汽车操纵稳定性概述(1)研究的内容在线视频

同学们大家好

下面介绍第五章

汽车的操纵稳定性知识点5.1

汽车操纵稳定性研究的内容

汽车的所谓的操纵稳定性

实际上它基本上包含了

操纵性和稳定性两个方面

汽车的操纵性

就是使得驾驶者

在不感到过分紧张

和疲劳的情况下

汽车能够遵循驾驶者的意图

然后转向等等

这样一些的能力

一般把这个称之为汽车的操纵性

当然了汽车操纵性的最高境界

就是所谓的人车合一

人让车怎么走

车就能怎么走

这个当然就是所谓的操纵性

所谓的汽车的稳定性

也就是说在汽车进行转向等等

操作的过程中

当遇到外界干扰的时候

比如的话有路面的不平的干扰

有侧向风干扰的时候

它能够抵抗这些干扰

能够稳定行使的这种能力

把它称之为汽车的稳定性

所以汽车的稳定性

由于是和操纵性联系在一起的

有的时候也就把它统称为

汽车的操纵稳定性

汽车的操纵稳定性

实际上是一种汽车高速行使的性能

当然我们不可以设想

一个马车还需要操纵稳定性

或者一个拖拉机也提它

它的操纵稳定性

这个基本上都没有的

汽车的操纵稳定性

都是指的高速行驶的情况下的

这样一种性能

所以汽车的操纵稳定性

也被称之为

汽车高速车辆的生命线

汽车操纵稳定性

涉及的问题非常多

我们在前四章的学习的时候

比如像汽车的动力性

燃油经济性 制动性

因为讲到这样一些性能的时候

实际上它都有明确的评价指标

你比如像汽车的动力性

就是平均车速

像汽车的燃油经济性

那么就是油耗

然后制动性

也很可能有制动效能

制动稳定性等等

并且这些指标

都可以明确的说出来

越怎么样就越好

你比如说像平均车速

越高你就可以说它的动力性越好

你像燃油经济性

它的燃油消耗越低

你就可以认为它越好

但是操纵稳定性

就没有这种说法了

因为操纵稳定性

是由驾驶者评价的

也就是说你驾驶者感到它好

那么它就好

感到它不好那么它就不好

因此这种操纵稳定性的这种评价

这种性能指标

因此在这里边

就没有能够提出

明确的几个评价指标

当然我们研究汽车的

试图找到这样一些评价指标

也能够像汽车的动力性

燃油经济性等等这些评价

那样简单

比如你弄出某一个综合指标

最后这个综合指标越好

或者越高就认为它越好等等

到目前为止

还提不出这样的评价指标

尽管操纵稳定性里边

有一些公认的

比如说像稳态转向特性

希望它有适度的不足转向

但是在这里头

你却不可以说

不足转向量越大就越好

你只能说适度

什么叫适度呢

那么对于每个人来讲

实际上这个度

它也是不完全一样的

因此实际上操纵稳定性

它所涉及的问题

就变得非常的广泛

需要采用非常多的物理量

从多个方面来进行评价

并且就是这样

那么不同的人

可能对车子的需求还是不一样

那就像在全球

不可能某一种车

它就雄冠全球

那么就光卖这一种车

别的车就卖不出去了 对吧

这也就是人们的

这种多样化的需求所在

才使得汽车显得更加精彩

不是说可以把某一种车

做到这种至高无上

这样境界了

一般来讲

我们在研究汽车的操纵稳定性的时候

经常把汽车作为一个控制系统

也就是求出汽车曲线行使的时候

这样一个时域响应

和频域响应

并且用它来表征

汽车的操纵稳定性

这个汽车操纵稳定性的研究

它是多方面的

我们这里头列了一个表

比如我们第一项

那就是方向盘角阶跃输入下

进入的稳态响应

这实际上也就是

它的这样一个转向特性

经常采用转向灵敏度

来自于它作一个评价

并且有这种什么不足转向

过多转向 中性转向等等

这样一些指标来评价

并且还有一种

就是所谓的瞬态响应

也就是角阶跃输入下的

这样一个瞬态响应

我们经常采用什么

反应时间 超调

以及它的什么波动频率等等

这方面来进行评价

这个实际上在这操纵稳定性里边

还有一些像方向盘中间位置的

这样一些操纵稳定性

这基本上就是模拟

汽车在高速公路行驶的时候

方向盘转角很小

在这种情况下

你需要做一个移线

需要做一个超车

这时候方向盘

它这时候非常灵敏

你给它一丁点的输入

那么它很可能车子的

横摆角速度输入会是很大的

这个除此之外还有什么回正性

也就是说一个汽车

在转弯以后

你驾驶员松开方向盘

看一看它能不能回复到

直线行使的这样一种状态

是这样一种能力

还有像转弯半径

当然了

在这里边主要是指的

汽车的最小转弯半径

最小转弯半径越小

那么它的机动性才能越好

另外还有一些像转向的轻便性

转向轻便性

又经常是从三个方面来评价

一个就是原地转向

也就是汽车不走的时候

你来转一下方向

看转得动转不动

当然现在的转向系统

都是助力的

假如要是不助力

那基本上是转不动了

是转不动了

第二当然就是低速行使的

转向的轻便性

这个基本上是采用

汽车低速走的时候绕八字

绕八字的方式

这样的话因为绕八字的时候

那么你向左向右

需要交替着转向

在这个过程里边

测一测它的转向力

转向功等等

来衡量一下轻便性

另一个当然就是高速行驶的时候

转向的这种轻便性

高速行驶的时候

那么你实际上这个时候

主要就是回正力矩

就是轮胎的这种回正力矩

在高速行驶一般来讲

方向盘转角也都不大

这个时候来看一看

你的就是回正的

这样一些力矩的情况

来测试一下

另外还有直线行驶的性能

直线行驶的性能

因为一般的车

你只要松开方向盘

汽车就应该自动的直线行驶

这样的车当然是比较好的

当然也有一些车

你松开方向盘

它总是向左

或者向右跑偏

这样的车肯定是不好开的

驾驶员开的时候

总是要方向盘对它进行修正

这样使得驾驶员非常的疲劳

另外一种的话当然就是

在直线行驶的时候

突然遇到侧向风

因为我们的自然环境

刮风的话是不可少的

是不可少的

遇到侧向风的时候

那么你这个车子是否稳定

它这个偏移量是大还是小等等

这个也需要进行测试

除此之外还有路面不平

当汽车在不平的路面上走的时候

它的这样一种直线性能

到底怎么样

除此之外的话

汽车还要做一些典型行驶工况

比如像一种蛇形

汽车实际上也就绕桩的这种实验

你也很可能在路面上

放若干个桩

都是等间距的

驾驶员那当然就是绕着桩走

一般来讲

你在同样的桩距的情况下

你的车子能够绕桩的速度越高

经常就认为操纵稳定性

相对的好一点

另外还有移线

这个基本上模拟的

就是在高速公路情况下

当我超车的时候

当我比如像我这个同车道里边

前边有个车相对慢

我要超越它

那么我就要移到另一条车线上

去超越它

另外还有双移线

双移线实际上模拟的就是

我超了车以后

然后又回到我这个车道上来

所以我需要移到一条线

然后再回到我的车线

这样当然就要做一个双移线

另外的话像操纵稳定性实验

还要做一些极限行驶性能的

这样一些测试

比如像圆周行驶的

极限侧向加速

实际上这就是一个稳态

这样的一个加速的

在一个等圆周

进行加速的状态下来测试的

看一看最后能够承受的

极限的侧向加速度是多少

另外还要做一些抗侧翻的能力

除此之外现在还发生了一些

新的一些实验

比如说像鱼钩实验

也就是由于它的直线

它最开始直线行驶

突然的话然后向左打

然后再向右打

最后像一个

做出一个像鱼钩

这样的一个实验

此外还有什么J turn

像一个我们的这个英文字母的

丁勾似的 J 对吧

先直线行驶突然一打方向盘

看一看这个它到底

这种能承受极限能力是多少

另外有的时候

还有什么椭圆行驶等等

这些都是某些汽车公司

专门测试自己车子

这样一些实验的方法

总之汽车操纵稳定性

这种测试方法是五花八门

当然从国际标准

或者我们国内标准来讲

可能限定的就是其中的几种

但是每一个企业内部

每一个企业内部

就是企业标准

为了满足消费者的需求

它经常也会

推新出来一些新的测试方法

我们这门课程

只讨论上述内容的

一些最基本的

这样一些部分

比如方向盘角阶跃输入下的

一些稳态响应 瞬态响应

以及横摆角速度的频响特性等等

另外对方向盘的力特性 侧翻

和某些现代的电子控制技术

也作一些介绍

谈到我们研究的内容

实际上也就是我们汽车是由

若干的物理系统所组成的

这样一个复杂系统

它每一个系统

它都有什么惯性 阻尼 弹性等等

实际上它是一个

多自由度这样一个系统

因为我经过看文献等等

以及我的经历

经常像一个操纵稳定性的研究

你需要把它做成几千个自由度

这还不是有限元的这样的模型

因为汽车上有上万个零部件

那么你做成几千个自由度

另一个零部件

你说实在的六个自由度

这样子的话

它就会有很多自由度

但是我们这门课程

实际上并没有研究那么多自由度

最多也就局限到两三个自由度

也就是这样来研究

此外的话

像这样一个复杂的汽车系统

基本上它是一个非线性系统

很多原件

比如像轮胎 悬架 转向系等等

它都是非线性的特性

也就是说它的非线性的特性

还是蛮强的

但是在我们这课程里边

我们还只是针对

这样一些量大面广的

就是通常的行驶状态

一般来讲

侧向加速小于0.4g

在这种情况下

它还没有进入强非线性区

经常还是我们还可以

忽略一些次要因素以后

把它当成一个线性系统来研究

下面介绍一下

汽车的坐标系

这个汽车的坐标系

基本上是这样来定义的

首先X O Z平面 对吧

和汽车的纵向剖分平面

它基本上是重合的

就X O Z平面

然后X轴它指向汽车行进的方向

那么指向前方

Z轴垂直于地面 指向于上方

这个是在最开始的这样一个定义

当然了

当汽车发生侧倾以后

那坐标系它是不变的

它还是在地面上的

一个平行于地面的

这样一个坐标系

然后O点一般来讲

它的原点是固结在质心上头的

当然外轴它就是按照右手坐标系

对吧

你基本上在汽车朝前行驶的时候

指向左方是它的正方向

是它的正方向

然后当然这个坐标系里边

沿着每个坐标系的方向它都有

它比如像沿着X轴有前进速度

沿着侧向有侧向速度

沿着垂直轴有它的垂直速度

然后沿着垂直轴Z轴

有我们操纵稳定性

研究的重要的一个量

叫做横摆角速度

那么横摆角速度是沿着Z轴的

然后沿着X轴

当然还有倾斜的

叫做侧倾角速度

然后沿着Y轴

有它的俯仰角速度等等

这样就是定义了

这样我们的车辆行驶的坐标系

然后我们在研究

操纵稳定性的时候

经常要谈到时域响应

我们的汽车的时域响应

可分为不随时间变化的稳态响应

和随时间变化的瞬态响应

举个例子

也就是我们一个汽车

等速直线行驶的时候

那么显然是一种稳态响应

当我们进入圆周行驶以后

我们在直线行驶的情况下

突然打一下方向盘

然后那么汽车就会转向

假如我的方向盘转角不动

过一定的时间

它会进入稳态的圆周行驶

实际稳态圆周行驶

它也是一种稳态

但是在直线行驶

和过渡到稳态圆周行驶

之间的这一段

那么它就是一个

瞬态的这样一个响应

汽车的等速圆周行驶

是表征汽车操纵稳定性的

一个重要的时域响应

当然我们也可以说

我们汽车实际开的时候

哪有那些就是原地绕圈子

就是稳态

但是这样一个稳态的性能

它因为是一个

典型的这样一个性能

典型的这么一个性能

采用稳态这样圆周行驶

得到的这个性能

它经常是跟瞬态

跟很多其它的操纵稳定性

是相互关联的

除此之外

我们在实际道路当中

也有这种在

像一个等速圆周行驶的

或者说在一个圆周上

速度稍稍变化一样的道路

比如像我们从普通的路

上到高速路的时候

经常都是盘上去

或者从高速路下到普通路时候

经常也是高速路上盘下来的

实际上那个路段

基本上都是一个

等圆周的这样一个路段

等圆周的这样一个路段

我们稳态转向特性

一般把它称之为

这种不足转向

中性转向和过多转向

根据它的特性不同

我们这个图示

基本上就是描述了

这样一些转向的特性

所谓的汽车的中性转向

当汽车在一个圆周上行驶的时候

随着速度变化

你的方向盘转角

假如一样的情况下

它的半径是不发生变化的

或者说我的半径是一样的情况下

我在汽车行驶的时候

我不需要修正方向盘

随着速度的变化

因为做汽车的稳态转向特性

中国的标准实际是要求

驾驶员把方向盘的转角固定

然后逐渐加速

这样汽车的速度

在这个过程里边

方向盘的转角是不动的

然后看一看

汽车的转弯半径它是否变化

不变化那么就把它叫做中性转向

假如转弯半径

变得越来越大

我们把它称之为不足转向

当转弯半径越来越小了

把它称之为过多转向

这个当然是我们中国的标准

而国际标准的话

基本上我在一个等半径的

圆周上行驶

随着车速的改变

你方向盘看一看是否需要修正

假如方向盘不变

那就是中性转向

那么我那方向盘

打的角度越来越大

随着车速的提高

我的方向盘打的角度越来越大

这个就是不足转向

那么我的方向盘打的越来越小

那么就变成了这种过多转向

这个是中国和国际标准的

稍稍的不同

实际上国际标准

我倒觉得它更符合

实际的路况

但是我们中国的标准

它实际上是更加客观一点

它就剔除了驾驶员的因素

因为你所谓的要保持半径不一样

那么你不同的驾驶员

驾驶同样一个车子的时候

它很可能保持的程度是不一样的

一辆操纵稳定性良好的

汽车来讲

对于绝大多数的人

应该是具有适度的不足转向

也就稍稍有一点不足转向

但是这个不足转向量

还不能太大

不能够存在过多转向

也不应该具有中性转向的

这样一些特性

因为中性转向特性的车子

你稍稍改变一些汽车的参数

你比如我的载荷稍稍变一点

质心的位置稍稍靠后一点

那么你很可能就会变成

过多转向的车子

这些内容在后边

我们还会涉及到

汽车的操纵稳定性

和汽车行驶时候瞬态响应

也是有非常密切的这些关系的

我们常用方向盘角距输入下的

这个瞬态响应

来表征汽车的操纵稳定性

下边这个图就说明了

汽车瞬态响应的

这样一些测试的情况

下边这个曲线

实际上就是

表征了汽车方向盘转角

在零的时刻

突然打上一个δsw0

这样一个方向盘的转角

当给了这样汽车一个

方向盘转角的阶跃输入以后

那么汽车的横摆角速度响应

它实际上它是有一定的滞后的

需要经过一段的反映时间τ

它才能够达到

这样一个稳态的

这样一个横摆角速度值

当然达到这以后

经过一段时间

它还会有一定的超调

它会有一定的超调

就会超越它的这样一个

稳态的横摆角速度

在这之后它会进入波动

它会以一定的固有频率

进行这样波动

最后经过一段时间以后

它就会进入稳态

也就是说进入稳态的这段时间

它也是需要进行评价的

也就是经常我们评价瞬态响应

需要有四个指标

一个是反映时间

一个是超调量

一个是固有频率

还有一个是

进入稳态的这样一个时间

这个做瞬态响应的时候

也有个别的车

它最后不能够回复到

某一个稳态的横摆角速度

我们的横摆角速度

也可能会变得越来越大

会变得越来越大

这个当然就是所谓的失稳了

也就是失稳了

因为当你横摆角速度越来越大

转弯半径也可能就越来越小

最后会导致侧滑 翻车等等

这些风险

所以瞬态的横摆角速度

瞬态的转向特性

它基本上是从两个方面

来进行评价的

一个它就是是否稳定

也就是说你从一个稳态

给它一个方向盘阶跃输入以后

它能否进入一个新的稳态

第二个方面当然就是响应品质

就是响应品质

刚才所说的

就是从反映时间

超调量 固有频率

以及进入稳态的这样时间

等等方面进行评价

好 这方面的内容就介绍到这里