汽车理论第五章_图文.ppt精品文档

➢ 车轮旋转轴线在地平面上的投影 线为Y轴，以向左为正方向。
X轴和Y轴的交点就是坐标系原点O。 ➢ Z轴过原点O，垂直于地平面，以
向上为正方向。
正方向标示、而非
注意：
“受力实况”P164
• 由于车轮有外倾角γ（或上下跳动），车轮平面不一定垂直于地面；
• 由于轮胎有侧偏角α，X轴未必指向车轮速度方向。
• 钢丝子午线轮胎比尼龙子午线轮胎的侧偏刚度还要大些。
➢ 相同种类的轮胎，尺寸较大的轮胎具有较高的侧偏刚度。 ➢ 降低高宽比（扁平率），轮胎的侧偏刚度会显著提高。如图5-12
高宽比—轮胎断面高与轮胎断面宽之比，即H/B 。
解读轮胎规格：
• 降低高宽比还可以提高轮胎与地面的附着能力， 车辆的驱动、制动和极限转向能力会得到提高。 “追求高性能的运动型轿车”P174
➢ 在同一FZ作用下， FX和FY之间服从附 着椭圆关系。
➢ 由A到B，对应滑动率s的增大， FX和 FY的变动规律符合第四章的结论。
汽车理论 吉林大学汽车工程学院
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§5-2 轮胎的侧偏现象与侧偏特性
6.行驶速度
➢ 在正常车速范围内时，速度的变 化对轮胎侧偏特性的影响很小。
➢ 车速很高时，侧偏刚度随着车速 的升高而下降，尤其是侧偏角较 大时。 这并不是行驶速度本身造成的，
L
P165
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6
§5-1 概述
上述 “理想刚性”条件，有些是不符合实际的。汽车系统存在
一些实际特性，使得：
②
① 各车轮的实际指向（即轮胎坐标 系的X轴）并不总是与各自的 “名义指向”完全重合；
② 各车轮的实际行驶方向也并不一 定沿着其轮胎坐标系的X轴方向。

§5-1 概述
定义：在驾驶员不感到过分紧张、疲劳的 条件下，汽车能够遵循驾驶员通过转向系 及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外 界干扰时，抵抗干扰保持稳定行驶的能力 ，简称操稳性。 操稳性包括：
操纵性 稳定性
邹旭东 zxd@
第五章 汽车的操纵稳定性
操稳性包括操纵性和稳定性
操纵性：即汽车确切响应驾驶员指令的能力。 看汽车实际运动参量和驾驶员要求的运动参量 之间的接近程度和渐进过程时间的长短。 稳定性：即汽车抵抗改变其运动方向的各种外 界干扰并保持稳定行驶不失去控制甚至翻车和 侧滑的能力。看汽车受干扰后的实际运动参量 与受干扰前运动参量之间的接近程度和渐进过 程时间的长短。
第五章 汽车的操纵稳定性
一、汽车操纵稳定性包含的内 容 基本内容 主要评价参量
6.转向轻便性（原地、低速、 高速） 7.直线行驶性 侧风敏感性 路面不平敏感性 8.典型行驶工况性能——真实 反映操稳性 9.极限行驶能力——极限安全 行驶性能 转向力、转向功 转向盘转角和 侧向位移 转向盘转角、转向力、侧向 加速度、横摆角速度、侧偏 角、车速等 极限侧向加速度、极限车速 、恢复时间
第五章 汽车的操纵稳定性
二、车辆坐标系与转向盘角阶跃输入 下的时域响应
x：移动：前进速度u，加速度a 转动：侧倾角p，侧倾角速度ωp y：移动：侧向速度v，侧向加速度a 转动：俯仰角q，俯仰角速度ωq z：移动：垂直速度w，垂直加速度i 转动：横摆角r，横摆角速度ωr 在研究操纵稳定性时，假定前进速度u不变，忽略侧 倾角速度ωp、垂直速度w和俯仰角速度ωq。
邹旭东 zxd@
第五章 汽车的操纵稳定性
一、汽车操纵稳定性包含的内 容
简化： 由多自由度动力学系统—非线性系统简化 为线性系统

1.制动效能
指汽车在良好路面上以一定初速度制动到停车所 驶过的距离、制动时汽车的减速度或制动力的大小
2.制动效能的恒定性
抗热衰退性能：汽车在高速行驶或下长坡道时制动
性能的保持程度。
抗水衰退性能：是指汽车涉水后对制动性能的保持
能力
3 .汽车制动时的方向稳定性
指制动时汽车按给定路径行驶的能力。
制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力时，则 汽车将偏离给定的行驶路径。这时，汽车的制动方 向稳定性能不佳。
一、制动减速度与地面制动力
• 在不同路面上，地面制动力为
•
FXb= bG
故汽车能达到的制动减速度amax（m/s2）
amax=bg
若允许前、后轮同时抱死，则 amax=sg
若允许前、后轮同时抱死，则 amax=sg 若装有理想的自动防抱装置的汽车，则 ：
amax=pg 在评价汽车制动性能时，我国行业标准采 用平均减速度的概念，即
uw rr0w w 0
不 同 滑 动 率 轮 胎 印 迹 变 化 规 律
S u w rr0w 100%
p
uw
u w rr0为纯滚动S 0
s
w 0,S 100%为纯滑动 0 S 100%为边滚边滑
b
b
l
制动力系数b 峰值附着力系数p 滑动附着系数s 侧向力系数l
踏板力
≤500N
80km/h 80km/h 80km/h
不 偏
抱死
跑
不抱死跑偏
不抱死，偏出 ≤3.7m
≤50.7m, ≥5.8m/s2
≥5.8m/s2
≤
65.8m
(216ft)
≤490N ≤490N
≤66.7~667N

▪ 式中，ua为汽车行驶速度；Tw为驱动轮输入转矩； ω为驱动轮角速度；r为驱动轮动力半径；sr为滑 转率。
(3)燃油利用指数Ef
▪ 单位燃油消耗所输出的功。 ▪ 表达式为
Ef=Fdua／Qt
▪ 式中，Qt为单位时间内的燃油消耗量。
▪ 汽车在松软路面上行驶时，车轮与地面之间的附着力要 比在硬质路面上的附着力小得多，所以遇到的滚动阻力 要比硬路面上的大得多。因此，汽车的驱动与附着条件 常得不到满足，而降低了汽车的通过能力。
▪ 表征汽车通过性能的主要参数有汽 车通过性的几何参数及支承与牵引 参数。
▪ 汽车的通过性与汽车其他性能的关系也很密切。如良好 的动力性可提供足够大的驱动力，以克服越野行驶时较 大的道路阻力。
▪ 试验证明，采用子午线轮胎之后，轮胎的静挠度 增加40％以上，使得车身固有频率降低。
▪ 但是，轮胎的刚度过低，会增加车轮的侧向偏离， 影响汽车的操纵稳定性。
▪ 因此，目前有的轮胎在减小径向刚度的同时，其 侧向刚度仍较高。
4、座椅的布置
▪ 座椅的布置对平顺性非常重要。接近车身 中部的座位，其振动比较小，两端的座位 振动幅度较大，所以轿车座位的布置均在 前后轴轴距之内。
第五章 汽车的平顺性
▪ 汽车的平顺性是指保持汽车在行驶过程中 乘员所处的振动环境具有一定舒适度的性 能对于货车指保持货物完好的性能。
▪ 路面不平是汽车振动的基本输入，故平顺 性主要指路面不平引起的汽车振动，频率 范围约为0.5～25Hz。
▪ 汽车行驶时，发动机、传动系和车轮等旋 转部件激发汽车的振动。
▪ 这里主要就道路状况和汽车的技术状况等因素对 汽车子顺性的影响加以论述。
▪ 道路不平是引起汽车振动的主要原因，对汽车行 驶平顺性的影响很大。当汽车在不平路面上行驶 时，车身和前后车桥都经常承受来自道路的冲击 作用。对一定类型的汽车来说，振动的强烈程度 取决于道路状况和行驶速度。

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第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系
二、地面切向反作用力控制转向特性 的基本概念简介
1.切向力对 r的影响 切向力对ω 切向力对
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第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系
2.切向力控制方法 切向力控制方法
1）总切向反作用力控制
ABS就是总制动力控制，保证较佳的滑动率，提 就是总制动力控制，保证较佳的滑动率， 就是总制动力控制 高制动时汽车的方向稳定性。 高制动时汽车的方向稳定性。 TCS 是总驱动力控制，防止出现过大的滑转率， 是总驱动力控制，防止出现过大的滑转率， 提高驱动时汽车的方向稳定性。 提高驱动时汽车的方向稳定性。
பைடு நூலகம்
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第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
六、装有VSC系统汽车的试验结果
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第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
六、装有VSC系统汽车的试验结果
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第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
本节内容结束
下一节
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第五章 汽车的操纵稳定性
第八节
汽车的侧翻
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第八节 汽车的侧翻
汽车侧翻是指汽车在行驶过程中绕其纵轴线转动90° 汽车侧翻是指汽车在行驶过程中绕其纵轴线转动 ° 或更大的角度， 或更大的角度，以至车身与地面相接触的一种极其危险的 侧向运动。 侧向运动。
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第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
起始车速为110km/h时正弦 时正弦 起始车速为
起始车速为140km/h时正弦 时正弦 起始车速为
& 转向角输入下的 β − β 曲线
& 转向角输入下的 β − β曲线
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第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统

车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
➢非独立悬架车身侧倾时，前轮外倾角不变。
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
➢双横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相 反，有增大侧偏角（绝对值）的作用。
28
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
1.试验方法
➢汽车以100km/h的速度作正弦曲线的蛇形行驶，正弦 运动的周期为5s，最大侧向加速度为0.2g。
➢车上装有转向盘转角、转向盘转矩、车速和横摆角 速度等传感器。
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第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
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第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
2.转向盘力输入方面的评价指标
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第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
➢工字形车架代表车厢，悬 挂质量为Ms。
➢工字形车架分别通过前、 后悬架的侧倾中心m01和m02 与前后轴相铰接，同时又通过 前后悬架的弹性元件分别与前、 后轴相连接。
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
TΦr2
TΦr1
TΦr
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
Fsy Fs1y Fs2y
3
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
确定侧倾中心时 ①假定车厢不动，地面和车轮相对车厢转动； ②假定车轮与地面间无相对滑动； ③对四连杆机构会用到三心定理。
O13
2Leabharlann 31➢四连杆机构中相
4
对两杆的相对运动瞬
心是相邻两杆延长线
O24
的交点。
4
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系

dt
和力矩总效应的一个数值而已。
汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
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第二节结束！
汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
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第三节 汽车行驶的驱动-附着条件、汽 车的附着力
一、汽车行驶的驱动-附着条件
1．由行驶方程式知： md du tFt Ff FwFi
驱动条件： Ft Ff FwFi
（必要条件），否则——（1）无法开动，（2） 减速直至停车。 2．轮胎与地面的附着条件
二、汽车的安全性（广义） （1）主动安全性 （2）被动安全性
汽车理论讲义（第1版）
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绪论结束！
汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
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第二章 汽车的动力性
1-1 汽车动力性指标 1-2 汽车的驱动力和行驶阻力 1-3 汽车行驶的驱动-附着条件、汽车的附着力 1-4 汽车驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图 1-5 汽车的功率平衡
（3）用车速—时间曲线全面反应加速能力。
汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
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第一节 汽车的动力性指标
汽车理论讲义（第1版）
赵又群编著
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第一节 汽车的动力性指标
上坡能力——最大坡度，良好路面，满载行驶。
（1）显然，是指一档最大爬坡度。 （2）轿车的最大坡度基本满足使用要求，货车、 越野车的爬坡能力是个很重要的指标。 （3）军用车辆的战术技术要求中，常规定在一 定坡道上车辆应达到一定的速度。
加速阻力
（1）克服其质量加速运行时的惯性力，F j 。
（2）平移质量惯性力与旋转质量惯性力偶矩，以
计入。
Fj
m du
dt
——汽车质量换算系数 ，主要与飞轮转动

2021/5/19
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第一章 汽车动力性
第一节 汽车的动力性指标
思考
➢按照对汽车动力性的基本定义，如 何评价汽车的动力性？从哪几方面评价 会比较全面？不同车型对动力性的要求 是否相同？
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第一节 汽车的动力性指标
1.最高车速uamax
➢重型货车（总质量>14t） 90km/h ➢中型货车（总质量6～14t） 100km/h ➢微型和轻型货车（总质量<6t） 80 ～ 130km/h ➢城市铰接客车 60 ～ 90km/h ➢客车 125km/h
h
s
i tan h
S
货车满载 imax=30％ 越野车 imax=60％
车型 切诺基 通用开拓者 长丰猎豹 帕杰罗 陆虎 陆地巡洋舰
最大爬坡度imax 30％ 50％ 70％ 70％ 100％ 100％
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第一节 汽车的动力性指标
➢美国对轿车的爬坡能力有如下规定： ➢能以104km/h（65mile/h）通过6％的坡道； ➢满载时不低于80km/h； ➢在6％的坡道上，0～96km/h（60mile/h）的 加速时间不应大于20s。
查阅资料：F1方程式赛车的最高车速可以达到多少？
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第一节 汽车的动力性指标
➢现今内燃机汽车的最高车速记录为660km/h，由塞默 兄弟在1965年11月创造。
➢世界上车速的最高记录是英国飞行员安迪·格林 （Andy Green）在美国内华达州西北的盐湖上，于1997年 10月驾驶一辆喷气式发动机驱动的“冲刺”号汽车创造的， 车速第一次超过了声速，达到1227.73km/h。
思考
➢宝来轿车发动机的转矩输出特性是否理想？为什么？ ➢汽车起步加速时，过早换入高挡（即发动机转速较低时即换入 高挡) 是否有利于其加速性？ ➢发动机最大转矩对应的转速较低好还是较高好？

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第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
考虑到 θ很小并忽略二阶微量
ucos ucos u vsin vsin u v
上式除以Δt并取极限得
ax
du dt
v d
dt
u vr
同理可得
ay v ur
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第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
4.二自由度汽车动力学分析
+
Z
X
Fy
Y
O
向外滚开的趋势
- FYγ
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第二节 轮胎的侧偏特性
1.外倾侧向力FYγ
FY-γ kγ-+
kγ－外倾刚度。
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第二节 轮胎的侧偏特性
α一定时，γ 越大，FY越大。 增加的FY是由 γ作用的结果。
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第二节 轮胎的侧偏特性
2.有外倾时FY与γ、α的关系
1）α=0
FY FYγ kγ
➢本节还将介绍操纵稳定性的研究方法及试验评价 方法。
2
第一节 操纵稳定性概述
一、操纵稳定性包含的内容
➢汽车在转向盘输入或外界干扰输入下的侧向运动响应 随时间而变化的特性称为时域响应特性。
➢转向盘输入有角位移输入和力矩输入。 ➢外界干扰输入主要是指侧向风和路面不平产生的侧向 力。
3
第一节 操纵稳定性概述
评价参量
➢回正后剩余横摆角 速度与剩余横摆角。
➢达到剩余横摆角速 度的时间。
操纵稳定性包含的内容
6
第一节 操纵稳定性概述
5.转向半径
评价参量：最小转向半径。
一些常见车型的最小转向半径
车型 Audi A4 宝马520i 雷克萨斯LS430
最小转向半径/m（左/右） 5.6/5.6（轴距2650 mm ） 5.65/5.65（轴距2830 mm ） 5.4/5.3（轴距2925 mm ）