汽車側(cè)滑的影響因素分析

目錄TOC\o"1-3"\h\u26649汽車側(cè)滑的影響因素分析 1214071.1.轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)對(duì)側(cè)滑的影響 1269851.1.1.前束側(cè)向力 1258961.1.2.外傾側(cè)向力 3102461.1.3.車輪前束與外傾角共同效果 5135161.2.車速對(duì)側(cè)滑的影響 6264381.3.胎壓對(duì)側(cè)滑的影響 8313971.4.轉(zhuǎn)向輪側(cè)向力與側(cè)滑量之間的關(guān)系 10轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)對(duì)側(cè)滑的影響一般情況下,轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)用車者都不易察覺(jué),但是轉(zhuǎn)向輪對(duì)行車安全影響又較大,因此轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)的對(duì)側(cè)滑的影響應(yīng)該受到重視?主銷后傾角?主銷內(nèi)傾角?車輛外傾角以及車輛前束被統(tǒng)稱為:汽車轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)?在非獨(dú)立懸架汽車中,除了車輪前束之外,其他三個(gè)參數(shù)一般情況下是不可以進(jìn)行改變調(diào)整的?如果汽車的轉(zhuǎn)向軸發(fā)生變形或者配合間隙發(fā)生了變化,那么就會(huì)造成轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)發(fā)生變化,其中車輪前束與外傾角的變化最為嚴(yán)重,很容易導(dǎo)致車輛失調(diào)?在汽車行駛中,轉(zhuǎn)向輪前束與外傾角是互相協(xié)調(diào)配合著工作的,前束與外傾角的良好配合才能使保障車輛操縱穩(wěn)定性?另外要想更好的發(fā)揮汽車的性能,就要盡可能減小轉(zhuǎn)向輪側(cè)向力?我們一般用汽車在沿直線行駛過(guò)程中發(fā)生的側(cè)滑量來(lái)判斷轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)是否符合要求?前束側(cè)向力如果轉(zhuǎn)向輪只有前束,當(dāng)其不受任何條件約束的在地面做滾動(dòng)時(shí),那么它的滾動(dòng)方向?qū)⑴c前束的方向相同,但是因?yàn)檗D(zhuǎn)向輪會(huì)受到轉(zhuǎn)向軸和橫拉桿等因素的限制,因此滾動(dòng)方向只能沿著直線方向?所以在轉(zhuǎn)向輪的中間位置就會(huì)出現(xiàn)側(cè)向力Fya’,使得汽車只能沿著直線行駛?在汽車車輪與地面的接觸處就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與Fya’大小相等方向相反的反作用力Fya,這個(gè)力被稱為前束側(cè)向力?前束側(cè)向力沿著接觸表面的中心的分布不對(duì)稱,合力向后方偏(如REF_Ref6775\h圖STYLEREF1\s3-1)?圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s11具有前束的轉(zhuǎn)向輪滾動(dòng)時(shí)的側(cè)向力及其分布圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s12前束車輪的胎面變形當(dāng)轉(zhuǎn)向輪的前束角α確定,向前運(yùn)動(dòng)時(shí),前束車輪輪胎胎面會(huì)發(fā)生改變(為了能夠分析簡(jiǎn)便,將輪胎胎體假設(shè)為剛性的,輪胎的彈性都在輪胎表面,而且寬度較薄)如REF_Ref6840\h圖STYLEREF1\s3-2所示,O點(diǎn)為輪胎印記的前端點(diǎn),印記中輪胎上其中一點(diǎn)經(jīng)過(guò)時(shí)間t后,由O點(diǎn)到達(dá)P點(diǎn),然后繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)?當(dāng)輪胎的摩擦應(yīng)力等于側(cè)向應(yīng)力(到達(dá)Α點(diǎn))時(shí),輪胎上的P點(diǎn)開(kāi)始出現(xiàn)滑移,最后會(huì)回到最開(kāi)始的位置?OA是附著區(qū),AB是滑移區(qū),2a是輪胎印記的長(zhǎng)度,因此在這個(gè)區(qū)域里,輪胎表面上任何一點(diǎn)P側(cè)向變形成:ΔY=χ?tanα(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s11)印記內(nèi)輪胎表面因變形所引起的側(cè)向應(yīng)力為:qyα=Cy?ΔY=Cy?χ?tanα(STYLEREF1\s3式中:Cy一般情況下車輛的前束都比3°Fya=02aqya?dx=02aCy式中:kαkα=2α2Cγ(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s14)由上式可知,汽車前束所導(dǎo)致的側(cè)向力Fγα和其前束角α成正比,當(dāng)汽車前束增加時(shí)那么側(cè)向力也會(huì)隨著增加?同樣,如果輪胎在負(fù)前束的狀態(tài)下,側(cè)向力則會(huì)隨著汽車負(fù)前束的增加而提高,與前束導(dǎo)致的側(cè)向力不同的是Fαγ的方向與其相反,如REF_Ref7180\h圖STYLEREF1\s3-3?圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s13轉(zhuǎn)向前束與側(cè)向力的關(guān)系外傾側(cè)向力有外傾角的車輛前輪,在地面滾動(dòng)但不被約束時(shí),這個(gè)就與圓錐繞著圓錐尖部滾動(dòng)相似,其滾動(dòng)軌跡不是一個(gè)直線是一個(gè)方向朝外的圓弧?又因?yàn)檫€收到轉(zhuǎn)向軸的約束,因此車輛只能夠沿著正常的行駛方向?故,車輛中心就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)側(cè)向力Fyγ‘使得車輪只能夠沿著直線方向行駛,那么車輪與地面接觸處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)和Fyγ‘反向的側(cè)向反作用力Fyγ,這個(gè)就被稱為外傾側(cè)向力?這個(gè)側(cè)向力沿著車輪的接觸面中心,對(duì)稱分布在接觸面長(zhǎng)度范圍之內(nèi),如REF_Ref14585\h圖STYLEREF1\s3-4?REF_Ref15186\h圖STYLEREF1\s3-5?圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s14具有外傾角的轉(zhuǎn)向輪滾動(dòng)時(shí)的側(cè)向力分布簡(jiǎn)圖圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s15轉(zhuǎn)向輪外傾角與外傾側(cè)向力在輪胎發(fā)生外傾滾動(dòng)時(shí),輪胎表面變形如REF_Ref16061\h圖STYLEREF1\s3-6?圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s16外傾車輪的胎面變形圖中2a是接地印記長(zhǎng)度?因?yàn)檩喬ケ砻娴母鞑糠侄加兴鶎?duì)應(yīng)的側(cè)向變形,故產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的側(cè)向應(yīng)力?對(duì)于χ處的印記側(cè)變應(yīng)力為:ΔY=ΔΖ?tanγ(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s15)式中:ΔΖ是輪胎接觸地面部分的垂直變形,其是χ的函數(shù)?因?yàn)閎=Rχ?a2+z?b2=R2(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s16將b代入上式得Z2?2ZR2?a2+χ2?2aχ=0(STYLEREF1\s解Z的一元二次方程,χ軸下方的Z為:ΔΖ=R2?a2?R2?(χ?a)2(STYLEREF1\s由臺(tái)勞近似展開(kāi)式得:R2?a2=R1?12aR2(STYLEREF1\sR2?χ?a2=R1?12χ?aR2(STYLEREF1\s將式2?3代入1,得:ΔZ=χ2?2aχ2R=a2χ2Raχa?2(因此χ處印記的側(cè)向變形:ΔY=ΔZ?tanγ=a22R?χaχa?2?tan那么χ處由外傾角引起的側(cè)向應(yīng)力為:qyγ=Cy?ΔY=Cy?aχ2R?2?χa?tanγ式中:Cy外傾側(cè)向力FyγF式中:kγ由以上分析過(guò)程可知,外傾角所產(chǎn)生的側(cè)向力Fyγ與tanγ成正比,也就是Fyγ與γ成正比,車輪的外傾角γ在逐漸增加,側(cè)向力F車輪前束與外傾角共同效果結(jié)合上面兩節(jié)的敘述,當(dāng)汽車沿著直線運(yùn)動(dòng)時(shí),因?yàn)檐囕喌那笆c外傾角而產(chǎn)生側(cè)向力,側(cè)向力的大小分別取決于前束與外傾角的大小,并且兩者方向是相反的,可以互相抵消?因此當(dāng)不考慮其他因素時(shí),側(cè)向力的大小由外傾角與前束值共同決定?如果汽車轉(zhuǎn)向輪前束與外傾角不能達(dá)到理想配合的時(shí)候,車輛在沿直線運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生側(cè)向力進(jìn)而引起汽車側(cè)滑?但在理論上,如果轉(zhuǎn)向輪的前束和外傾達(dá)到最合理的配合時(shí),側(cè)向力為零,那么汽車在行駛時(shí)將不會(huì)產(chǎn)生定向側(cè)滑?對(duì)于所有的前束都會(huì)有相應(yīng)的外傾角使得其側(cè)向力為零,外傾角的存在一定程度上減少了前束所帶來(lái)的行車風(fēng)險(xiǎn),但當(dāng)外傾角超過(guò)補(bǔ)償車輛前束值后,隨著其增大汽車側(cè)向力也會(huì)增大從而降低車輛操縱穩(wěn)定性?車速對(duì)側(cè)滑的影響在此模型中,為了使分析更為簡(jiǎn)便,暫不考慮汽車的左右兩車輪之間制動(dòng)的略微不同,并將前后輪簡(jiǎn)化為一個(gè)車輪?如REF_Ref16486\h圖STYLEREF1\s3-7為車輪后輪在制動(dòng)抱死側(cè)滑時(shí)的力學(xué)模型?圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s17汽車后軸側(cè)滑力學(xué)模型圖中α是汽車后輪的側(cè)滑角,δ是發(fā)生側(cè)滑之后,車輛的縱軸軸線和行駛道路的中心線之間的夾角,即轉(zhuǎn)向角?車輛質(zhì)心位置的作用力(側(cè)向力)Fy與制動(dòng)慣性力Fx增大了汽車的側(cè)滑量,然汽車后輪制動(dòng)力Ir=Mg?sinγ?a+Fya+Fxsinβ?a?F2sin式中:Ι是車輛繞著前輪垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;r是汽車橫擺的角速度;Μ是車輛的質(zhì)量;g為重力加速度;γ為路面橫向斜坡角;a為汽車的質(zhì)心到前軸的距離;L為軸距?設(shè)v為車輛在側(cè)滑剛開(kāi)始發(fā)生時(shí)的速度,那么作用在汽車質(zhì)心上的側(cè)向力為:

Fy=Mvr(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s115)后輪抱死拖滑,在后輪上的制動(dòng)力:F2=Mψga?axh/L(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s116式中:ψ為路面附著系數(shù);ax由汽車制動(dòng)所引起的慣性力為:Fx=Max(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s117)又因?yàn)閭?cè)滑初期的α和β都比較小,設(shè):sinα≈tanα≈β(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s118)sinβ≈tanβ≈β(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s119)由REF_Ref16486\h圖STYLEREF1\s3-7得到:r=vR=v(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s120)tanα/L=aα/L(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s121)由此:α=Lr/v(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s122)又:

β=tanβ=aR=atanα/L=aα/L(STYLEREF1\s3-所以:β=ar/v(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s124)將REF_Ref5163\h(STYLEREF1\s3-13)至REF_Ref5271\h(STYLEREF1\s3-18)?REF_Ref5277\h(STYLEREF1\s3-19)代入REF_Ref4986\h(STYLEREF1\s3-14)得:Ir=Mgγa+Mavr+axMa2r/v?Mψga?axhLr/v即:r=Mgγa/I+Mav2+axa2?Lψga+LΨaxhr/vI如不考慮側(cè)滑初始的速度與減速變化,求解REF_Ref5754\h(STYLEREF1\s3-26)得到車輛在側(cè)滑時(shí)的橫擺角速度和轉(zhuǎn)向角,即:橫擺角速度:r=gγa/ρ2qeqt?1(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s127)轉(zhuǎn)向角:δ=gγa/ρq2eqt?qt?1(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s128)式中:ρ2=I/M(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s129)q=av2+axa2?Lψga?axh/ρ2ρ為汽車?yán)@前輪垂直軸的回轉(zhuǎn)半徑式REF_Ref5473\h(STYLEREF1\s3-28)與REF_Ref5515\h(STYLEREF1\s3-29)表明,車輛的側(cè)滑運(yùn)動(dòng)是時(shí)間的指數(shù)函數(shù),其運(yùn)動(dòng)特性主要由q值來(lái)決定?側(cè)滑運(yùn)動(dòng)隨著q的增大而變的劇烈?從REF_Ref5427\h(STYLEREF1\s3-30)中可以看出,v和ρ是影響q的兩個(gè)重要因素?車速越高,q值也就會(huì)越大,那么側(cè)滑就越來(lái)越嚴(yán)重?如REF_Ref17204\h圖STYLEREF1\s3-8?REF_Ref17227\h圖STYLEREF1\s3-9?圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s18車速和側(cè)向力關(guān)系圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s19車速與側(cè)向力關(guān)系曲線由圖可知,轉(zhuǎn)向輪前束在規(guī)定范圍內(nèi)的時(shí)候,車速對(duì)側(cè)向力的影響相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小,開(kāi)始時(shí)但是隨著車速的增加,車輪的側(cè)向力反而減小,這個(gè)現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是汽車與地面的滑動(dòng)摩擦系數(shù)降低?而后當(dāng)側(cè)向力降低到某一數(shù)值后,隨著車速的增加側(cè)向力又會(huì)隨著增加?根據(jù)要求,檢測(cè)車輛側(cè)滑時(shí)通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)的速度是(3~5km/h)有上述數(shù)據(jù)可知,速度對(duì)車輛側(cè)滑也是有影響的,日常公路上行駛的汽車均速約80km/h,而井下防爆輕型膠輪車的最高速度約35km/h一般行駛速度20km/h左右,當(dāng)車輛行駛速度低時(shí),車輛駕駛員從觀察到車輛偏離直線到做出調(diào)整的時(shí)間也就相應(yīng)增加,那么理論上允許車輛側(cè)滑的距離也可適當(dāng)增加,因此礦用膠輪車側(cè)滑量大小還有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究?胎壓對(duì)側(cè)滑的影響輪胎氣壓對(duì)車輪側(cè)向力的影響較大,一般情況下,輪胎胎壓增大,其側(cè)偏剛度也會(huì)隨之增加,這通常用用于改變車輛轉(zhuǎn)向特征,但是類似于井下防爆輕型膠輪車這種載貨車輛,可能在輪胎氣壓增大時(shí),其側(cè)偏剛度ky會(huì)下降?對(duì)某一膠輪車的胎壓進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)其胎壓增加時(shí),側(cè)偏剛度ky會(huì)下降,當(dāng)胎壓增大時(shí)車輪側(cè)向力明顯降低?如REF_Ref17511\h圖STYLEREF1\s3-10:車速為12kmh,前束Toe3mm,外傾角γ1°30'空載?圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s110輪胎氣壓和側(cè)向力關(guān)系曲線原因是,當(dāng)胎壓增大時(shí),胎體剛度kyb也會(huì)增大,但是印記長(zhǎng)度會(huì)減小,因?yàn)檩d貨膠輪車本身胎壓kyb較大,因此也可以使印記長(zhǎng)度a減小或kyr=2a2?剛性輪胎胎體下的輪胎側(cè)偏剛度kyr=2a2?cyr(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s131胎體側(cè)偏剛度kyb=a?cyb(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s132)胎體相對(duì)變形的零階矩Dμ=a?cyrcyb0μξμdu(式中:ξu定義:02ξμdu=2(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s134)所以D2=2a?cyrcyb(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s135)總側(cè)向力:Fy=kyr/1+D2?tanβ=ky?式中:kyky=kyr/1+D2(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s137由4?5代入6得:D2=kyr/kyb(STYLEREF1\s3-SEQ(\*ARABIC\s138由此可知:D2大的輪胎,就會(huì)出現(xiàn)胎壓增大但是kr減小的現(xiàn)象?當(dāng)轉(zhuǎn)向輪側(cè)向力與側(cè)滑量之間的關(guān)系車輛在日常使用過(guò)程中,由于一些零部件的磨損與變形是在所難免的,其轉(zhuǎn)向輪的前束與外傾角之間的最佳配合會(huì)被慢慢的破壞,如果車輛只是進(jìn)行靜態(tài)檢測(cè),就僅僅能夠判斷各個(gè)單一零部件是否符合制作標(biāo)準(zhǔn),但是不能確定車輛的親屬與外傾角之間的配合是否在最佳的狀態(tài)?在汽車行駛中,車輪所受到的轉(zhuǎn)向力將會(huì)是比較準(zhǔn)確地判斷依據(jù)?通常我們會(huì)用側(cè)滑量來(lái)描述而不是側(cè)向力,這是因?yàn)槊總€(gè)型號(hào)車的車輪都會(huì)有自身的特點(diǎn),質(zhì)量也有所差別,如果使用側(cè)向力力判斷則會(huì)時(shí)檢測(cè)更為復(fù)雜化,而側(cè)滑量能夠較好的避免這一問(wèn)題?圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s111側(cè)滑量和側(cè)向力的關(guān)系圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s112側(cè)滑量和側(cè)向力關(guān)系曲線側(cè)向力與側(cè)滑量在測(cè)量上是不相同的,側(cè)滑量是位移集合量的測(cè)量,并非力的測(cè)量?但是兩者之間卻存在在密不可分的聯(lián)系,根據(jù)之前研究者通過(guò)確定汽車外傾角,而多次改變其前束值進(jìn)行測(cè)量車輛側(cè)滑量和側(cè)向力如