第五、六章知识总结在线视频

同学们大家好

下面进行我们这个

第五和第六章的

这样一个知识的总结

这个第五第六章的知识总结

实际上在这里边并没有对

把第五第六章的

全部的知识都总结上来

这里边实际上的话

是我们这门慕课课程

对第五和第六章

在考试的时候的这些要求的

这么一个总结

所有就是在这个

落在这个范围里边的

那么在我期末考试的时候

可能这部分内容都会涉及到

这个当然第五和第六章

它还有一些其他的知识

这个在这里头没有放进来

并不是说它们不重要

只不过是在期末考试的时候

这部分内容不考了

所以就是当然列在这里边的

也是最基本的内容

当然起码是我是这样来认为的

就是其他的知识也是需要的

但是这里边是最基本的知识

首先看一看第五章

操纵稳定性

汽车的操纵稳定性

这里边实际上一个

最重要的概念

就是稳态转向特性

这稳态转向特性呢

大家可能也都知道有三种

一种就是不足转向

一个是中性转向

还有一个是过多转向

当然这个不足中性和过多

它既可以根据这个稳定性因数

这个K值来进行区分

当K大于0的时候是不足转向

K等于0的时候那当然

就是中性转向

当K小于0的时候

那么它就是一个过多转向

这个当然过多转向的车子

它实际上在开的时候

它有可能是会失去稳定性的

那么这个在前面实际上

也已经介绍过

当然这个不足转向中性转向

过多转向在转弯这个时候呢

路径上当然它也有一些区分

当我们在转弯的时候

假如我保持方向盘不变

方向盘不变

随着车速的增加

假如我的转弯半径越来越大

那么这种转弯的形态

就把它叫做不足转向

然后呢假如转弯半径不变

我们把它称之为中性转向

假如随着速度增加

转弯半径越来越小了

这时候当然

就把它叫做过多转向

这个转弯半径越来越小

实际上也就意味着

随着我速度增加

半径反而越来越小

这时候侧向加速度

就会迅速的增加

这时候就会导致侧滑

等等这些情况发生

这个当然就是过多转向的特征

首先我们就是要有

这个稳态转向特性

这样一些概念

这里边不足过多中性

这些转向特性

大家要脑子里要有这个印象

要记住

它大体上什么形态

然后我们就介绍轮胎的

侧偏特性

在这个基础上

轮胎侧偏特性

实际上也就是

对于我们操纵稳定性来讲

这样一个受力的这种特性

轮胎的侧偏实际上就相当于

我们这个轮胎由于是弹性体

它不是一个刚性的

这一个弹性轮胎呢

它当然在转向的时候

它就会发生侧偏

也就是说它不会完全

按照你转向这个角度来行驶

然后不是完全按照你转弯

这个角度行驶

它是要偏离一定的

这样一个角度

正是这样一个偏离

才导致了你的什么不足转向

过多转向或中性转向

假如它没有任何的侧偏角

那么就相当于中性转向

在这里边当然我们了解了

侧偏特性以后

那么实际上还有侧向力

侧偏角的曲线

回正力矩侧偏角的特性

同时还有有外倾角的时候

它的一些侧偏特性

这些都需要大家来掌握的

在此基础上

我们进行了二自由度的

这样一个稳态响应的一个模型

我们有了二自由度

大家还有没有印象

是哪两个自由度

一个就是横摆运动的自由度

绕着垂直轴的这样一个转动

还有一个就是侧向运动

侧向运动

这个就是两个自由度

这个根据两自由度的模型

我们推出来了稳态的横摆角速度

增益这样一个数值

这个稳态横摆角速度增益

就是说用我们的横摆角速度

比上前轮的转角

这个一个括弧下边是一个S

实际上也就相当于是稳态了

最后它等于什么呢

这个表达式

当然是它一个相对来讲

比较详细的这个表达式

最后由于我们把稳定性因数K

把它抽象出来

它等于整车的质量

除以轴距的平方

最重要的是括弧里边这两项

一个是质心至前轴的距离a

比上后轮的侧偏刚度

减去一个质心至后轴的距离

比上前轴的侧偏刚度

这个的话当然就表现出来

就是对我们汽车操纵稳定性

影响最大的这样两个量

一个是什么呢

一个就是前后轮的侧偏刚度

还有一个就是质心的位置

根据它们的性质

那么就可以定义出来不足转向

过多转向和中性转向

所以在操纵稳定性这一章里边

这个稳定性因数K

是我们要掌握的最重要的

一个参量

我希望大家通过这个学习

能够把这个量

就把它像背外语单词那样

把它记住

当然在记住

它是什么符号的情况下还不行

你还要知道它符号

代表的是什么意思

有了这样一个

稳态横摆角速度增益

这样一个最基本的表达

稳态响应的这样一个参数以后在此基础上

实际上我们还有三种

能够表征稳态响应的参数

第一种就是前后轮的

侧偏角的绝对值之差

这个前后轮侧偏角绝对值之差

通过后边的学习

我们也可以知道

当我们讨论悬架的时候

讨论转向系统的时候

那里边就是说轮胎的

这样一些广义的侧偏角

什么侧倾这些转角

或者变形转向角等等

这些最终都是用侧偏角

来表达的

也就是说用前后轮的

这个侧偏角绝对值之差

来表征稳态响应的时候

实际上也就是说

在我对这个结构

进行改进的时候

那么这个量直接就体现出来了

比如我增加了前轮的侧偏角

实际上也就是增加了一定的

不足转向

我增加了后轮的侧偏角

实际上也就相当于减小了

一定的那个不足转向

或者说增加了这个过多转向

通过这个就比较清晰的

表达出来

当然前后轮的侧偏角的

绝对值之差

它实际上跟稳定性因数

也有非常简单的关系

第二个的话

当然就是用转弯半径

我的瞬时半径

实际上也就是用我的车速

除上我的横摆角速度

因为做操纵稳定性实验的时候

我的瞬时车速肯定是测量的

横摆角速度肯定也是测量的

这两个一除

就可以得到瞬时半径

而我的初始半径

那么最开始是我实验的时候

设定的

这个一比值马上是我的不足

过多或者中性转向

马上就可以得到

当然了这个瞬时半径

与初始半径的比值

它和稳定性因数的关系

也是非常简洁的

它的表达式就是这样

当然第三个表征

稳态响应的参数

就是采用静态储备系数

当然静态储备系数

是和中性转向点联系在一起的

什么叫中性转向点

大家还记得不

也就是说当我侧向力

作用在中性转向点的时候

前后轮的侧偏角的

这个绝对值是一样的

它的前后轮侧偏角的

绝对值是一样的

这样的一个力

这样的力侧向力的作用点

把它叫做中性转向点

静态储备系数

实际上主要表达的

你实际质心的位置

和中性转向点它的位置

相对位置的这样一个关系

当我的质心

位于中性转向点之前的时候

因为我实际上转弯的时候

我的质心才是真正的

侧向力作用点

那假如是在中性转向点之前

当然就是导致

前轮的侧向力稍大

后轮的稍小

但是也就导致了前轮的

侧偏角会大于后轮的侧偏角

所以它主要是表达了

这样一个质心的位置

当我质心位于中性转向点之前

就是不足转向

重合的是中性

当我位于中性转向点

后方的时候

那么这个时候就变成了

过多转向

两自由度模型

除了讨论了这样一个稳态响应

实际上还讨论了瞬态响应

我们对瞬态响应的

这个要求基本上

第一个我们要知道

什么时候瞬态响应会失稳

瞬态响应会失稳

失稳的条件基本上是两个

一个就是属于稳定性因数

是负的

也就是过多转向的时候

第二个这个车速

要达到临界车速

也并不是说

我是过多转向的车子

我一定失稳

并且车速一定要超过

临界车速它才会失稳

实际上有些赛车

它为了转弯的时候

相对灵敏一点

也就是说在同样速度下

我那个我可以转角转的小一点

那我就可以通过去了

说实在那我弄一个不足转向的

那我还得转挺大的角度

这个实际上转弯的话

它也需要时间的

只要我不超过临界车速

我哪怕是一个过多转向的车子

它也是稳定的

当然了也可能对于

我们普通的人来讲难以驾驭

但是对于那些赛车手来讲

或许他就能够驾驭了

除了这个是否稳定以外

可能还要关心一下

它的响应品质

响应品质一个当然就是

固有频率

也就是稳态横摆的

这样一个固有频率

一般来讲希望它高一点

高 它那个频率越高

我们前边那个线性区段

也就越宽

这个时候在线性区段

它因为反应是最灵敏的

第二个当然就是反应时间

也就是说我反应不要

太迟钝了

第三个的话要关心超调

因为我给了一个阶跃输入以后

它响应量它会超出我的稳态

这个超调的时候

要假如你要是开的不熟练

这时候有时候也不是太适应

最后一个的话就是稳态

进入稳态的时间

就是说我给了一个阶跃输入

它可能会在那波动

你经过多长时间它就稳定了

一般来讲希望它还是稳定的

快一点

两自由度模型讨论完了以后

实际上我们主要是讨论了悬架

与稳态转向特性的

这样一个关系

我们刚才也说了

稳定性因数K

决定了稳态转向特性

并且的话前后轮的

侧偏角的绝对值之差

它和稳定性因数

它是有同样的符号

也就是说你稳定性因数是正的

那么它这个也应该是正的

是负的它也是负的

它等于0 前后轮的

侧偏角绝对值之差它也是0

这样呢在这个考虑了悬架

等等这些影响以后

前后轮的侧偏角

它不仅仅就是我们

刚才讨论两自由度模型的时候

它的一个弹性侧偏角了

那么它的弹性侧偏角

它就算考虑的时候

它范围也大了

比如你外倾角对它的影响

它也要考虑进来

载荷对它的影响也要考虑进来

气压的影响也要考虑进来

也就是这个前后轮的侧偏角

在这个时候要包括一个广义的

弹性侧偏角

包括一个广义的弹性侧偏角

同时呢又包括侧倾转向角

和变形转向角等等

这样子的话就把你的前后轮的

侧偏角就包括齐了

那讨论悬架的作用的时候

首先就要讨论侧倾

当然侧倾里边有三个要素

首先侧倾轴线

侧倾轴线是由什么决定的呢

实际上是由悬架的

前后悬架的侧倾中心决定的

你每一个悬架都会有一个

侧倾中心

前悬架有一个后悬架有一个

侧倾中心把它连起来

那么就是你的侧倾轴线

然后有了侧倾轴线

你还会有一个侧倾角刚度

侧倾角刚度

由什么决定的呢

侧倾角刚度当然首先要有一个

等效的线刚度

你要首先要有一个

等效的一个线刚度

线刚度和这个轮距

它的平方的这样一个乘积

当然在除以二

最后这个得到它的侧倾角刚度

会得到这么一个侧倾角刚度

当然大家除了悬架导致的

侧倾角刚度之外

还要记住一点

就是你还有横向稳定杆

尤其是对于轿车

你这个横向稳定杆

放在前边还是放在后边

还是前后都放上

这个对于你的侧倾角刚度

以及前后轮的

这个轮胎的载荷的转移

是有非常重要的影响的

这个后边会介绍

有了侧倾轴线

有了侧倾角刚度

同时你在侧倾的时候

还会有侧倾力矩

把侧倾力矩求出来

再有了侧倾角刚度

你的侧倾角就会得到

这个第二个方面呢

就是说你已经发生侧倾了

这里我们所要关心的

主要就是说

你侧倾以后

在左右轮的垂直载荷

它会重新分配

这个时候对稳态转向特性

会有比较重要的影响

因为在我们学侧偏特性的时候

知道垂直载荷它直接影响到

侧偏刚度

它这个曲线

影响曲线是这样的

就是在某一定的载荷下

它会达到最大值

一般这个载荷小的时候它会小

载荷大它会增大

但是增加超过最大值以后

它随着载荷增加还会下降

因此它是一条弧线

这个所谓的载荷

在不变的时候

那么它两个轮子加起来

侧偏刚度是最大的

当你载荷波动的越大

那么它的平均值

也就下降的越多

这样子的话就是说

当我需要增加某一轴的

侧偏角的时候

那么就希望它的侧偏刚度

下降的多一点

这样就应该使得这个轴的

载荷变动量大一点

我们就应该把横向稳定杆

就配置到这个轴上

因为侧倾的时候

前后轴的侧倾角几乎是

差不多一样的

在侧倾角一样的情况下

哪个刚度大

那么当然它就会使得

这个轴的载荷变动量大

除此之外的话

我们还要掌握侧倾外倾

也就是说我侧倾的时候

外倾角它是怎么来变化的

因为我们在转弯的时候

外倾侧向力和侧偏侧向力的

合力那个大小

它实际上是按照质心的位置

分配给你的

当我的这个外倾侧向力

跟我侧偏侧向力一致的时候

实际上我就会削弱这个轴的

侧偏角

当这两个相反的时候

我就会增加这个轴的侧偏角

这一点请大家要注意

另一个的话

我们还讨论了侧倾转向

因为任何现在一个车子

我们尽管不欢迎侧倾转向

但是这个侧倾转向

就是在你侧倾的时候

免不了它要存在的

免不了是存在的

这个一点在大家做这种

汽车悬架的精细的设计的时候

需要详细的考虑

此外的话还有变形转向

因为现代的汽车

在那个悬架的

它很多的那些铰接点等等

都放了很多橡胶块

这些橡胶块一方面

是减震用的

另一方面实际上也是

让这个车在行驶的时候

它引起变形转向用的

我们通过这个橡胶块的

软硬的合理的搭配

那么就会取得相对比较满意的

这样一个就是汽车的

操纵稳定性

它的一个稳态转向特性

就可以把它变得更好一点

以上就是有关汽车

操纵稳定性

我们这一章的

需要掌握的基本内容

这个当然后边还有很多内容

在这里没有说的

那些刚才已经说过

这个并不是完全不重要

只是我们这门课程

在进行考试的时候

那些复杂的内容

也不去考了

下面把汽车平顺性

这一章的主要内容

我们也总结一下

首先涉及到平顺性的评价

也就是平顺性评价

一般来讲我们分三个层次

也就是从三个指标上

来进行评价

一个就是传至人体的

振动加速度

第二个的话就是悬架的动挠度

第三个是车轮的动载荷

因为这三个统称起来

叫做平顺性

当然了有的时候

我们经常说到一个舒适性

实际上舒适性就不那么全面了

舒适性那就是传到人体的

振动加速度

这一项就行了

什么动挠度动载荷

这些就不管了

但是涉及到平顺性的时候

它比起舒适性是更加全面

更加广泛的

要把悬架的动挠度

车轮的动载荷

一并纳入进行统计

然后就讨论了

人体对振动的反应

因为涉及到舒适性的话

那么首先人体对振动

你是怎么反应的

你是怎么反应的

那一般人对振动

大体上从四个方面有感受

一个是振动频率

人对于不同的振动频率

它感受是不一样的

实际上一个人体的话

你的五脏六腑等等

它也有振动频率

它也有它的固有频率

当你外界激励的频率

使得你的那些

五脏六腑等等

它要共振起来

那么这个时候你就会

非常的敏感

这个实际上有一个

这个振动频率的问题

一般人的垂直振动的振动频率

是4到12.5赫兹比较敏感

水平当然是1到2赫兹

相对比较敏感

另外的话就是振动强度

振动强度一般来讲

都希望它小一点

都希望它小一点为好

除此之外还有振动方向

人对不同的振动方向

敏感程度也不一样

一般人都是竖直站立的

竖直的

那么这种情况下

它对垂直方向就耐受力强一点

而对水平方向耐受力弱一点

所以我们在考虑一个汽车

设计的时候

希望它水平这个振动

相对小一点

第四个要素就是暴露时间

就是你处于这个振动环境

里边的时间

这个在同样的振动环境下

说实在你处的时间越长

你就越容易疲劳

这时候也就越容易感觉到累

所以人对振动的反应

是从四个方面来体现出来的

在有了这个以后

我们就是讨论了这个路面的

统计特性

因为我们这个平顺性

这个舒适不舒适

它主要是指的路面不平度的

输入

在这里边所以我们必须对

路面的统计特性

进行这个总结

路面首先它会有一个空间谱

就像这个式子所表达的这样

同时你随着车速不一样

我们还会有一个时间谱

还会有一个时间谱

也就是说同样的路

你用不同的车速

在上面开的时候

实际上人的感受也是不一样的

这个实际上我们就需要

还有一个时间谱

另一个就是路面的速度谱

它由于它是一个常数

所以我们无论时间谱

还是空间谱

最后经常我们要求出

它的这个速度谱

然后以速度谱作为输入的时候

我们这时候响应量的这个谱值

相对比较好 容易计算

我们的速度谱无非

就是在这个基础上

需要乘以一个ω的平方

乘以一个ω的平方

乘上一个

也就是2πf

在这个基础上

实际上我们对这个

振动系统做了简化

从最开始的一个刚体的

那么一个七自由度的模型

最后一直简化到了

一个单自由度的模型

单自由度的模型

它所反应的是什么呢

也就是说在低频的情况下

那么我只考虑一个轴的

振动的时候

那么它的这么一个模型

根据这样一个模型的话

我们可以有它的运动方程式

最后求出来

它的这样一个幅频特性

像这个图所示的这样

然后有了它的幅频特性以后

我们实际上还是要求

单质量系统的这样一个振动

单质量系统

对路面随机输入的响应

因为我们是一个随机振动

最后肯定是要有个随机的响应

我们最后要求三个量

一个是车身的加速度

车身的加速度

第二个就是悬架的动挠度

第三个是车轮和路面之间的

这个动载荷

这三个量加起来

代表的是平顺性

然后有了这三个量以后

我们还要讨论一下

单质量系统对路面

随机输入的这样一个响应

也就是车身加速度的

功率谱密度

车轮与路面间的相对动载荷的

谱密度

这样的一些量的响应

这两个量

在单质量系统的情况下

它变化趋势是一样的

变化趋势是一样的

就像这个图所示的这样

同时我们还要关心一下

这个动挠度

这个动挠度

这个动挠度我们一定要注意到

它对于共振频率

或者说对固有频率

这个反应和车身的

振动加速度的反应

它是不一致的

我们的车身是希望

这个频率低一点

而对于动挠度来讲

它是要求这个频率高一点

高一点然后它这个响应

才会小一点

这个我们通过个

这个物理的对比也可以知道

所谓的话你的频率高了

无非也就悬架刚度会大一点

悬架刚度大了的话

当然车身和车轮之间

相对运动的幅值就会小一点

这个通过物理的感受

也可以知道

在讨论单质量系统的基础上

我们又讨论了这样一个

双质量系统

双质量系统与实际

更加符合一点

因为我们不可能

总是在低频的情况下来运动

实际上的话

你一个车子在开的时候

这个外界的激励

各种频率成分都是有的

尤其是对于速度谱的情况下

它纯粹就是一个白噪声

就是说各种频率成分

它是一样的

并且这样的道路

实际上也是最多的

然后对于双质量系统的

这样一个幅频特性

我们要求出来

实际上也就是车身加速度

相对于路面速度谱

动载荷以及动挠度

相对于速度谱的

这样一个幅频特性

最后有了这样一些量以后

最后我们还求出来了

这个固有频率

车身部分阻尼比

这种轮胎刚度和车轮系统的

这种质量

对于我们这个三个响应的

这些影响

这些影响大家通过这种

资料的阅读等等

希望大家对它要有一个概念

有关平顺性的这个要求

在考试的时候的要求

就是这么多

没有总结在这个之内的

并不是说不需要大家去掌握

这个最后再重复一下

有关这门课就讲授到这里