汽车高等动力学讲解

侧偏力：汽车在行驶过程中，由于路面的侧向倾斜、侧向风、或者曲线行驶时的离心力等的作用，车轮中心沿Y轴方向将作用有侧向力Fy，相应地在地面上产生地面侧向反作用力FY，FY即侧偏力。侧偏现象：当车轮有侧向弹性时，即使FY没有达到附着极限,车轮行驶方向也将偏离车轮平面cc,这就是轮胎的侧偏现象。侧偏角：车轮与地面接触印迹的中心线与车轮平面错开一定距离，而且不再与车轮平面平行，车轮印迹中心线跟车轮平面的夹角即为侧偏角。高宽比：以百分数表示的轮胎断面高H与轮胎断面宽B之比H/B×100%叫高宽比.附着椭圆：它确定了在一定附着条件下切向力与侧偏力合力的极限值。转向灵敏度：汽车等速行驶时，在前轮角阶跃输入下进入的稳态响应就是等速圆周行驶。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，也就是转向灵敏度。（即稳态的横摆角速度与前轮转角之比）稳定性因数：稳定性因数单位为s2/m2,是表征汽车稳态响应的一个重要参数。侧倾轴线：车厢相对于地面转动时的瞬时轴线称为车厢侧倾轴线。侧倾中心：车厢侧倾轴线通过车厢在前，后轴处横断面上的瞬时转动中心，这两个瞬时中心称为侧倾中心。悬架的侧倾角刚度：悬架的侧倾角刚度是指侧倾时（车轮保持在地面上），单位车厢转角下，悬架系统给车厢总的弹性恢复力偶矩。转向盘力特性：转向盘力随汽车运动状况而变化的规律称为转向盘力特性。切向反作用力控制的三种类型：总切向反作用力控制，前后轮间切向力分配比例的控制，内外侧车轮间切向力分配的控制。侧翻阈值：汽车开始侧翻时所受的侧向加速度称为侧翻阈值。汽车的平顺性：汽车的平顺性主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内，主要根据乘员的主观感觉的舒适性来评价。1．汽车的操纵稳定性：是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的情况下，汽车能遵循驾驶者通过转向系统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。2．汽车的操纵稳定性是汽车主动安全性的重要评价指标。3．时域响应与频域响应表征汽车的操纵稳定性能。4.转向盘输入有两种形式：角位移输入和力矩输入。5.外界干扰输入主要指侧向风和路面不平产生的侧向力。6.操纵稳定性包含的内容：1）转向盘角阶跃输入下的响应；2）横摆角速度频率响应特性；3）转向盘中间位置操纵稳定性；4）转向半径；5）转向轻便性；6）直线行驶性能；7）典型行驶工况性能；8）极限行驶能力（安全行驶的极限性能）7.转向半径：评价汽车机动灵活性的物理量。8.转向轻便性：评价转动转向盘轻便程度的特性。9.时域响应：路面不平敏感性和侧向风敏感性。10.汽车是由若干部件组成的一个物理系统。它是具有惯性、弹性、阻尼的等多动力学的特点，所以它是一个多自由度动力学系统。11.车辆坐标系：x轴平行于地面指向前方（前进速度），y轴指向驾驶员的左侧（俯仰角速度），z轴通过质心指向上方（横摆角速度）12.汽车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。13.汽车转向特性的分为:不足转向、中性转向、过多转向。14.汽车的瞬态响应有如下特点：1）时间上的滞后（（ωr1/ωr0）×100％称为超调量）；2）执行上的误差；3）横摆角速度的波动；4）进入稳态所经历的时间。15.汽车试验的两种评价方法：客观评价法（通过仪器测出横摆角速度、侧向加速度、侧倾角及转向力。）和主观评价法（让试验评价人员根据试验时自己的感觉进行评价。）16.轮胎坐标系：x轴车轮行驶方向，z轴正回正力矩，y轴正侧翻力矩17.侧偏力FY：地面作用于车轮的侧向反作用力。FY=ka（k为侧偏刚度，k0）18.侧偏现象：当车轮有侧向弹性时，即使FY没有达到侧向附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平面的方向。19.侧偏刚度k：决定操纵稳定性的重要轮胎参数。轮胎应具有高的侧偏刚度（指绝对值），以保证汽车良好的操纵稳定性。20.轮胎结构、工作条件对侧偏特性的影响：轮胎的尺寸、型式和结构参数对侧偏刚度有显著影响。21.高宽比：轮胎断面高度H与轮胎断面宽B之比H/B*100%。22.高宽比对轮胎侧偏刚度影响很大，采用高宽比小的宽轮胎是提高侧偏刚度的主要措施。23.侧偏刚度随垂直载荷增加而加大；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减小。24.侧偏刚度随气压增加而增大，但气压过高后刚度不再变25．行驶车速对侧偏刚度影响很小。26.一定侧偏角下，驱动力增加时，侧偏力逐渐有所减小。27.回正力矩：圆周行驶时，使转向车轮恢复到直线行驶位置的主要恢复力矩之一。28.子午线轮胎的回正力矩比斜交轮胎大。29.轮胎的气压底，接地印迹长，轮胎拖矩大，回正力矩也越大。30.横摆角速度增益（转向灵敏度）：稳态的横摆角速度与前轮转角之比，来评价稳态响应。Ωr/φ)s=(u/L)/1+m/L2(a/k2-b/k1)u2=(u/L)/1+ku231.K—稳定性因数(s2/m2):是表征汽车稳态响应的一个重要参赛。K=m/L2(a/k2-b/k1)32.汽车转向特性的分为:不足转向（K=0）、中性转向(K0)（K值越大，横摆角速度增益曲线越低，不足转向量越大）、过多转向(K0)。33.临界车速越低，过多转向量越大。34.汽车都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。横摆角速度增益等于无穷大时，只要有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。35.表征稳态响应的参数：1）前、后轮侧偏角绝对值之差（a1-a2）；2）转向半径的比R/Ro；3）静态储备系数S.M.36.中性转向点：使车前、后轮产生同一侧的侧向力作用点。37.静态储备系数S.M.：就是中性点至前轴距离a`和汽车质心至前轴距离a之差（a`-a）与轴距L之比值。38.S.M.=0，具有中性转向特性；S.M.为正，具有不足转向特性；S.M.为负，具有过多转向特性。39.正常的汽车都具有小阻尼的瞬态响应。40.以横摆角速度频率响应特性来表征汽车动态特性。41.表征响应品质好坏的4个瞬态响应的参数：1）横摆角速度ωr波动的固有（圆）频率ω0；2）阻尼比ζ；3）反应时间τ；4）达到第一个峰值ωr1的时间ε42.评价横摆角速度频率响应的五个参数：1）频率为零时的幅值比，即稳态增益（图中以a表示）；２）共振峰频率fr，fr值越高，操纵稳定性越好；３）共振时的增幅比b/a，b/a应小一点；４）∠φf-0.6，f=0.1Hz时的相位滞后角，∠φf-0.1这个数值应该接近于零；43.影响轮胎侧偏角的因素：1）前、后轴左、右两侧车轮的垂直载荷要发生变化；2）车轮有外倾角，由于悬架导向杆系的运动及变形，外倾角将随之变化；3）车轮上有切向反作用力；4）车身侧倾时悬架变形，悬架导向杆系和转向杆系将产生相应运动及变形。44.汽车侧偏角包括：1）弹性侧偏角（FZ变化和γ的变化引起的侧偏角α的变化）；2）侧倾转向角（车厢侧倾而导致前后轮转角的变化；3）变形转向角（悬架导向杆系变形引起的车轮转角的变化）。45.轿车前侧倾中心高度在0~14cm之间，后侧倾中心高度在0~40cm之间。46.具有独立悬架的汽车车厢做垂直位移时，在垂直放心上车厢收到的随位移而变化的力包括：一个是弹簧直接作用于车厢的弹性力在垂直方向的分量；另一个是导向杆约束反力在垂直方向上的分量。47.车厢侧倾角：车厢在侧向力作用下绕侧轴线的转角。48.侧倾角的数值数值影响到汽车的横摆角速度稳态响应和横摆角速度瞬态响应。49.侧倾力矩主要由三个部分组成：1）悬挂质量离心力引起的侧倾力矩MφrⅠ；2）侧倾后，悬挂质量重力引起的侧倾力矩MφrⅡ；3）独立悬架中，非悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩MφrⅢ。50.车厢侧倾时，因悬架形式不同，车轮外倾角的变化有三种情况：保持不变，沿地面侧向反作用力作用方向倾斜，沿地面侧向反作用力作用方向的相反方向倾斜。51.侧倾转向：在侧向力作用下车厢发生侧倾，由车厢侧倾引起的前转向轮绕主销的转动、后轮绕垂直于地面轴线的转动、即车轮转向角的变动。52.变形转向角：悬架导向杆系各元件在各种力、力矩作用下发生的变形，引起车轮绕主销或垂直于地面轴线的转动，称为变形转向，其转角叫做变形转向角。53.变形转向可以使汽车具有恰当的不足转向。54.变形外倾：受到侧向力作用的独立悬架杆系的变形会引起车轮外倾角的变化。55.驾驶者通过转向盘控制前轮绕主销的转角，从而操纵汽车的运动方向。56.凭借转向盘的反作用力，将整车及轮胎的运动、受力状况反馈给驾驶者，以获得“路感”。57.转向盘的输入有两种方式：角输入和力输入。58.转向盘力特性：转动转向盘时所需要的力随汽车运动状况而变化的规律。59.转向盘力特性决定于下列因素：转向器角传动比及其变化规律、转向器效率、动力转向器的转向盘操作力特性、转向杆系传动比、转向杆系效率、由悬架导向杆系决定的主销位置、轮胎上的载荷、轮胎气压、轮胎力学特性、地面附着条件、转向盘转动惯量、转向柱摩擦阻力以及汽车整体动力学特性等。60.主销位置几何参数，如主销内倾角、主销后倾角、主销拖距、接地面上主销偏置距、车轮中心主销拖距等，对转向盘力特性、回正性能、直线行驶性等都有显著影响。61.汽车在原地、小半径弯道低速行驶时，要防止转向盘过于沉重；在高速行驶时，转向盘力不宜过小而应维持一定数值，以帮助驾驶者稳定驾驶。62.转向车轮干涉转向：车厢侧倾时，如果非独立悬架汽车的转向系与悬架在运动学上关系不协调，将引起转向车轮干涉转向的现象。63.侧倾干涉不足转向：当车辆向右转向时，车身向外倾斜，外侧板簧受压缩，车轮与车架距离减小，使车轮向左转，增加了车辆的不足转向，这种现象称为侧倾干涉不足转向。64.转向系（角）刚度：在转向盘至转向车轮之间，包括转向器、转向杆系与转向器固定处在内的刚度，称为转向系（角）刚度。转向系刚度低，前转向轮的变形转向角大，增加了汽车的不足转向趋势。转向系刚度高，高速行驶时的“路感”较好。65.地面切向反作用力与“不足－过多转向特性”的关系：1）汽车在弯道上以大驱动力加速行驶；2）随驱动力的增加，同一侧偏角下的侧偏力下降。3）前轮受半轴驱动转矩的影响会产生不足变形转向，增加了前驱动汽车不足转向的趋势。4）随着驱动力的增加，轮胎回正力矩通常也有所增加，这也增加了前轮驱动汽车的不足转向趋势。66.切向反作用控制可分为三种类型：1）总切向反作用力控制；2）前、后轮间切向力分配比例的控制；3）内、外侧车轮间切向力分配的控制；67.ABS就是总制动力控制，保证较佳的滑动率，提高制动时汽车的方向稳定性。68.TCS是总驱动力控制，防止出现过大的滑转率，提高驱动时汽车的方向稳定性。69.防抱死制动系统（ABS）与驱动力控制系统（TCS）都是提高汽车操纵稳定性的电子控制系统70.改善汽车的操纵稳定性的电子控制系统：1）四轮转向系统（4WS）；2）车辆稳定性控制系统（VSC或称ESP）71.车辆稳定性控制系统（VSC或称ESP）：1）为了保持汽车的稳定性，当后轴要侧滑发生激转时，应对车施加外侧的横摆力偶矩；2）当前轴要侧滑而使汽车驶离弯道时，应对汽车施加适当大小向内侧的横摆力偶矩，使后轮的侧偏角达到最大侧偏力的角度；3）还应对汽车施加纵向减速力。72.VSC系统的组成：1）用于向各个车轮施加制动的执行机构；2）用于控制驱动力的节气门执行机构与节气门传感器；3）轮速传感器；4）横摆角速度传感器；5）侧向、纵向加速度传感器；6）转向角传感器；7）制动主缸压力传感器；8）ECU。73.汽车侧翻：是指汽车在行驶过程中绕其纵轴线转动90°或更大的角度，以至车身与地面相接触的一种极其危险的侧向运动。74.汽车侧翻为两类：曲线运动引起的侧翻和绊倒侧翻。75.刚性汽车的准静态侧翻：“刚性汽车”是指忽略汽车悬架及轮胎弹性变形；“准静态”是指汽车的稳态转向。76.带悬架汽车的准静态侧翻：