当前课程知识点：汽车理论 > 第五章：汽车的操纵稳定性 > 知识点5.22：地面切向反作用力控制转向特性简介 > 地面切向反作用力控制转向特性简介
同学们 大家好
下面介绍第五章
汽车的操纵稳定性第22知识点
地面切向反作用力
来控制转向特性的这些情况
用地面切向反作用力
来控制转向特性
实际上是现代汽车
提高汽车操纵稳定性的
重要手段之一
当汽车
尤其是在低附着系数的
路面上行驶的时候
驱动力对汽车的弯道行驶的影响
是非常明显的
下面这个图
就是对于三种不同驱动形式汽车
在冰雪路面上
以一定的初速度按圆周行驶
固定方向盘的转角
并且以不同的纵向加速度
行驶一秒以后
汽车横摆角速度
变化的曲线
这图里边
横坐标是切向加速度
纵坐标
也就是说在1秒钟以后
横摆角速度变化的情况
对于后轮驱动的汽车
随着纵向加速度的增加
那么它就会表现出来
明显的过多转向的趋势
这里边当然图里边
还画了虚线
这个当然表达的是回转半径一定
回转半径一定
意味着就是中性转向
实际上后轮驱动汽车
在小的切向加速度的情况下
也就是纵向加速情况下
它实际仍然还是不足转向的
当大于一定的值以后
在这点
也就是0.1g多一点
0.1g多一点的时候
就会向上弯曲
表现出来强的过多转向
而对于前轮驱动的汽车
当然这个纵向加速度
比较小的时候
它实际上也是适度的不足转向
但是随着纵向加速度的增大
它就会表现出来过大的不足转向
当然对于四轮驱动的汽车
它的不足转向量
一直都是表现出来比较适当的
当然我们可以利用这样一些特性
前驱动是变成不足转向
后驱动会有过多转向的趋势
这样来控制四轮驱动的汽车
前后驱动轮上驱动力的
这种分配比例
通过它来控制汽车的转向特性
制动力矩
实际上对轮胎侧偏特性的影响
和驱动力它基本上是对称的
是对称的
实际上基本上是一样的
改变制动力
在前后轴上的这种分配比例
同样可以起到
控制汽车曲线运动的作用
由于现代汽车上
基本上都装有ABS
通过ABS调节制动力是非常方便的
因此 实际上现代汽车
改变切向力
经常是改变制动力
实际上改变驱动力
相对来讲要难的多
因此我们在下边讨论的时候
将不局限于讨论驱动力
而是讨论切向反作用力
这是里边
包含了驱动力和制动力
来控制汽车曲线运动
切向反作用力控制
一般可分为三种类型
第一种类型
叫做总切向反作用力控制
也就是说我控制你整个的大小
就前轮加后轮
基本上进行总量的控制
比如像ABS
就是总的制动力控制
以抑制过大的制动器
制动力的例子
这个当然是为了保证
最佳的滑移率
来提高制动的时候方向稳定性
不少汽车也采用限制
总驱动力的这种方式
来控制一下驱动的过程中
它的方向稳定性
比如像TCS系统
就相当于牵引力控制系统
第二种当然就采用了前后轮间
这个切向反作用力的比例
比如我改变我的总力
打个比方是1000N
我在前边分配七成
后边分配三成
还是在前边分配三成
后边分配七成
实际上也就是改变
前后轮间的分配比例
这样的一种方式
下面这个图是实际上显示的
也就是改变
轮间驱动力的试验的情况
横坐标主要是指的转弯直径的大小
转弯直径的大小
纵坐标
实际上也是这样的位置的情况
实际上也就是显示曲线运动位置
当然对于汽车来讲
对于完全是前驱动的汽车
实际上这里面标注着
ac等于1.0
完全是后驱动的汽车
ac它实际上标志为零
实际上ac
也就是相当于前轮驱动力
占总驱动力的比例
当然我们可以看到
当ac的数值越大的时候
1.0的时候
不足转向的特性也就越大
随着ac的降低
不足转向力也将下降
尤其是变成后驱动的情况下
这个时候
不足转向量相对来讲是最小的
但是它仍然还是不足转向量
因为这条曲线
意味着就是转向半径不变的
这条曲线是中性转向的
它仍然是在中性转向的外侧
当然改变前后论的分配比例
实际上这个上面
还有个aF aR
实际上都等于0.5
意味着
左右两个轮子驱动力是一样的
没有改变左右轮的驱动的情况
使用的行驶工况
就是方向盘转角等于90°
初速度等于每小时40公里
切向加速度是0.2g
也就是以0.2g的加速度在行驶
路面附着系数是非常好的
是1.0
针对前后轴间的
分配的比例情况
日产公司还研制了总是保持
中性转向特点的电子控制
前后驱动力分配系统
叫做ETS
下面这个曲线表征的是
运行的这种状况
这个图横坐标和纵坐标
仍然它是汽车位置的状况
当然日产的这种装有
ETS的汽车
总是保持中性转向
那么对于这样的车子
说句实在话
它应该最原始是不足转向量非常小
很容易变成过多转向的车
它ETS才能够起作用
在这里当然是所谓的
前轮驱动汽车
当然是具有不足转向的
所谓的福格孙四轮驱动
实际上也就是前后轮
驱动力一样的情况下
当然也还是有适度的不足转向
这种装有ETS的中性转向
在这种情况下
车完全是后轮驱动的情况下
就会变成略微有点过多转向
当然第三种情况
实际上也就采用内外侧车轮间
这种驱动力的分配
也就是我在外侧和内侧车轮之间
做切向力的分配
一般来讲
普通汽车上
内外侧车轮分配到的
驱动力它都是一样的
它一般来讲是靠差速器来实现的
当然最近也有一些公司开发出
可以改变内外侧车轮
驱动力分配比例的
新的传动系
但实际上这种应用的极少
你本身在市面上
这种车子应用的非常少
并且成本代价也是比较贵的
一般来讲不太用
一般来讲
要改变左右侧车轮的切向力
经常是靠制动力来改变的
经常是靠制动力来改变的
而不是靠驱动力来改变的
你真要对于传动系统
你使得左右侧不一样
实际上难度相对来讲
还是比较大的
当然了它由于改变了内外侧
它的驱动力的分配
实际也就把它叫做
直接横摆力偶矩的控制系统
由于我们前边
实际上改变了前后
实际它也是一种改变
横摆力偶矩的情况
那时候我们把它称之为间接的
相对于这种间接的来讲
像我们改变左右车轮分配比例
把它叫做直接横摆力偶矩控制系统
下面我们从作用汽车的
力的平衡的关系
来说明直接横摆力偶矩
控制来改变汽车稳态转向特性
提高极限工况下
弯道加速行驶能力的
这样一些基理
当我们把汽车
还是把它作二自由度
模型的时候
我们基本上可以得到
两个力的平衡方程
一个是侧向力的平衡方程
一个就是力矩的平衡方程
上面这个式子
就是侧向力的平衡方程
前轮加上后轮的侧向力
应该等于它的这种侧向加速度
乘以它的质量
然后前轮的侧向力
乘上质心到前轴距离a
减去后轮的侧向力
乘以质心到后轮的距离b
这就造成了横摆力矩
这个横摆力矩
应该等于整车的转动惯量
乘上它的角加速度
就是力矩的平衡方程
当我们在左右两侧车轮上
有了切向力改变的时候
实际上就相当于在这里边
增加了力偶矩
当然从刚才式子
我们也可以看到
前后车轮的侧向力之和
应该等于质量乘上侧向加速度
但是二者数值的大小
完全取决于横摆惯性力
横摆的惯性阻力矩
假如要是大一点
它可能就会改变
前后轴上的侧向力的分配的比例
下面这个图
显示在稳态情况下
以及加上横摆力偶矩以后
它的变化情况
我们左边这个图
假如就是在稳态行驶的时候
这个时候由于
横摆角加速度为零
所以我们的横摆力矩
它实际上也是为零的
当我们在车子后轮上
加上了横摆力矩以后
比如像左侧车轮加一个朝前的力
后侧车轮
大小相等方向相反的力
实际就相当于在车上又加了
横摆力偶矩
加了这么一个横摆力偶矩
假如我们汽车
原来是就是向右行驶的
加上向右的横摆力偶矩以后
那么就会使得它
向右的这样旋转的横摆角速度
就会有一定的增加
有一定的增加
这个时候
同时假如我们这时候还是稳态的
还是稳态的
这时候
横摆角速度加速度为零
在这种情况下
实际也就意味着
需要减小前轮的侧向力
而增加后轮的侧向力
然后使得达到新的平衡
实际上后轮侧向力增加了
是什么呢
也就导致后轮的侧偏角增大了
这时候前轮侧偏角也就减小了
这实际上是一种
过多转向的这种状况
这时候就会导致不足转向量减小
或者过多转向量增加
显然这个时候就会导致
前轮的侧向力减小
后轮的增大
相应的前轮侧偏角减小
后轮的加大
汽车不足转向量
实际上是减小
当然我们作用相反的
横摆力偶矩
这个时候
就会产生相反的效果
因此作为汽车的横摆力偶矩
它是可以直接改变
汽车的稳态转向特性的
下面这个图
当然就是从仿真计算得到的
不同的内外侧
驱动力比例的时候
假如我们固定
方向盘的转角的情况下
汽车加速行驶的路径
这个图的坐标
无论是横坐标和纵坐标
仍然表示汽车的位置情况
当我们完全采用
内侧车轮驱动的时候
当我们转向的时候
完全是内侧车轮驱动
当然这个就会给
向相反方向的横摆力偶矩
这个时候
就会使得汽车有过大的不足转向
当我们左右侧车轮
相等的这种情况下
也就是说
内外侧车轮驱动力
都是一半一半的时候
那么它的不足转向量
是相对来讲适当的
当这个外侧和内侧这比例
达到0.75的时候
那么它这个时候
有比较小的不足转向了
这个线实际上是
中性转向的位置曲线
假如是完全是外侧车轮
驱动的情况下
那么这个时候
就会变成过多转向
大家也可以想象
转弯的时候
外侧车轮驱动当然就给了一个
使得汽车向转弯方向的
横摆的力偶矩
并且在力偶矩很大的时候
它就会变成过多转向
直接横摆力偶矩的
这种作用
比起间接横摆力偶矩
作用起来要大很多
下边我们再通过横摆力偶矩
提高极限工况下
弯道行驶能力的机理
当然就是我们这个图
假如我们汽车
在最开始是在做稳态行驶的
这时候前轮的侧向力
基本上已经差不多用到了极限
用到了极限
假如这个时候
需要我们汽车
加速行驶
这个时候
对于前驱动汽车的来讲
假如我们这个时候
它本来附着力
就已经用的差不多了
假如还需要增加驱动力
然后同时
由于基本上用到的附着极限
那么加速的时候
它要用到一定的附着 加速的时候
载荷一定要向后转移
使得它的前轮侧偏刚度
还要下降
这时候就会使得前轮侧偏角
增大过多
容易产生过大的不足转向
假如在这种情况下
我们给它在后轮上作用上
这种力偶
比如
外侧的车轮有向前的纵向力
内侧车轮有向后的纵向力
造成力偶 造成了力偶
在这种情况下
这时候就会减轻前轮侧向力的负担
减轻前轮侧向力的负担
因为我们是往
原来向右侧转向的
你加了向右侧转向的力偶
这时候就会使得前轮侧向力减小
后轮侧向力增大
然后使得后轮的侧偏角也增大
前轮的侧偏角减小
正好抵消一下
前轮原来侧偏角要增大的趋势
这样使得汽车不要产生侧滑
下面我们这个等式
给出了刚才加上横摆力偶矩以后
它的受力的情况
实际上
这里边Fy1乘上a
然后减去Fy2乘以b
是当时稳态情况下的等式
在这里边
加上了Fx乘以轮距B力偶矩
实际上就使得
这式子就增加一项
原来显然这个和这个
和后边这个
它是平衡的
我加了这一项以后
实际上就增加了
汽车的转向的趋势
假如它使得后边这一项
也就是说Fx乘以B
大于这一点的话
这个时候就会使得前后轮
这样侧向力也发生一定的改变
当然了我们就可以看出来
从刚才那个等式
假如Fx乘以B比较大
在克服了惯性阻力偶矩以后
还有富余的话
这个时候在加速过程里边
前轮的侧向力
不仅不会增大
还会稍稍有所减少
这就给前轮创造了
提供更大驱动力
使汽车加速的条件
实际上这时候
也就使得它的极限行驶性能提高了
由此可以见
充分利用后轴富裕的附着条件
直接横摆力偶矩控制方法
可以提高弯道行驶的能力
进一步提高汽车的操纵稳定性
有关这方面的知识
就介绍到这里
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--制动防抱死系统
-知识点4.15：汽车防抱死制动系统--作业
-知识点4.0：前四章知识总结
--前四章知识总结
-期中考试--期中考试
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-第五章--知识点5.1汽车操纵稳定性概述(1)研究的内容
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--轮胎的侧偏现象
-第五章：汽车的操纵稳定性--知识点5.3：轮胎的侧偏现象
-知识点5.4：轮胎结构参数对侧偏特性的影响
-知识点5.4：轮胎结构参数对侧偏特性的影响--作业
-知识点5.5：车轮外倾角对轮胎侧偏特性的影响
-知识点5.5：车轮外倾角对轮胎侧偏特性的影响--作业
-知识点5.6：线性二自由度汽车操纵稳定性模型
-知识点5.6：线性二自由度汽车操纵稳定性模型--作业
-知识点5.7：前轮角阶跃输入下汽车的稳态响应
-第五章--知识点5.7：前轮角阶跃输入下汽车的稳态响应
-知识点5.8：稳态响应的评价方法
-知识点5.8：稳态响应的评价方法--作业
-知识点5.9：前轮角阶跃输入下汽车的瞬态响应
-知识点5.9：前轮角阶跃输入下汽车的瞬态响应--作业
-知识点5.10：瞬态响应的评价方法
-知识点5.10：瞬态响应的评价方法--作业
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-知识点5.11：横摆角速度的频率响应特性--作业
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-知识点5.12：汽车操纵稳定性与悬架的关系--作业
-知识点5.13：汽车的侧倾轴线
--汽车的侧倾轴线
-知识点5.13：汽车的侧倾轴线--作业
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--汽车的侧倾角刚度
-知识点5.14：汽车的侧倾角刚度--作业
-知识点5.15：汽车的侧倾角
--汽车的侧倾角
-知识点5.15：汽车的侧倾角--作业
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-知识点5.16：侧倾导致左右车轮垂直载荷重新分配及其对稳态响应的影响--作业
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-知识点5.17：侧倾外倾与侧倾转向--作业
-知识点5.18：变形转向与变形外倾
-知识点5.18：变形转向与变形外倾--作业
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-知识点5.20：转向盘中间位置操纵稳定性实验--作业
-知识点5.21：汽车操纵稳定性与传动系的关系
-知识点5.21：汽车操纵稳定性与传动系的关系--作业
-知识点5.22：地面切向反作用力控制转向特性简介
-知识点5.22：地面切向反作用力控制转向特性简介--作业
-知识点5.23：提高汽车操纵稳定性的电子控制系统
-知识点5.23：提高汽车操纵稳定性的电子控制系统--作业
-知识点5.24：汽车的侧翻
--汽车的侧翻
-知识点5.24：汽车的侧翻--作业
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--汽车的平顺性
-知识点6.1：汽车的平顺性--作业
-知识点6.2：人体对振动的反应
--人体对振动的反应
-知识点6.2：人体对振动的反应--作业
-知识点6.3：平顺性的评价方法
--平顺性的评价方法
-第六章：汽车的平顺性--知识点6.3：平顺性的评价方法
-知识点6.4：路面不平度的统计特性
-第六章：汽车的平顺性--知识点6.4：路面不平度的统计特性
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-第六章--知识点6.5：空间功率谱密度化为时间功率谱密度
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-知识点6.6：汽车振动系统及其简化--作业
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-知识点6.7：单质量系统的自由振动--作业
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-知识点6.8：单质量系统频率响应特性--作业
-知识点6.9：单质量系统对路面随机输入的响应概述
-第六章--6.9：单质量系统对路面随机输入的响应概述
-知识点6.10：单质量系统对路面随机输入的响应量的计算分析
-第六章-6.10：单质量系统对路面随机输入的响应量的计算分析
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-知识点6.12：双质量系统的频率响应特性--作业
-知识点6.13：系统参数对双质量系统振动响应量的影响
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-知识点6.14：主动与半主动悬架概述--作业
-知识点6.15：双轴汽车的振动
--双轴汽车的振动
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-知识点6.16：双轴汽车的频率响应特性--作业
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-知识点6.18：人体—座椅系统的振动--作业
-知识点6.0：第五、六章知识总结
-期末考试--考试入口
