而增加汽車不足轉(zhuǎn)向,K增大，不足轉(zhuǎn)向量增大。 反之，如左右后輪垂直載荷變動較大時，則|k2|減少， K減少，不足轉(zhuǎn)向量減少,因此，左右前輪垂直載荷變動較大（例如前側(cè)頃角剛度較大）時，則|k1|(這里|k1|即上式中的 )減少，根據(jù),第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,車廂側(cè)傾引起的車輪外傾,1）有車輪外傾時的側(cè)偏角,FY是側(cè)偏力，F(xiàn)Y是外傾側(cè)向力,這是有車輪外傾時的側(cè)偏角。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時，如車輪外傾方向與轉(zhuǎn)彎方向（即側(cè)向

28、反力方向）一致時，絕對值減少。如車輪外傾方向與轉(zhuǎn)彎方向相反時，絕對值增加,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,2）車輪外傾角的確定,要保持高的極限性能，急速轉(zhuǎn)彎時承受大部分垂直載荷的外側(cè)車輪應(yīng)盡量垂直地面。 車輪外傾角由車輪相對于車廂的外傾角1和車廂相對于地面的側(cè)傾角r合成。假設(shè)車廂不動，地面以反方向轉(zhuǎn)過一角度r。這時根據(jù)懸架導(dǎo)向桿系運(yùn)動學(xué)關(guān)系，求出車輪與車廂的相對轉(zhuǎn)動角度1 。然后讓地面和汽車同時轉(zhuǎn)回到地面水平位置，這樣便可確定車輪外傾角的值,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,側(cè)傾轉(zhuǎn)向,車廂側(cè)傾引起的車輪轉(zhuǎn)向稱為側(cè)傾轉(zhuǎn)

29、向，或稱軸轉(zhuǎn)向。側(cè)傾轉(zhuǎn)向會增加或減少不足轉(zhuǎn)向量。 圖說明了后軸轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向量增減的關(guān)系。雪鐵龍具有的“后軸隨動轉(zhuǎn)向”技術(shù)即是為了轉(zhuǎn)向時增加不足轉(zhuǎn)向量（見有關(guān)文章,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,外側(cè)懸架壓縮，前束減少，車輪向外轉(zhuǎn)。內(nèi)側(cè)懸架拉伸，前束增加，車輪向汽車中心轉(zhuǎn)。該車側(cè)傾轉(zhuǎn)向引起了不足轉(zhuǎn)向的增加,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,變形轉(zhuǎn)向,懸架導(dǎo)向裝置變形引起的車輪轉(zhuǎn)向稱為變形轉(zhuǎn)向,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,向右轉(zhuǎn)彎,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,第四節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系,第五節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向系的關(guān)系,側(cè)傾時

30、轉(zhuǎn)向系和懸架的運(yùn)動干涉的關(guān)系,第五節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向系的關(guān)系,懸架變形時，轉(zhuǎn)向節(jié)球銷c將繞o1點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，同時主銷繞o2點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，造成額外的輪轉(zhuǎn)向。右轉(zhuǎn)彎時，外側(cè)左懸架壓縮，車輪向左轉(zhuǎn)，增加了不足轉(zhuǎn)向,第五節(jié) 汽車操縱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向系的關(guān)系,轉(zhuǎn)向系剛度和轉(zhuǎn)向輪的變形轉(zhuǎn)向,轉(zhuǎn)向系剛度低，前輪變形轉(zhuǎn)向角大，增加不足轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向系剛度高，前輪變形轉(zhuǎn)向角小，不足轉(zhuǎn)向增加量小。但轉(zhuǎn)向系剛度低不僅路感不好，還可能造成前輪擺振,電子穩(wěn)定程序系統(tǒng)(Electric Stability Program)簡稱ESP。沃爾沃稱其為DSTC，寶馬稱其為DSC，凌志稱其為VSC。汽車緊急避障或轉(zhuǎn)彎制動時，該系統(tǒng)通過改變車輪

31、切向力，使車輛克服偏離正常路徑的傾向。 1、四通道系統(tǒng)，自動向4個車輪獨(dú)立施加制動力。 . 2、二通道系統(tǒng)，自動向2個前輪施加制動力。 3、 三通道系統(tǒng)，向2個前輪施加獨(dú)立制動力，向2后輪施 加非獨(dú)立制動力,ESP系統(tǒng)（1,第六節(jié) 提高操縱穩(wěn)定性的電子控制系統(tǒng),ESP的傳感器 轉(zhuǎn)向傳感器 輪速傳感器 偏轉(zhuǎn)率傳感器 側(cè)向加速度傳感器 工作原理 根據(jù)各傳感器信號，發(fā)現(xiàn)汽車出現(xiàn)甩尾或前輪失去轉(zhuǎn)向 能力時，當(dāng)汽車處于驅(qū)動方式時，程序控制ASR（驅(qū)動力控制系統(tǒng)）改變在各輪上的驅(qū)動力；當(dāng)汽車處于制動方式時，控制ABS（防抱死系統(tǒng)）改變在各輪上的制動力，使汽車產(chǎn)生額外的力矩，迫使汽車回到正確的路線上來,ESP系統(tǒng)（2,第六節(jié) 提高操縱穩(wěn)定性的電子控制系統(tǒng),第六節(jié) 提高操縱穩(wěn)定性的電子控制系統(tǒng),ESP1,第六節(jié) 提高操縱穩(wěn)定性的電子控制系統(tǒng),ESP_mazda,ESP系統(tǒng)工作原理,第六節(jié) 提高操縱穩(wěn)定性的電子控制系統(tǒng),第六節(jié) 提高操縱穩(wěn)定性的電子控制系統(tǒng),DSC,第六節(jié) 提高操縱穩(wěn)定性的電子控制系統(tǒng),ESP的三大特點(diǎn),1.實(shí)時監(jiān)控：ESP能夠?qū)崟r監(jiān)控駕駛者的操控動作、路面反應(yīng)、汽車運(yùn)動狀態(tài)，并不斷向發(fā)動機(jī)和制動系統(tǒng)發(fā)