05操纵稳定性

第五章操纵稳定性
概念：是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者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，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。

1.包含内容：见课本P130表5-1。

2.稳态响应特性：中性转向，不足转向，过多转向。

汽车等速直线行驶时，急速转动转向盘至某一转角，停止转动转向盘并维持此转角不变，即给汽车以转向盘角阶跃输入，一般汽车经短暂时间后便进入等速圆周行驶，这也是一种稳态，称为转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应。

在等速直线行驶与等速圆周行驶这两个稳态运动之间的过渡过程便是一种是瞬态，相应的瞬态运动响应称为转向盘角阶跃输入下的瞬态响应。

3.轮胎的侧偏特性
轮胎坐标系见课本P136图5-5。

侧偏力：地面作用于车轮的侧向反作用力。

1）在刚性轮上作用侧向力F y
只有当侧偏力Fy大于（或等于）车轮与路面间的侧向附着力时，车轮的运动方向才会改变。

2）在弹性轮上作用侧向力Fy
侧偏角：轮胎接地印迹中心的位移方向与x轴的夹角。

（课本描述：接触印迹的中心线aa不只是和车轮平面错开一定距离，而且不再与车轮平面cc平行，aa与cc的夹角α，即为侧偏角）
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车轮平面cc，这就是轮胎的侧偏现象。

轮胎的侧偏特性曲线，即Fy-α曲线，见课本P138图5-8。

Fy-α曲线在α＝0°处的斜率称为侧偏刚度，单位为N/rad或N/°。

由轮胎坐标系有关符号规定可知，负的侧偏力产生正的侧偏角，所以侧偏刚度为负值。

Fy与α的关系式：Fy=kα
侧偏刚度是决定操纵稳定性的重要轮胎参数。

Fy一定时，希望侧偏角越小越好，所以|k|越大越好。

4.轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响
（1）高宽比。

高宽比对轮胎的侧偏刚度影响很大，采用高宽比小的轮胎是提高侧偏刚度的有效措施。

（2）垂直载荷。

垂直载荷的变化对轮胎侧偏特性有显著影响。

垂直载荷增大后，侧偏刚度随垂直载荷的增加而加大；但垂直载荷过大时，轮胎与地面接触区的压力变得极不均匀，使轮胎侧偏刚度反而有所减小。

（3）轮胎气压。

轮胎的充气压力对侧偏刚度也有显著影响。

随着气压的增加，侧偏刚度增大，但气压过高后刚度不再变化。

（4）切向力Fx越大，Fy越小。

5.回正力矩。

概念：圆周行驶时，Tz是使车轮恢复到直线行驶位置的主要恢复力矩之一，称为回正力矩。

6.稳态横摆角速度增益。

常用输出与输入的比值，如稳态的横摆角速度与前轮转角之比来评价稳态响应。

这个比值称为稳态横摆角速度增益，也称为转向灵敏度。

稳态横摆角速度增益公式：……
其中K称为稳定性因数，单位为s2/m2。

公式：……
稳态响应的三种类型：
①中性转向。

K=0。

中性转向的汽车，当转向盘保持一个固定的转角加减速行驶时，汽车的转向半径不变，即转向半径与车速无关。

②不足转向。

K＞0。

当方向盘保持一个固定的转角，汽车以不同的固定车速行驶时，随着车速的增加，不足转向汽车的转向半径R增大。

当车速u ch=……时，汽车横摆角速度增益达到最大值，u ch称为特征车速。

当不足转向量增大时，K增大，特征车速降低。

③过多转向。

K＜0。

当方向盘转角固定不变，汽车以不同的固定车速行驶时，其转向半径R随着车速的增加而减少。

当车速u cr=……时，稳态横摆角速度增益趋于无穷大，u cr称为临界车速。

临界车速越低，过多转向量越大。

汽车应具有适度的不足转向特性（原因）：
过多转向汽车达到临界车速时将失去稳定性。

因为ωr/δ等于无穷大时，只要极其微小的前轮转角便会产生极大的横摆角速度。

这意味着汽车的转向半径极小，汽车发生激转而侧滑或翻车。

由于过多转向汽车有失去稳定性的危险，故汽车都应具有适度的不足转向特性。

影响K的因素：
7.几个表征稳态响应的参数。

（1）前后轮侧偏角绝对值之差（α1－α2）
在实际的（α1－α2）-a y（注：a y侧向加速度）曲线中，应以曲线的斜率在区别其转向特性。

斜率大于零时，随着侧向加速度的增加，（α1－α2）增加，转向半径增加，汽车具有不足转向特性。

斜率小于零时，随着侧向加速度的增加，（α1－α2）减小，转向半径减小，汽车具有过多转向特性。

斜率等于零时，汽车为中性转向。

（2）转向半径的比R/R0。

当K=0，R/R0=1，中性转向。

当K＞0，R/R0＞1，不足转向。

当K＜0，R/R0＜1，过多转向。

（3）使汽车前后轮产生同一侧偏角的侧向力作用点称为中性转向点。

静态储备系数S.M.就是中性转向点至前轴距离a'和汽车质心至前轴距离a之差（a'-a）与轴距L之比值。

当中性转向点与质心重合时，S.M.=0，汽车具有中性转向特性。

当质心在中性转向点之前，S.M.为正，汽车具有不足转向特性。

当质心在中性转向点之后，S.M.为负，汽车具有过多转向特性。

总结：稳态响应主要参数：
①稳定性因数K
②前后轮侧偏角绝对值之差
③转向半径的比
④中性转向点静态储备系数
⑤特征车速临界车速。