汽车控制性分析

汽车操纵稳定性攻坚队；吴成卿陈方珊陈正雄郑建海许俊杰林志豪目录汽车操纵稳定性概念1汽车操纵稳定性评价方法2汽车位置稳定性3轮胎的侧偏特性4汽车稳态转向特性5汽车操纵稳定影响因素及措施6汽车操纵稳定性概念汽车操纵稳定性，是指在驾驶员不感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽车能按照驾驶员通过转向系及转向车轮给定的方向(直线或转弯)行驶;且当受到外界干扰(路不平、侧风、货物或乘客偏载)时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的性能。汽车的操纵稳定性包含相互联系的两个部分，一是操纵性，另一个是稳定性。操纵性好简言之就是"听话"，汽车能够按照驾驶员的要求运行;稳定性好简言之就是能够抵抗干扰。汽车操纵稳定性评价方法

汽车操纵稳定性涉及的问题较为广泛，它需要采用较多的物理参量从多方面来进行评价。

对操纵稳定性有两种评价方法--

主观评价和客观评价。主观评价就是感觉评价，其方法是让试验评价人员根据试验时自己的感觉来进行评价。并按规定的项目和评分办法进行评分。优点:(1)主观评价把人的因素考虑在内，与实际情况更为符合。汽车是由人来驾驶的，因此主观评价法始终是操纵稳定性的最终评价方法;(2)熟练的试验驾驶员在进行主观评价试验时，还能发现仪器所不能检验出来的现象。主观评价的缺点:(1)它受到评价者个人主观因素的影响，不同评价者可能给出差别较大的评价结果;(2)一般情况下，它不能给出"汽车性能"与"汽车结构"二者之间有何种联系的信息。(3)在设计阶段必须要生产出样车，这样增加评价成本和设计周期客观评价法是通过测试仪器测出表征操纵稳定性能的物理量如横摆角速度、侧向加速度、侧倾角及转向力等来评价操纵稳定性的方法。优点；(1)实验方法和指标计算结果比较明确，没有人为的不确定因素的干扰;(2)随着虚拟仿真技术的成熟，汽车模型的精确构建，为以计算机仿真分析为手段研究汽车动力学特性及预测动态特性提供极大方便;(3)如果有一套成熟统一的客观评价体系用于设计阶段，在还没有原型车的情况下或者在对标阶段就可预测汽车操纵稳定性，从而优化设计节约时间节约成本;(4)可以通过客观评价试验中的评价指标，理论分析确定它们与汽车结构参数的函数关系，因此客观评价试验可以指出改变汽车结构及结构参数以提高性能的具体途径。汽车位置稳定性3/10/2023纵向翻倒横坡上侧翻与侧滑水平转弯的侧翻与侧滑轮胎的侧偏特性汽车在行驶过程中，由于路面的侧向倾斜，侧向风或者曲线行驶时的离心力等的作用，车轮中心沿车轴方向产生一个侧向力F。因为车轮是有弹性的，所以，在侧向力F未达到车轮与地面间的最大摩擦力时，侧向力F使轮胎产生变形，使车轮倾斜，导致车轮行驶方向偏离预定的行驶路线。这种现象，就称为汽车轮胎的侧偏现象。在汽车行驶过程中，由于路面的侧向倾斜、侧向风力或曲线行驶时的离心力等的作用，车轮中心沿y轴方向将作用有侧向力Fy，则相应地在地面上产生地面侧向反作用力Fy，Fy也称为侧偏力。当车轮是刚性时，若侧偏力Fy未超过车轮与地面间的附着极限，则车轮与地面间没有滑动，车轮仍沿其本身的方向行驶，如图1所示;若侧偏力Fy达到车轮与地面间的附着极限，则车轮发生侧向滑动，车轮按合成速度u´方向行驶。当车轮有侧向弹性时，即使Fy没有达到附着极限，车轮行驶方向亦将偏离CC方向，这就是轮胎的侧偏现象。1.前轮定位参数的影响前轮定位参数包括:前轮外倾角、主销内倾角、主销后倾角和前轮前束(前束角)。前轮外倾角，是指通过前轮中心的汽车横向平面与前轮平面的交线线与地面垂直线所成的夹角，前外倾角一般在1°左右，如图1所示。它的作用主要是当汽车行驶时，将轮毂压向内轴承，而减轻外端较小的轴承载荷，同时，可以防止因前轴变形和主销孔与主销间隙过大引起前轮内倾，减轻轮胎着地与主销轴线与地面交点间的距离，从而使转向轻便。主销内倾角，是指主销轴线与地面垂线在汽车横向平面内的夹角主销内倾角对操纵稳定性的影响，主要也是回正力矩，它是在前轮转动时将车身抬高，由于系统位能的提高而产生的前轮回正矩，它与侧向力无关。因此可以说，主销内倾角主要在低速时起回正作用，"后倾拖距"主要在高速时起回正作用。主销后倾角，是指主销轴线与地面垂线在汽车纵向平面内的夹角，主销后倾角对汽车操纵稳定性的影响主要通过"后倾拖距"使地面侧向力对轮胎产生一个回正力矩，该力矩产生一个与轮胎侧偏角相似的附加转向角，它与侧向力成正比，使汽车趋于增加不足转向，有利于改善汽车的稳态转向特性。若主销后倾角减小，使得回正力矩变小，当地面对转向轮的干扰力矩大于转向轮的回正力矩时，就会产生摆振。前轮外倾角，随负荷的变化而变化。当车辆转向时，在离心力作用下，车身向外倾斜，外轮悬架处于压缩状态，车轮外倾角逐渐减小(向负外倾变化);内轮悬架处于伸张状态，使得本来对道路向负外倾变化的外倾角减弱。从而提高车轮承受侧向力的能力，使汽车转向时稳定性大为提高。前轮前束(如图4所示)不可过大，若前束过大，会使车轮外倾角、主销后倾角变小，会使前轮出现摆头现象，行驶中有蛇行，转向操作不稳。2.后悬架结构参数的影响后悬架结构参数对汽车操纵稳定性的影响，近似于前悬架的"干涉转向"。它是在汽车转向时，由于车身侧倾导致独立悬架的左右车轮相对车身的距离发生变化，外侧车轮上跳，与车身的距离缩短，内侧车轮下拉，与车身的距离加大。3.横向稳定杆的影响横向稳定杆常用来提高悬架的侧倾角刚度，或是调整前、后悬架侧倾角刚度的比值。在汽车转弯时，它可以防止车身产生很大的横向侧倾和横向角振动，以保证汽车具有良好的行驶稳定性。提高横向稳定杆的刚度后，前悬架的侧倾角刚度增加，转向时左右轮荷变化加大，前轴的每个车轮的平均侧偏刚度减小，汽车不足转向量有所增加。前悬架中采用较硬的横向稳定杆有助于提高汽车的不足转向性，并能改善汽车的蛇行行驶性能。4.轮胎的影响轮胎是影响汽车操纵稳定性的一个重要因素，增大轮胎的载荷能力，特别是后轮胎的载荷能力，例如加大轮胎尺寸或提高层级，或者后轮由单胎改为双胎，都会改善汽车的稳态转向特性。改变后轮胎的外倾角，也可以改善汽车的操纵稳定性，这是因为后轮胎的负外倾角可以增加后轮胎的侧偏刚度，从而减小过多转向趋势。5.前轴或车架变形的影响由于车架是汽车的基础，它的变形会直接影响各部件的连接及配合，从而直接影响操纵稳定性。如果汽车前轴变形，就会改变主销孔的轴线位置，使主销内倾角变大，则外倾角变小，反之，内倾角变小，外倾角变大，从而行驶时会产生转向沉重，磨胎和无自动回正的能力。6.悬架的影响当车辆受到侧向作用力时，汽车前、后轴垂直载荷变动量的大小是影响操纵稳定性的主要原因。如果汽车前轴左、右车轮的垂直载荷变动量较大，汽车趋于增加不足转向量;如果后轴的左、右车轮的垂直载荷变动量较大，汽车趋于减少不足转向量。影响汽车前轴和后轴左、右车轮的垂直载荷变动量的主要因素有:前、后悬架的侧偏刚度，悬挂质量，质心位置，前、后悬挂侧倾中心位置等。这些参数也是悬架系统影响操纵稳定性的参数。提高汽车操纵稳定性的措施；1.汽车的操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度，而且也是决定高速汽车安全行驶的一个主要性能，所以人们称之为"高速车辆的生命线"。正因为如此，人们不断地寻找方法来改善汽车的操纵稳定性。提高操纵稳定性的常用方法有:防抱死制动系统(ABS)、驱动力控制系统(TCS)、四轮转向系统(4WS)、车辆稳定性控制系统(VSC)等。2.带有4WS的在汽车转弯行驶时，后两轮也随着前两轮有相应的转向运动。一般两轮转向汽车(2WS)在中、高速作圆周行驶时，车身后部甩出一点，车身以稍稍横着一点的姿态作曲线运动，增加了驾驶者在判断与操作上的困难。电控4WS汽车的质心侧偏角总接近于零，车厢与行驶轨迹方向一致，汽车自然流畅地作曲线运动，驾驶者能方便地判断与操作，显著地改善了操纵稳定性。3.车辆稳定性控制系统是以ABS为基础发展而成的。系统主要在大侧向加速度、大侧偏角的极限工况下工作。它利用左、右两侧制动力之差产生的横摆力偶矩来防止出现难以控制的侧滑现象，如在弯道行驶中因前轴侧滑而失去路径跟踪能力的驶出(DriftOut)现象及后轴侧滑甩尾而失去稳定性的激转(Spin)现象等危险工况。谢谢观赏内容总结汽车操纵稳定性。且当受到外界干扰(路不平、侧风、货物或乘客偏载)时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的性能。汽车在行驶过程中，由于路面的侧向倾斜，侧向风或者曲线行驶时的离心力等的作用，车轮中心沿车轴方向产生一个侧向力F。因为车轮是有弹性的，所以，在侧向力F未达到车轮与地面间的最大摩擦力时，侧向力F使轮胎产生变形，使车轮倾斜，导致车轮行驶方向偏离预定的行驶路线。前轮外倾角、主销内倾角、主销后倾角和前轮前束(前