1、汽車行駛安全性能汽車行駛安全性能1;.第一節概述第一節概述 一、汽車行駛安全性包含的內容一、汽車行駛安全性包含的內容 操縱穩定性：操縱穩定性： 司機在不感到過分緊張、疲勞的情況下，汽車按司機給定的方向穩定行駛司機在不感到過分緊張、疲勞的情況下，汽車按司機給定的方向穩定行駛的能力，以及對企圖改變行駛方向的外界干擾的抵抗能力。（如：地面不平、的能力，以及對企圖改變行駛方向的外界干擾的抵抗能力。（如：地面不平、坡道、側向風大等）坡道、側向風大等）2;. 因為：因為：（1 1）操縱方便性和安全行駛性是高速車輛的生命線。）操縱方便性和安全行駛性是高速車輛的生命線。（2 2）現代車速的日益上升。）現代車速

2、的日益上升。 所以：汽車的操縱穩定性得到高度重視。所以：汽車的操縱穩定性得到高度重視。 例：普通汽車的最高車速例：普通汽車的最高車速=100km/h=100km/h 轎車的車速轎車的車速200km/h200km/h 跑車的車速跑車的車速 300km/h300km/h3;.第二節輪胎的側偏特性第二節輪胎的側偏特性一、輪胎的側偏現象一、輪胎的側偏現象 側向力側向力FyFy： 1 1、路面橫向傾斜、路面橫向傾斜 2 2、橫向風（側向風）、橫向風（側向風） 3 3、曲線行駛時的慣性力、曲線行駛時的慣性力 因為：彈性輪胎在側向力因為：彈性輪胎在側向力FyFy的作用下會產生側向變形。的作用下會產生側向變形

3、。 所以：車輪滾動時，輪心速度方向沿所以：車輪滾動時，輪心速度方向沿FyFy的方向發生偏轉，與車輪平面成一夾的方向發生偏轉，與車輪平面成一夾角角 = =輪胎的側偏角輪胎的側偏角4;. 側向變形圖側向變形圖5;.側偏特性圖側偏特性圖6;. 側偏特性：側偏特性： 1 1、隨側向力、隨側向力FyFy的加大，的加大，線性關系上升（線性關系上升（4 4以內）。以內）。 2 2、FyFy增至一定程度時，輪胎印痕后部滑移，增至一定程度時，輪胎印痕后部滑移， 劇烈上升。劇烈上升。 當當Fy = zFy = z時（附著極限），時（附著極限）， （1 1）=10=10時達到最大值。時達到最大值。 （2 2）車輪處

4、于側滑狀態。）車輪處于側滑狀態。7;. k= k=輪胎的側偏剛度輪胎的側偏剛度(N/(0)(N/(0)或或(N/rad)(N/rad)當當在不超過在不超過4545時，時，Fy = kFy = k k k值上升，可以減少值上升，可以減少FyFy對輪心運動方向的干擾。良好路面上，常見的側向力對輪心運動方向的干擾。良好路面上，常見的側向力FyFy是是轉彎時的離心力轉彎時的離心力FjFj。 1 1、一般情況：、一般情況： 4 5 4 5時，時， （向心加速度（向心加速度 0.4 g212，則：，則：RRRR。稱汽車具有不足轉向特性。稱汽車具有不足轉向特性。 如果：如果： 1212，則：，則：RRR21

5、2OVB2FYFjxFjFjY1VAVFY21;. 因為在同樣因為在同樣FYFY作用下作用下1212，所以汽車繞，所以汽車繞O1O1轉動，轉向離心力轉動，轉向離心力FJYFJY與與FYFY方向方向相反，起到阻止側偏的作用。相反，起到阻止側偏的作用。 產生的產生的11、22較小，汽車偏離直行方向不嚴重，當較小，汽車偏離直行方向不嚴重，當FYFY消失后，消失后， FJYFJY可使汽可使汽車自動回正。車自動回正。 所以：具有不足轉向特性的汽車在受到所以：具有不足轉向特性的汽車在受到FyFy干擾時，具有良好的直行能力，操干擾時，具有良好的直行能力，操縱穩定性好?？v穩定性好。22;.3 3、過多轉向特性

6、、過多轉向特性1212圖圖 21VAAFjyFjFjxFyVVBO23;. 因為：在同樣因為：在同樣FYFY作用下，產生作用下，產生12112 1， 1-21-2是負值。是負值。所以：所以： 1-2 1-2 上升，則上升，則R R下降。下降。從上式得：從上式得：R=L/- (1-2) R=L/- (1-2) L=R-R (1-2) L=R-R (1-2) R=L+R (1-2) R=L+R (1-2)所以：所以：=L/R+1-2=L/R+1-226;. 1 1、對于中性轉向性汽車、對于中性轉向性汽車1=21=2 所以：所以： 中中=L/R=L/R 2 2、對于不足轉向性汽車、對于不足轉向性汽車

7、1212 所以：所以：不不=中中+(1-2)+(1-2) 顯然：顯然：不不中中27;. 3 3、對于過多轉向性汽車、對于過多轉向性汽車1212 所以：所以：過過 2 12 ，1-201-20，RRRR。（不足轉向）。（不足轉向） 12 12 ，1-201-20，RRR0K0，則，則R/RR/R。11，即：，即：R RR R。 不足轉向特征。不足轉向特征。 3 3、K0K0，則，則R/RR/R。11，即：，即：RRRR。 過多轉向特性。過多轉向特性。38;.由由 可做出下圖：可做出下圖：過多過多K0K0不足轉向不足轉向VVCrVchr2s1u LKur/39;. 汽車以極低汽車以極低u u行駛，

8、行駛， = 0 = 0時的轉向關系，斜線為時的轉向關系，斜線為1/L1/L。 K = 0K = 0時，時，r/r/隨隨u u線性增長。線性增長。 K 0K 0，不足轉向在，不足轉向在K = 0K = 0直線之下，分母直線之下，分母 1 1。 K 0K 0，過多轉向在，過多轉向在K = 0K = 0直線之上，分母直線之上，分母 10，所以，所以RR0且且 u R 汽車具有不足轉向特性汽車具有不足轉向特性Ku1ch當當maxsr 稱為特征車速。當不足轉向量增加時，稱為特征車速。當不足轉向量增加時，K 增大，增大，特征車速降低。特征車速降低。不足轉向當當 K0 時，由時，由2sr1KuLu112 K

9、u橫擺角速度增益比中性轉向時要小。橫擺角速度增益比中性轉向時要小。第三節 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應chu 橫擺角速度增益為與軸距橫擺角速度增益為與軸距L相等的中性轉向汽相等的中性轉向汽車橫擺角速度增益的一半。車橫擺角速度增益的一半。45;. 說明：說明： （1 1）在）在UchUch下，繞下，繞R R的圓周行駛，橫擺角速度增益為與軸距的圓周行駛，橫擺角速度增益為與軸距L L相等的中性轉向汽相等的中性轉向汽車橫擺角速度增益的一半車橫擺角速度增益的一半, ,轉向靈敏度差。轉向靈敏度差。 （2 2）對于不足轉向性汽車存在）對于不足轉向性汽車存在UchUch。 （3 3）不足轉向性越大，

10、）不足轉向性越大，K K大于大于0 0越多，則越多，則UchUch越低。越低。Ku1ch46;.當車速為當車速為cr-1uK，分母為0012srLuKuLu這意味著很小的前輪轉角將產生極大的橫擺角速度，汽車將發生激轉而側滑或側這意味著很小的前輪轉角將產生極大的橫擺角速度，汽車將發生激轉而側滑或側翻。由于過多轉向汽車有失去穩定性的危險，汽車應具有適度的不足轉向特性。翻。由于過多轉向汽車有失去穩定性的危險，汽車應具有適度的不足轉向特性。 稱為臨界車速。臨界車速越低，過多轉向量越大。稱為臨界車速。臨界車速越低，過多轉向量越大。r2s1u LKu第三節 線性二自由度汽車模型對前輪角輸入的響應cru47

11、;. 表示當車速達到表示當車速達到 時，很微小的時，很微小的會產生很大的會產生很大的rr。 汽車失控汽車失控激轉激轉側滑側滑翻車。翻車。 進一步說明了汽車應具有不足轉向性的重要性！進一步說明了汽車應具有不足轉向性的重要性！ 說明：僅前輪換用側偏剛度大的子午線輪胎，會使本來具有不足轉說明：僅前輪換用側偏剛度大的子午線輪胎，會使本來具有不足轉向性的汽車轉變為過多轉向性汽車。向性的汽車轉變為過多轉向性汽車。cr-1uK48;.三、靜態儲備系數三、靜態儲備系數S.MS.M 1 1、中性轉向點、中性轉向點CnCn： 使汽車前后軸產生相同側偏角的側向力作用點使汽車前后軸產生相同側偏角的側向力作用點中性轉向

12、點。中性轉向點。49;.圖：圖：Fy2Fy1Cn CFy1+Fy2Fy1+Fy2a-ab ab aL50;.當側向力作用于當側向力作用于CnCn時，時，1122122222121212 () ()()yyyyyyyyFkFkFFaF lF lklk laFFkkkk51;. 2 2、靜態儲備系數、靜態儲備系數S.MS.M（static Marginstatic Margin）是中性轉向點）是中性轉向點CnCn至前軸的距離至前軸的距離aa，與汽車質心與汽車質心C C，至前軸的距離，至前軸的距離a a之差，（之差，（a-aa-a）和軸距）和軸距L L之比。之比。 即：即： 如果：如果：S.M=0S

13、.M=0 即：即：a=aa=a，質心與中性轉向點重合，前后軸，質心與中性轉向點重合，前后軸相等，中性轉向。相等，中性轉向。212kaaaS Mlkkl52;. S.M 0S.M 0，即，即a aa a，質心在中性轉向點之前，作用于質心上的側向力使前輪，質心在中性轉向點之前，作用于質心上的側向力使前輪側偏角側偏角1 21 2。 所以：汽車具有不足轉向特性。所以：汽車具有不足轉向特性。 S.M 0S.M 0，即：，即：a aa 12 1。 所以：汽車具有過多轉向特性。所以：汽車具有過多轉向特性。 53;.總結：總結： 汽車的穩態轉向特性表示方法汽車的穩態轉向特性表示方法 1 1、1212為不足轉向

14、性；為不足轉向性；1=21=2為中性轉向性；為中性轉向性； 1210K0為不足轉向性；為不足轉向性； K=0K=0為中性轉向性；為中性轉向性； K0K0S.M0為不足轉向性；為不足轉向性； S.M=0S.M=0為中性轉向性；為中性轉向性； S.M0S.M11為不足轉向性；為不足轉向性； R/RR/R。=1=1為中性轉向性；為中性轉向性； R/RR/R。1 12 1，易造成過多性轉向。，易造成過多性轉向。 2 2、前輪氣壓低與規定值，造成汽車不足轉向性增大，轉向靈敏度下降。、前輪氣壓低與規定值，造成汽車不足轉向性增大，轉向靈敏度下降。 即：即：（r/r/）下降。）下降。 3 3、胎側標記、胎側標

15、記H H或或V V，高速輪胎含有耐熱的橡膠混合物，但冰雪路上耐滑性差。，高速輪胎含有耐熱的橡膠混合物，但冰雪路上耐滑性差。 所以：冬季應換用冬季專用輪胎（子午線）所以：冬季應換用冬季專用輪胎（子午線）59;.三、輪胎結構的影響三、輪胎結構的影響 1 1、使用中不能隨意換裝不同結構（簾布層數、扁平率），不同型式（子午線、使用中不能隨意換裝不同結構（簾布層數、扁平率），不同型式（子午線胎、普通斜交胎）的輪胎。胎、普通斜交胎）的輪胎。 否則，易使汽車具有過多轉向性，危險。否則，易使汽車具有過多轉向性，危險。60;.2 2、如果僅前輪換用子午線輪胎，、如果僅前輪換用子午線輪胎， 則則11小于小于22，

16、過多轉向。，過多轉向。 Fy=k =Fy/k kFy=k =Fy/k k大則大則小。小。 如果僅前輪換用扁平率小的寬輪胎，側偏剛度大，則如果僅前輪換用扁平率小的寬輪胎，側偏剛度大，則11小于小于22，過多轉向。，過多轉向。 如果僅后輪換用扁平率小的寬輪胎，則如果僅后輪換用扁平率小的寬輪胎，則11大于大于22，不足轉向。，不足轉向。61;.四、驅動型式的影響四、驅動型式的影響 轉向時施加于輪胎上的切向力上升，轉向時施加于輪胎上的切向力上升，k k下降，下降，上升。上升。1 1、后輪驅動的車輛，轉向時施加驅動力，有減少不足轉向，增加過多轉向的傾向、后輪驅動的車輛，轉向時施加驅動力，有減少不足轉向，

17、增加過多轉向的傾向（ 22大于大于11，），）2 2、前輪驅動的車輛，轉向時施加驅動力有增加不足轉向性的作用、前輪驅動的車輛，轉向時施加驅動力有增加不足轉向性的作用 （11大于大于22） 62;. 五、左右車輪垂直載荷再分配的影響五、左右車輪垂直載荷再分配的影響 輪胎輪胎k k隨垂直載荷上升而上升。當車身不側傾（無側向力）時，左右輪垂直載隨垂直載荷上升而上升。當車身不側傾（無側向力）時，左右輪垂直載荷為荷為Z Z。 左右輪側偏剛度為左右輪側偏剛度為k k。63;.圖：圖：64;. 在軸上受在軸上受FyFy時，產生側偏角時，產生側偏角。 。=Fy/2k=Fy/2k。 實際上，轉彎時的離心慣性力，

18、作用在重心高度處，產生側傾力矩，使軸上實際上，轉彎時的離心慣性力，作用在重心高度處，產生側傾力矩，使軸上內側車輪垂直載荷減少內側車輪垂直載荷減少ZZ，側偏剛度為，側偏剛度為kLkL。 使軸上外側車輪垂直載荷增加使軸上外側車輪垂直載荷增加Z Z ，側偏剛度為，側偏剛度為krkr。65;. 因為：同軸上兩輪的側偏角相等因為：同軸上兩輪的側偏角相等 所以：所以：Fy = kL+ kr Fy = kL+ kr = Fy/ = Fy/（kL + krkL + kr） 令令kk。= =（kL + krkL + kr）/2/2 = Fy/2k = Fy/2k。 由圖可見，顯然由圖可見，顯然kk。小于。小于k

19、 k。 所以：所以： 大于大于。 在側向力在側向力FyFy作用下：作用下：66;. （1 1）前軸左右輪垂直載荷變動量越大，則前軸車輪平均側偏剛度下降，）前軸左右輪垂直載荷變動量越大，則前軸車輪平均側偏剛度下降， 11增大，側偏角加大，汽車增加不足轉向性。增大，側偏角加大，汽車增加不足轉向性。 （2 2）后軸左右輪垂直載荷變動量越大，則后軸車輪側偏角加大，）后軸左右輪垂直載荷變動量越大，則后軸車輪側偏角加大， 22上升，上升，汽車減小不足轉向性。汽車減小不足轉向性。67;. （3 3）增加前懸架角剛度，能使前軸左右輪垂直載荷變動量上升，）增加前懸架角剛度，能使前軸左右輪垂直載荷變動量上升，11

20、上升，增上升，增加汽車不足轉向性。加汽車不足轉向性。 減少后懸架角剛度（減少鋼板彈簧），能使后軸左右輪垂直載荷變動量下降，減少后懸架角剛度（減少鋼板彈簧），能使后軸左右輪垂直載荷變動量下降，22下降，增加汽車不足轉向性。下降，增加汽車不足轉向性。68;. 例題：某車重例題：某車重G = 20.105kNG = 20.105kN L = 3.2m L = 3.2m G1 = 53.5%G G1 = 53.5%G G2 = 46.5%G G2 = 46.5%G （1 1）如果每個前輪的）如果每個前輪的k1 = 38.92kN/k1 = 38.92kN/弧度，每個后輪的弧度，每個后輪的k2 = 38

21、.25kN/k2 = 38.25kN/弧度，弧度，求該車的穩態轉向特性。求該車的穩態轉向特性。69;. 該車該車K K大于大于0 0，為不足轉向性汽車，其特征車速，為不足轉向性汽車，其特征車速 1144.30.0005095360044.31591000chsvkmskmmh1212221()20 10553.5%20 10546.5%1 ()38.9238.29.83.2 0.0005095GGKkkglsm.70;. （2 2）如僅前輪換用子午線輪胎）如僅前輪換用子午線輪胎 k1=47.82kN/k1=47.82kN/弧度，求汽車穩態轉向特性?；《龋笃嚪€態轉向特性。1212221()20 10553.5%20 10546.5%1 ()47.8238.29.83.2 0.00030990GGKkkglsm .71;. 所以：該車所以：該車K0K0，為多轉向性汽車。，為多轉向性汽車。 可見僅前輪換用側偏剛度大的子午線胎，會使本來不足轉向性的汽車變成過多轉向可見僅前輪換用側偏剛度大的子午線胎，會使本來不足轉向性的汽車變成過多轉向性汽車！性汽車！ 11 0 . 0 0 0 3 0 9 9 5 6 . 82 0 4c rvksk mmh72;.v二自由度轎車模型的有關參數如下： v總質量 m=1818.2kgv繞Oz軸轉動慣量 軸距 L=3.048mv質心