《汽車?yán)碚摗方贪?-汽車操縱穩(wěn)定性

1、汽車?yán)碚揂教案 ii汽車?yán)碚揂教案（章節(jié)備課）早節(jié)第五章汽車的操縱穩(wěn)定性理論授課時(shí)間14學(xué)時(shí)教學(xué)目的 和要求了解汽車操縱穩(wěn)定性的評價(jià)體系掌握車輛坐標(biāo)系和輪胎坐標(biāo)系的有關(guān)術(shù)語掌握輪胎側(cè)偏現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和影響側(cè)偏特性的因素熟練掌握汽車的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性及其影響因素了解汽車操縱穩(wěn)定性與懸架的關(guān)系掌握汽車行駛的縱向和橫向穩(wěn)定性條件了解提高操縱穩(wěn)定性的電子控制系統(tǒng)教學(xué)重點(diǎn)車輛坐標(biāo)系輪胎坐標(biāo)系輪胎側(cè)偏現(xiàn)象影響側(cè)偏特性的因素制動跑偏，制動時(shí)后軸側(cè)滑線性二自由度汽車模型的運(yùn)動微分方程汽車的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)懸架的側(cè)傾特性側(cè)傾時(shí)左右車輪垂直載何變化對汽車轉(zhuǎn)向性能的影響側(cè)傾時(shí)車輪外傾角的變化對汽車轉(zhuǎn)向性能的影響汽車橫向穩(wěn)定性條

2、件提高操縱穩(wěn)定性的電子控制系統(tǒng)教學(xué)難點(diǎn)輪胎側(cè)偏現(xiàn)象線性二自由度汽車模型的運(yùn)動微分方程汽車的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)懸架的側(cè)傾特性教學(xué)進(jìn)程（含教學(xué)1.概述（45(1) 14學(xué)時(shí) (630)為內(nèi)容、時(shí)間 分配、教學(xué) 方法、輔助 手段）（1）汽車操縱穩(wěn)定性的基本內(nèi)容（20）1 ）汽車操縱穩(wěn)定性的定義2）汽車操縱穩(wěn)定性包含的內(nèi)容播放汽車?yán)@樁試驗(yàn)、緊急變線試驗(yàn)和麋鹿試驗(yàn)視頻理論授課。（2）各部分 時(shí)間分配可 根據(jù)實(shí)際授 課情況調(diào) 整，總計(jì)時(shí) 間不超過14 學(xué)時(shí)（630）。2）采用多媒 體課件教 學(xué)，在多媒 體教室講 授。3）插播汽3）轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的時(shí)域響應(yīng)強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的時(shí)域響應(yīng)是汽車操縱穩(wěn)定性評價(jià)中 的

3、重點(diǎn)內(nèi)容，是本章研究的核心；提醒學(xué)生復(fù)習(xí)前期課程汽車振動基礎(chǔ)中有關(guān)時(shí)、域、頻域的內(nèi)容。（2）車輛坐標(biāo)系（201）車輛坐標(biāo)系的組成2）穩(wěn)態(tài)響應(yīng)三種類型的定義強(qiáng)調(diào)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)是本章的主要研究內(nèi)容，三種轉(zhuǎn)向類型的定義十分關(guān)鍵3）瞬態(tài)響應(yīng)的特點(diǎn)及相關(guān)參數(shù)（3）人-汽車閉環(huán)系統(tǒng)（5汽車?yán)碚揂教案 ）人-汽車閉環(huán)系統(tǒng)的概念2）汽車試驗(yàn)的兩種評價(jià)方法強(qiáng)調(diào)主觀評價(jià)法始終是操縱穩(wěn)定性的最終評價(jià)方法輪胎的側(cè)偏特性（90（1）輪胎的坐標(biāo)系與術(shù)語（151）輪胎坐標(biāo)系的建立）輪胎坐標(biāo)系中力、力矩、外傾角、側(cè)偏角的正負(fù)定義3）側(cè)偏角的概念側(cè)偏角的概念十分關(guān)鍵，強(qiáng)調(diào)學(xué)生理解和掌握（2）輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象（251）剛性車輪受側(cè)向力時(shí)

4、的運(yùn)動學(xué)分析2）譚性車輪受側(cè)向力時(shí)的運(yùn)動學(xué)分析3）側(cè)偏現(xiàn)象的定義4）側(cè)偏現(xiàn)象的表達(dá)式Fy 二 k ：側(cè)偏現(xiàn)象是本章的重點(diǎn)和難點(diǎn)，應(yīng)相對多花些時(shí)間進(jìn)行深入細(xì) 致的講解（3） 輪胎結(jié)構(gòu)、工作條件與側(cè)偏特性的關(guān)系（15輪胎結(jié)構(gòu)輪胎氣壓，垂直載荷行駛車速 驅(qū)動力 路面狀況本章重點(diǎn)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)在后面的分析中將反復(fù)用到（4）回正力矩（201）回正力矩的概念2）側(cè)偏現(xiàn)象產(chǎn)生回正力矩的原因分析小側(cè)向力 大側(cè)向力 更大側(cè)向力 過大側(cè)向力提出問題：為何有回正力矩存在還有可能造成翻傾事故？ （5）有外傾角時(shí)輪胎的滾動（151）外傾側(cè)向力的概念2）外傾剛度的概念Fyy 二 k3）外傾側(cè)向力與側(cè)偏力的關(guān)系Fy汀丫。卡丫廣

5、k：心4）外傾側(cè)向力、外傾剛度正負(fù)的判斷車?yán)@樁試 驗(yàn)、緊急 變線試驗(yàn)、麋鹿試 驗(yàn)、汽車 失控視頻集 錦、ESP 的作用、感受ESP、ESP 工作原理 等的視頻短 片。4）板書設(shè) 計(jì)：左側(cè)一 欄中陰影部 分為板書基 本內(nèi)容汽車的轉(zhuǎn)向特性（90（1）線性二自由度汽車模型（301）線性二自由度汽車模型的概念和簡化方法2）線性二自由度汽車模型微分方程的建立3）線性二自由度汽車模型微分方程的求解本章的重點(diǎn)和難點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)理清簡化模型的思路和微分方程建立的意義（2）前輪角階躍輸入下進(jìn)入的汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)（451 ）穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益的概念和表達(dá)式0u Ls 1+Ku22）穩(wěn)定性因數(shù)的概念和表達(dá)式心a -bL k2

6、 ki3）用穩(wěn)定性因數(shù) K來判斷汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的類型4）特征車速和臨界車速的概念、意義和計(jì)算5）幾種表示汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的方法根據(jù)汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向三種類型的定義，即R/Ro的關(guān)系來判斷根據(jù)穩(wěn)定性因數(shù) K值來判斷根據(jù)前后車輪側(cè)偏角絕對值的差即（ai- a 2）來判斷根據(jù)靜態(tài)儲備系數(shù) S.M.來判斷根據(jù)中性轉(zhuǎn)向點(diǎn) Cn與汽車質(zhì)心C的位置關(guān)系來判斷。6）影響汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的主要使用參數(shù)輪胎氣壓、扁平率裝載質(zhì)量本章的重點(diǎn)核心內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)理解穩(wěn)定性因數(shù)與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向類型的內(nèi)在聯(lián)系以及各種判斷方法之間的關(guān)系（3）前輪角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)（15）表征前輪角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)品質(zhì)好壞的參數(shù)橫擺角速度 3 r波動的固有（

7、圓）頻率 3 0 阻尼比Z反應(yīng)時(shí)間T峰值反應(yīng)時(shí)間 汽車操縱穩(wěn)定性與懸架的關(guān)系（135（1）汽車的側(cè)傾（601）車廂的側(cè)傾軸線、側(cè)傾中心的概念2）車廂的側(cè)傾軸線、側(cè)傾中心的求法三心疋理等效單橫臂懸架的概念3）懸架的側(cè)傾角剛度懸架的線剛度的概念利用等效彈簧的微變形或虛位移原理求解懸架的線剛度表 達(dá)式K Ki /ks 2n懸架側(cè)傾角剛度的概念和表達(dá)式KE=2KlB2_2ksBm4）車廂的側(cè)傾角車廂的側(cè)傾角對操縱穩(wěn)定性和行駛平順性的影響側(cè)傾力矩的三部分的計(jì)算與分析側(cè)傾力矩的計(jì)算是本章的難點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)理解側(cè)傾時(shí)車廂的受力分（2）側(cè)傾時(shí)垂直載荷在左、右側(cè)車輪上的重新分配及其對穩(wěn)態(tài) 響應(yīng)的影響（251）側(cè)傾時(shí)垂

8、直載荷在左、右側(cè)車輪上的重新分配分析2）車輪垂直載荷重新分配對輪胎側(cè)偏剛度和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響 提出實(shí)際問題：橫向穩(wěn)定桿起什么作用？為何通常在轎車的前 懸架加裝橫向穩(wěn)定桿？（3）側(cè)傾外傾（251）側(cè)傾外傾的概念2）不同懸架結(jié)構(gòu)型式側(cè)傾外傾的判斷方法3）側(cè)傾外傾對穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響提出實(shí)際問題：汽車懸架結(jié)構(gòu)型式為何通常前“雙”后“單”？（4）側(cè)傾轉(zhuǎn)向（101）側(cè)傾轉(zhuǎn)向的概念2）側(cè)傾轉(zhuǎn)向?qū)Ψ€(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響提出實(shí)際問題：為何有些轎車后輪也設(shè)計(jì)有前束角？（5）變形轉(zhuǎn)向（101）變形轉(zhuǎn)向的概念2）變形轉(zhuǎn)向?qū)Ψ€(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響提出實(shí)際問題：為何回正力矩作用的總效果一般是趨向不足轉(zhuǎn)（6）變形外傾（5變形外傾的概念汽車行駛

9、的縱向和橫向穩(wěn)定性（35（1） 汽車行駛的縱向穩(wěn)定性（151）汽車等速上坡時(shí)的受力分析2）縱向翻倒和縱向滑轉(zhuǎn)的分析3）縱向穩(wěn)定性的條件分析b hg（2） 汽車行駛的橫向穩(wěn)定性（201）汽車橫坡上等速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)的受力分析2）橫向側(cè)翻和側(cè)向打滑的分析結(jié)合高速公路的彎道外筑有一定的坡度的實(shí)例進(jìn)行說明3）側(cè)翻閾值的概念4）橫向穩(wěn)定性的條件分析6.提高操縱穩(wěn)定性的電子控制系統(tǒng)（55(1)四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Four Wheel Steering System, 4WS) (151)四輪轉(zhuǎn)向的概念2 ) 2WS與 4WS操縱穩(wěn)定性的比較(2)車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng) (Vehicle Stability Contro

10、l System , VSC) (30)1）車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的概念（ESP或 VSC2）車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的必要性 通過播放汽車失控視頻集錦說明3）車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的作用通過播放ESP作用和感受ESP等視頻說明4）車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和原理 通過播放ESP工作原理的視頻說明預(yù)習(xí) 思考題本章共14學(xué)時(shí)，7次課，各次課的預(yù)習(xí)思考題:第1次課預(yù)習(xí)思考題什么是操縱穩(wěn)定性？為何日益受到重視？什么是轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入？什么是轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬 態(tài)響應(yīng)？它們的評價(jià)參量有哪些？典型行駛工況性能主要包括哪些？其評價(jià)參量主要有哪些？什么是車輛坐標(biāo)系？在該坐標(biāo)中定義了哪些運(yùn)動參量？第2次課預(yù)

11、習(xí)思考題什么是輪胎坐標(biāo)系？正的回正力矩、側(cè)偏角和外傾角是如果定義的？ 什么是側(cè)偏現(xiàn)象？何時(shí)會出現(xiàn)？什么是側(cè)偏特性？側(cè)偏力和側(cè)偏角的關(guān)系如何？輪胎結(jié)構(gòu)及工作條件對側(cè)偏特性的影響如何？為何有回正力矩存在還有可能造成翻傾事故？第3次課預(yù)習(xí)思考題外傾角與外傾側(cè)向力的關(guān)系如何？外傾角如何產(chǎn)生回正力矩，其正負(fù)符號如何？什么是線性二自由度汽車模型？如何將汽車簡化為線性二自由度汽車模 型？第4次課預(yù)習(xí)思考題穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益的表達(dá)式？式中各參數(shù)的含義及單位？ 為什么可以用穩(wěn)定性因數(shù) K來判斷汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的類型？ 什么是特征車速和臨界車速？如何計(jì)算？有何意義？ 有哪幾種表示汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的方法。表征穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的

12、具體參數(shù)有哪些？它們彼此之間的關(guān)系如何? 第5次課預(yù)習(xí)思考題前輪角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)中用來表征響應(yīng)品質(zhì)好壞的參數(shù)主要有哪 些？什么是車廂側(cè)傾軸線、側(cè)傾中心？什么是懸架的線剛度？單橫臂獨(dú)立懸架的線剛度如何計(jì)算？什么是懸架的側(cè)傾角剛度？如何計(jì)算？側(cè)傾力矩由哪三部分組成？第6次課預(yù)習(xí)思考題橫向穩(wěn)定桿起什么作用？為何通常在轎車的前懸架加裝橫向穩(wěn)定桿？ 什么是側(cè)傾外傾？某轎車的懸架系統(tǒng)采用雙橫臂獨(dú)立懸架和單橫臂獨(dú)立 懸架，請問該車的前、后懸架懸架應(yīng)采用哪種懸架？分析說明其道理。什么是側(cè)傾轉(zhuǎn)向？為何有些轎車后輪也設(shè)計(jì)有前束角？什么是變形轉(zhuǎn)向？為何回正力矩作用的總效果一般是趨向不足轉(zhuǎn)向？ 第7次課預(yù)習(xí)思考

13、題什么是汽車的縱向穩(wěn)定性？汽車縱向穩(wěn)定性條件是什么？什么是汽車的橫向穩(wěn)定性？汽車橫向穩(wěn)定性條件是什么？什么是側(cè)向穩(wěn)定性系數(shù)？比較各種類型車輛的側(cè)向穩(wěn)定性系數(shù)，哪種車輛側(cè)翻可能性較大？什么是ESP ?分析ESP的工作原理。作業(yè)題1、 某汽車在環(huán)形跑道上行駛，環(huán)形跑道的半徑為800m，側(cè)向坡度為15 , 側(cè)向附著系數(shù)為 0.7，請分析計(jì)算該車在該環(huán)形跑道上行駛時(shí)，不發(fā)生側(cè)向滑動的極限車速為多少？（需寫出分析推證過程）2、 某轎車總質(zhì)量1820kg,汽車前軸軸載質(zhì)量為汽車總質(zhì)量的 53%,軸距3.1m , 一個(gè)前輪側(cè)偏剛度為 31310N/rad，個(gè)后輪側(cè)偏剛度為 55095N/rad，該車以 36

14、km/h的車速進(jìn)行穩(wěn)態(tài)圓周行駛時(shí)，其轉(zhuǎn)向半徑20m，求：1）前輪側(cè)偏角（絕對值）與后輪側(cè)偏角（絕對值）之差；2）該車的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性為何種類型？3） 該車的特征車速或臨界車速；4）此時(shí)前輪平均轉(zhuǎn)角；5）該車靜態(tài)儲備系數(shù)。3、教材課后習(xí)題5.1。4、教材課后習(xí)題5.3 。5、教材課后習(xí)題5.6。6、教材課后習(xí)題5.2 。7、教材課后習(xí)題5.9。8、教材課后習(xí)題5.11 （編程題）。主要參考資料汽車?yán)碚?，主編：余志生，機(jī)械工業(yè)出版社，2009.3，第5版汽車?yán)碚?，主編：楊萬福，華南理工大學(xué)出版社，2010.8，第1版車輛動力學(xué)基礎(chǔ)，著：Thomas D. Gillespie,清華大學(xué)出版社，2006.12汽車動力學(xué)第 4版，著：Man