汽車操作穩(wěn)定性檢測(cè)

情景一：汽車的操作穩(wěn)定性檢測(cè)基礎(chǔ)

汽車的操縱穩(wěn)定性是指在駕駛者不感到過(guò)分緊張、疲勞的條件下，汽車能遵循駕駛者通過(guò)轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向車輪給定的方向行駛，且當(dāng)遭遇外界干擾時(shí)，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力。汽車的操縱穩(wěn)定性是汽車主動(dòng)安全性的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。一、操縱穩(wěn)定性包含的內(nèi)容汽車操縱穩(wěn)定性涉及到的問(wèn)題較為廣泛，它需要采用較多的物理參量從幾個(gè)方向評(píng)價(jià)。1、轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入下的響應(yīng)汽車直線行駛時(shí)，急速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤至某一轉(zhuǎn)角時(shí)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤并維持此轉(zhuǎn)角不變，即給汽車以轉(zhuǎn)向盤角階躍輸入?？煞譃榉€(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)。2、橫擺角速度頻率響應(yīng)特性橫擺角速度頻率響應(yīng)特性是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角正弦輸人下，頻率由0→∞時(shí)，汽車橫擺角速度與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的振幅比及相位差的變化規(guī)律。它是另一個(gè)重要的表征汽車操縱穩(wěn)定性的基礎(chǔ)特性。情景一：汽車的操作穩(wěn)定性檢測(cè)基礎(chǔ)

3、轉(zhuǎn)向盤中間位置操縱穩(wěn)定性轉(zhuǎn)向盤小轉(zhuǎn)角、低頻正弦輸入下，汽車高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性。4、回正性轉(zhuǎn)向盤力輸入下的時(shí)域響應(yīng)。5、轉(zhuǎn)向半徑當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)到極限位置，汽車以最低穩(wěn)定車速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，外側(cè)轉(zhuǎn)向輪的中心平面在支承平面上滾過(guò)的軌跡圓半徑。6、轉(zhuǎn)向輕便性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤輕便程度的特性。包括原地轉(zhuǎn)向輕便性、低速行駛轉(zhuǎn)向輕便性和高速行駛轉(zhuǎn)向輕便性。7、直線行駛性能包括直線行駛性、側(cè)向風(fēng)敏感性、路面不平敏感性。8、典型行駛工況性能包括蛇行性能、移線性能、雙移線性能——回避障礙性能。9、極限行駛能力包括圓周行駛極限側(cè)向加速度、抗側(cè)翻能力、發(fā)生側(cè)滑時(shí)的控制能力二、操縱穩(wěn)定性的研究方法1、將汽車作為開路控制系統(tǒng)假定駕駛者的任務(wù)只是機(jī)械地急速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤至某一轉(zhuǎn)角并維持此角度不變，而不允許根據(jù)汽車的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)作出任何操縱修正動(dòng)作，即不允許駕駛者起任何反饋?zhàn)饔?，在此情況下研究汽車的操作穩(wěn)定性。它們完全取決于汽車的結(jié)構(gòu)與參數(shù)．是汽車本身固有的特性。2、人—汽車系統(tǒng)作為閉路系統(tǒng)

汽車的操縱穩(wěn)定性最后應(yīng)該是駕駛者來(lái)評(píng)定的，操縱穩(wěn)定性與駕駛者的操作特性又是緊密相關(guān)的。因此操縱穩(wěn)定性和研究對(duì)象應(yīng)該是把駕駛者與汽車作為統(tǒng)一整體的人一汽車系統(tǒng)，而不能忽略駕駛者的反饋?zhàn)饔谩D5-1簡(jiǎn)要的表示了人——汽車系統(tǒng)中駕駛者與汽車的關(guān)系。

三、汽車試驗(yàn)的兩種評(píng)價(jià)方法1、客觀評(píng)價(jià)法客觀評(píng)價(jià)法是通過(guò)測(cè)試儀器測(cè)出表征性能的物理量，如橫擺角速度、側(cè)向加速度、側(cè)傾角及轉(zhuǎn)向力等，來(lái)評(píng)價(jià)操縱穩(wěn)定性的方法。2、主觀評(píng)價(jià)法主觀評(píng)價(jià)法就是感覺(jué)評(píng)價(jià)，其方法是讓試驗(yàn)評(píng)價(jià)人員，根據(jù)試驗(yàn)時(shí)自己的感覺(jué)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，按規(guī)定的項(xiàng)目和評(píng)分辦法進(jìn)行評(píng)分。研究汽車的操縱穩(wěn)定性，閉路系統(tǒng)是非常真實(shí)的；但其理論模型的建立和分析非常復(fù)雜。為此，我們還是采用開路模型，利用客觀評(píng)價(jià)法來(lái)分析汽車的操縱穩(wěn)定性。四、汽車操作穩(wěn)定性的影響因素（一）輪胎的側(cè)偏特性

輪胎的側(cè)偏特性是輪胎機(jī)械特性的一個(gè)重要部分。側(cè)偏特性主要是指?jìng)?cè)偏力、回正力矩與偏角間的關(guān)系，它是研究汽車操縱穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。1、輪胎的坐標(biāo)系為了討論輪胎的機(jī)械特性，建立—個(gè)坐標(biāo)系，參看圖5-2。垂直于車輪旋轉(zhuǎn)軸線的輪胎中分平面稱為車輪平面。坐標(biāo)系的原點(diǎn)O為車輪平面和地平面的交線與車輪放置軸線在地平面投影線的交點(diǎn)。車輪平面與地平面的交線取為X軸，規(guī)定向前為正。Z軸與地面垂直，規(guī)定指向上方為正。Y軸在地平面上，規(guī)定面向車輪前進(jìn)方向時(shí)指向左方為正。2、輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象（1）側(cè)偏力由于路面的側(cè)向傾斜、側(cè)向風(fēng)或曲線行駛時(shí)的離心力等的作用，車輪中心沿Y軸方向?qū)⒆饔糜袀?cè)向力Fy，相應(yīng)地在地面上產(chǎn)生地面?zhèn)认蚍醋饔昧y（2）輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象：

車輪有側(cè)向彈性時(shí)，即使沒(méi)有達(dá)到附著極限，車輪行駛方向亦將偏離車輪平面的方向，這就是輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象。1）車輪靜止不滾動(dòng)。由于車輪有側(cè)向彈性，輪胎發(fā)生側(cè)向變形，輪胎胎面接地印跡的中心線aa與車輪平面cc不重合，錯(cuò)開△h，但aa仍平行于cc。圖5-3所示。2）車輪滾動(dòng)，輪胎胎面接地印跡的中心線aa不只是和車輪平面錯(cuò)開一定距離，而是不再與車輪平面cc平行，aa與cc的夾角，即為側(cè)偏角。此時(shí)，車輪就是沿著aa方向滾動(dòng)的。圖5-4所示。3、影響側(cè)偏特性的因素（1）輪胎的尺寸、型式和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)側(cè)偏剛度有顯著影響。尺寸較大的輪胎有較高的側(cè)偏剛度—子午線輪胎接地面寬，一般側(cè)偏剛度較高。鋼絲子午線輪胎比尼龍子午線的側(cè)偏剛度還要高些。（2）扁平率（圖5-5）對(duì)輪胎側(cè)偏剛度影響很大，采用扁平率小的寬輪胎是提高側(cè)偏剛高度的主要措施。

圖2-14（3）汽車行駛中，輪胎的垂直載荷常有變化。垂直載荷的變化對(duì)輪胎側(cè)偏特性有顯著影響,圖5-6表明當(dāng)垂直載荷增大后，側(cè)偏剛度隨垂直載荷的增加而加大，垂直載荷過(guò)大時(shí)，輪胎產(chǎn)生很大的徑向變形，側(cè)偏剛度反而有所減小。（4）

輪胎的充氣壓力對(duì)側(cè)偏剛度也有顯著影響。隨著氣壓的增加，側(cè)偏剛度增大，但氣壓過(guò)高后剛度不再變化。如圖5-7所示.。（5）路面干濕狀態(tài)對(duì)側(cè)偏剛度的影響如圖5-8所示。干瀝青路面的側(cè)偏剛度高，濕滑路面?zhèn)绕珓偠鹊停ǘ┢嚨霓D(zhuǎn)向特性1、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)

汽車等速行駛時(shí)，在前輪角階躍輸入下進(jìn)入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)就是等速圓周行駛。常用輸出與輸入的比值，如穩(wěn)態(tài)時(shí)的橫擺角速度與前輪轉(zhuǎn)角之比（K—穩(wěn)定性因數(shù)）。來(lái)評(píng)價(jià)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。這個(gè)比值稱為穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也稱為轉(zhuǎn)向靈敏度。2、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的三種類型根據(jù)K的數(shù)值，汽車的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)可分為三類，即中性轉(zhuǎn)向、不足轉(zhuǎn)向及過(guò)多轉(zhuǎn)向。如圖5-9所示。在轉(zhuǎn)向盤保持一固定轉(zhuǎn)角下，緩慢加速或以不同車速等速行駛時(shí)，不足轉(zhuǎn)向汽車的轉(zhuǎn)向半徑尺增大；中性轉(zhuǎn)向汽車的轉(zhuǎn)向半徑維持不變；而過(guò)多轉(zhuǎn)向汽車的轉(zhuǎn)向半徑則愈來(lái)愈小。操縱穩(wěn)定性良好的汽車不應(yīng)具有過(guò)多轉(zhuǎn)向特性，也不應(yīng)具有中性轉(zhuǎn)向特性，因?yàn)橹行赞D(zhuǎn)向汽車在使用條件變動(dòng)時(shí)，有可能轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)多轉(zhuǎn)向特性。3、影響轉(zhuǎn)向特性的因素（1）汽車的質(zhì)量分配與車輪側(cè)偏度的匹配

在汽車設(shè)計(jì)及改裝中，應(yīng)使汽車的質(zhì)量在前后軸的分配，車輪的側(cè)偏剛度相適應(yīng)，使穩(wěn)定性因數(shù)K>0，以保證汽車的不足轉(zhuǎn)向性。（2）輪胎氣壓的影響輪胎氣壓對(duì)側(cè)偏剛度影響很大，降低輪胎氣壓，側(cè)偏剛度下降，可以產(chǎn)生較大的側(cè)偏角。（3）輪胎結(jié)構(gòu)的影響不同結(jié)構(gòu)(簾布層數(shù)、扁平率等)、不同型式(子午線輪胎、普通斜交輪胎)的輪胎，側(cè)偏剛度不同，可能使汽車具有過(guò)多轉(zhuǎn)向性。（4）驅(qū)動(dòng)型式的影響轉(zhuǎn)向時(shí)施加于輪胎上的切向力增加，輪胎的側(cè)偏剛度下降，使產(chǎn)生的側(cè)偏角增加。

（5）左、右輪垂直載荷再分配的影響在側(cè)向力作用下，若前軸左右輪垂直載荷變動(dòng)量大，則汽車趨向于減少不足轉(zhuǎn)向性；減少后懸架的角剛度，能使側(cè)傾力矩分?jǐn)偟胶筝S上的數(shù)值減少，因而后軸左右輪垂直載荷的變動(dòng)量減少，有利于增加汽車的不足轉(zhuǎn)向性。（6）軸轉(zhuǎn)向的影響車身側(cè)傾時(shí)，由于懸架導(dǎo)向桿件的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，會(huì)使前軸或后軸相對(duì)于車身轉(zhuǎn)動(dòng)某一角度。這使輪心運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化，具有與側(cè)偏現(xiàn)象相同的效果，所以這種現(xiàn)象稱為運(yùn)動(dòng)學(xué)側(cè)偏，或稱軸轉(zhuǎn)向。（7）側(cè)傾時(shí)車輪外傾角變化的影響車身側(cè)傾時(shí)，由于懸架型式的不同，車輪外傾角會(huì)發(fā)生變化，使輪心前進(jìn)方向發(fā)生變化，這與輪胎側(cè)偏具有相同效果，可以使汽車的轉(zhuǎn)向特性發(fā)生變化。（8）輪胎回正力矩對(duì)側(cè)偏的影響作用在前輪上的回正力矩，有增加不足轉(zhuǎn)向的傾向；作用在后輪．上的回正力矩，有減少不足轉(zhuǎn)向的傾向。由于前輪的回正力矩較大，故汽車回正力矩的總效果往往趨向于增加不足轉(zhuǎn)向性。五、提高操縱穩(wěn)定性的電子控制系統(tǒng)