《汽车理论》教案5-汽车操纵稳定性

1、汽车理论A教案 ii汽车理论A教案（章节备课）早节第五章汽车的操纵稳定性理论授课时间14学时教学目的 和要求了解汽车操纵稳定性的评价体系掌握车辆坐标系和轮胎坐标系的有关术语掌握轮胎侧偏现象产生的原因和影响侧偏特性的因素熟练掌握汽车的稳态转向特性及其影响因素了解汽车操纵稳定性与悬架的关系掌握汽车行驶的纵向和横向稳定性条件了解提高操纵稳定性的电子控制系统教学重点车辆坐标系轮胎坐标系轮胎侧偏现象影响侧偏特性的因素制动跑偏，制动时后轴侧滑线性二自由度汽车模型的运动微分方程汽车的稳态响应悬架的侧倾特性侧倾时左右车轮垂直载何变化对汽车转向性能的影响侧倾时车轮外倾角的变化对汽车转向性能的影响汽车横向稳定性条

2、件提高操纵稳定性的电子控制系统教学难点轮胎侧偏现象线性二自由度汽车模型的运动微分方程汽车的稳态响应悬架的侧倾特性教学进程（含教学1.概述（45(1) 14学时 (630)为内容、时间 分配、教学 方法、辅助 手段）（1）汽车操纵稳定性的基本内容（20）1 ）汽车操纵稳定性的定义2）汽车操纵稳定性包含的内容播放汽车绕桩试验、紧急变线试验和麋鹿试验视频理论授课。（2）各部分 时间分配可 根据实际授 课情况调 整，总计时 间不超过14 学时（630）。2）采用多媒 体课件教 学，在多媒 体教室讲 授。3）插播汽3）转向盘角阶跃输入下的时域响应强调转向盘角阶跃输入下的时域响应是汽车操纵稳定性评价中 的

3、重点内容，是本章研究的核心；提醒学生复习前期课程汽车振动基础中有关时、域、频域的内容。（2）车辆坐标系（201）车辆坐标系的组成2）稳态响应三种类型的定义强调稳态响应是本章的主要研究内容，三种转向类型的定义十分关键3）瞬态响应的特点及相关参数（3）人-汽车闭环系统（5汽车理论A教案 ）人-汽车闭环系统的概念2）汽车试验的两种评价方法强调主观评价法始终是操纵稳定性的最终评价方法轮胎的侧偏特性（90（1）轮胎的坐标系与术语（151）轮胎坐标系的建立）轮胎坐标系中力、力矩、外倾角、侧偏角的正负定义3）侧偏角的概念侧偏角的概念十分关键，强调学生理解和掌握（2）轮胎的侧偏现象（251）刚性车轮受侧向力时

4、的运动学分析2）谭性车轮受侧向力时的运动学分析3）侧偏现象的定义4）侧偏现象的表达式Fy 二 k ：侧偏现象是本章的重点和难点，应相对多花些时间进行深入细 致的讲解（3） 轮胎结构、工作条件与侧偏特性的关系（15轮胎结构轮胎气压，垂直载荷行驶车速 驱动力 路面状况本章重点内容，强调在后面的分析中将反复用到（4）回正力矩（201）回正力矩的概念2）侧偏现象产生回正力矩的原因分析小侧向力 大侧向力 更大侧向力 过大侧向力提出问题：为何有回正力矩存在还有可能造成翻倾事故？ （5）有外倾角时轮胎的滚动（151）外倾侧向力的概念2）外倾刚度的概念Fyy 二 k3）外倾侧向力与侧偏力的关系Fy汀丫。卡丫广

5、k：心4）外倾侧向力、外倾刚度正负的判断车绕桩试 验、紧急 变线试验、麋鹿试 验、汽车 失控视频集 锦、ESP 的作用、感受ESP、ESP 工作原理 等的视频短 片。4）板书设 计：左侧一 栏中阴影部 分为板书基 本内容汽车的转向特性（90（1）线性二自由度汽车模型（301）线性二自由度汽车模型的概念和简化方法2）线性二自由度汽车模型微分方程的建立3）线性二自由度汽车模型微分方程的求解本章的重点和难点，强调理清简化模型的思路和微分方程建立的意义（2）前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应（451 ）稳态横摆角速度增益的概念和表达式0u Ls 1+Ku22）稳定性因数的概念和表达式心a -bL k2

6、 ki3）用稳定性因数 K来判断汽车稳态响应的类型4）特征车速和临界车速的概念、意义和计算5）几种表示汽车稳态转向特性的方法根据汽车稳态转向三种类型的定义，即R/Ro的关系来判断根据稳定性因数 K值来判断根据前后车轮侧偏角绝对值的差即（ai- a 2）来判断根据静态储备系数 S.M.来判断根据中性转向点 Cn与汽车质心C的位置关系来判断。6）影响汽车稳态响应的主要使用参数轮胎气压、扁平率装载质量本章的重点核心内容，强调理解稳定性因数与稳态转向类型的内在联系以及各种判断方法之间的关系（3）前轮角阶跃输入下的瞬态响应（15）表征前轮角阶跃输入下的瞬态响应品质好坏的参数横摆角速度 3 r波动的固有（

7、圆）频率 3 0 阻尼比Z反应时间T峰值反应时间 汽车操纵稳定性与悬架的关系（135（1）汽车的侧倾（601）车厢的侧倾轴线、侧倾中心的概念2）车厢的侧倾轴线、侧倾中心的求法三心疋理等效单横臂悬架的概念3）悬架的侧倾角刚度悬架的线刚度的概念利用等效弹簧的微变形或虚位移原理求解悬架的线刚度表 达式K Ki /ks 2n悬架侧倾角刚度的概念和表达式KE=2KlB2_2ksBm4）车厢的侧倾角车厢的侧倾角对操纵稳定性和行驶平顺性的影响侧倾力矩的三部分的计算与分析侧倾力矩的计算是本章的难点，强调理解侧倾时车厢的受力分（2）侧倾时垂直载荷在左、右侧车轮上的重新分配及其对稳态 响应的影响（251）侧倾时垂

8、直载荷在左、右侧车轮上的重新分配分析2）车轮垂直载荷重新分配对轮胎侧偏刚度和稳态响应的影响 提出实际问题：横向稳定杆起什么作用？为何通常在轿车的前 悬架加装横向稳定杆？（3）侧倾外倾（251）侧倾外倾的概念2）不同悬架结构型式侧倾外倾的判断方法3）侧倾外倾对稳态响应的影响提出实际问题：汽车悬架结构型式为何通常前“双”后“单”？（4）侧倾转向（101）侧倾转向的概念2）侧倾转向对稳态响应的影响提出实际问题：为何有些轿车后轮也设计有前束角？（5）变形转向（101）变形转向的概念2）变形转向对稳态响应的影响提出实际问题：为何回正力矩作用的总效果一般是趋向不足转（6）变形外倾（5变形外倾的概念汽车行驶

9、的纵向和横向稳定性（35（1） 汽车行驶的纵向稳定性（151）汽车等速上坡时的受力分析2）纵向翻倒和纵向滑转的分析3）纵向稳定性的条件分析b hg（2） 汽车行驶的横向稳定性（201）汽车横坡上等速转向行驶时的受力分析2）横向侧翻和侧向打滑的分析结合高速公路的弯道外筑有一定的坡度的实例进行说明3）侧翻阈值的概念4）横向稳定性的条件分析6.提高操纵稳定性的电子控制系统（55(1)四轮转向系统(Four Wheel Steering System, 4WS) (151)四轮转向的概念2 ) 2WS与 4WS操纵稳定性的比较(2)车辆稳定性控制系统 (Vehicle Stability Contro

10、l System , VSC) (30)1）车辆稳定性控制系统的概念（ESP或 VSC2）车辆稳定性控制系统的必要性 通过播放汽车失控视频集锦说明3）车辆稳定性控制系统的作用通过播放ESP作用和感受ESP等视频说明4）车辆稳定性控制系统的主要结构和原理 通过播放ESP工作原理的视频说明预习 思考题本章共14学时，7次课，各次课的预习思考题:第1次课预习思考题什么是操纵稳定性？为何日益受到重视？什么是转向盘角阶跃输入？什么是转向盘角阶跃输入下的稳态响应和瞬 态响应？它们的评价参量有哪些？典型行驶工况性能主要包括哪些？其评价参量主要有哪些？什么是车辆坐标系？在该坐标中定义了哪些运动参量？第2次课预

11、习思考题什么是轮胎坐标系？正的回正力矩、侧偏角和外倾角是如果定义的？ 什么是侧偏现象？何时会出现？什么是侧偏特性？侧偏力和侧偏角的关系如何？轮胎结构及工作条件对侧偏特性的影响如何？为何有回正力矩存在还有可能造成翻倾事故？第3次课预习思考题外倾角与外倾侧向力的关系如何？外倾角如何产生回正力矩，其正负符号如何？什么是线性二自由度汽车模型？如何将汽车简化为线性二自由度汽车模 型？第4次课预习思考题稳态横摆角速度增益的表达式？式中各参数的含义及单位？ 为什么可以用稳定性因数 K来判断汽车稳态响应的类型？ 什么是特征车速和临界车速？如何计算？有何意义？ 有哪几种表示汽车稳态转向特性的方法。表征稳态响应的

12、具体参数有哪些？它们彼此之间的关系如何? 第5次课预习思考题前轮角阶跃输入下的瞬态响应中用来表征响应品质好坏的参数主要有哪 些？什么是车厢侧倾轴线、侧倾中心？什么是悬架的线刚度？单横臂独立悬架的线刚度如何计算？什么是悬架的侧倾角刚度？如何计算？侧倾力矩由哪三部分组成？第6次课预习思考题横向稳定杆起什么作用？为何通常在轿车的前悬架加装横向稳定杆？ 什么是侧倾外倾？某轿车的悬架系统采用双横臂独立悬架和单横臂独立 悬架，请问该车的前、后悬架悬架应采用哪种悬架？分析说明其道理。什么是侧倾转向？为何有些轿车后轮也设计有前束角？什么是变形转向？为何回正力矩作用的总效果一般是趋向不足转向？ 第7次课预习思考

13、题什么是汽车的纵向稳定性？汽车纵向稳定性条件是什么？什么是汽车的横向稳定性？汽车横向稳定性条件是什么？什么是侧向稳定性系数？比较各种类型车辆的侧向稳定性系数，哪种车辆侧翻可能性较大？什么是ESP ?分析ESP的工作原理。作业题1、 某汽车在环形跑道上行驶，环形跑道的半径为800m，侧向坡度为15 , 侧向附着系数为 0.7，请分析计算该车在该环形跑道上行驶时，不发生侧向滑动的极限车速为多少？（需写出分析推证过程）2、 某轿车总质量1820kg,汽车前轴轴载质量为汽车总质量的 53%,轴距3.1m , 一个前轮侧偏刚度为 31310N/rad，个后轮侧偏刚度为 55095N/rad，该车以 36

14、km/h的车速进行稳态圆周行驶时，其转向半径20m，求：1）前轮侧偏角（绝对值）与后轮侧偏角（绝对值）之差；2）该车的稳态转向特性为何种类型？3） 该车的特征车速或临界车速；4）此时前轮平均转角；5）该车静态储备系数。3、教材课后习题5.1。4、教材课后习题5.3 。5、教材课后习题5.6。6、教材课后习题5.2 。7、教材课后习题5.9。8、教材课后习题5.11 （编程题）。主要参考资料汽车理论，主编：余志生，机械工业出版社，2009.3，第5版汽车理论，主编：杨万福，华南理工大学出版社，2010.8，第1版车辆动力学基础，著：Thomas D. Gillespie,清华大学出版社，2006.12汽车动力学第 4版，著：Man