理论教育 转向特性对汽车操控稳定性的影响

转向特性对汽车操控稳定性的影响

时间:2023-09-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:侧向力消失后,汽车自动恢复直线行驶。达到最大值时,所对应的行驶速度v称为特征行驶速度vch。因此,行驶过程中,当转弯或受到干扰时,过度转向特性的汽车具有失去方向稳定性的危险。意味着极其微小的前轮转角δ,都会产生极大的转向横摆角速度ωr,汽车将失去稳定性。显然,K越小,过度转向性越大,则临界行驶速度Vcr越低,汽车越易于失去稳定性。

转向特性对汽车操控稳定性的影响

不同转向特性汽车运动学特性如图6-14、图6-15和图6-18所示。

1.中性转向特性汽车

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图6-18 不同转向特性汽车的稳定性

a)α1=α2 b)α1α2 c)α1α2

在半径为R的弯道上转弯时,若汽车具有中性转向特性,其转向轮偏转角为978-7-111-40123-0-Chapter06-57.jpg,与汽车行驶速度v无关;当δ固定不变时,汽车沿给定半径的圆周行驶,Rv也无关。

直线行驶时,若侧向力Fy作用于汽车质心,则汽车将沿着与原直线成一定夹角的另一条直线行驶,如图6-18a所示。若欲维持原行驶方向,需将转向盘向侧向偏离的相反方向转动。

2.不足转向特性汽车

同样条件下,具有不足转向特性的汽车,其转向半径R大于装用刚性轮胎车辆的转向半径。若使转向轮转角δ不变,缓慢加速或以不同行驶速度等速行驶,则随着行驶速度v的提高,转向半径R增大,汽车沿更平缓的曲线行驶。沿给定半径R的圆周加速行驶时,应随v的提高不断增大δ

直线行驶时,若侧向力Fy作用于质心,汽车将朝Fy的方向偏转,绕瞬时转向中心作曲线运动,所产生的离心力的分力Fjy的方向与Fy方向相反,削弱侧向力的作用,如图6-18b所示。侧向力消失后,汽车自动恢复直线行驶。

由图6-15可见,当稳定性因数K>0,汽车具有不足转向时,则随着行驶速度v的提高,稳态转向横摆角速度增益978-7-111-40123-0-Chapter06-58.jpg起初增大,但达到最大值后,随着行驶速度v的提高,978-7-111-40123-0-Chapter06-59.jpg反而减小。978-7-111-40123-0-Chapter06-60.jpg达到最大值时,所对应的行驶速度v称为特征行驶速度vch。而且,不足转向性越大,即K>0的值越多,则vch(m/s)越低。

对式(6-10)求对于行驶速度v导数,并令其为零,即

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因此得(www.daowen.com)

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K值过大,特征行驶速度vch过低,说明其不足转向性太大,汽车转向沉重,转向灵敏性差。现代轿车在侧向加速度为0.3g时,其平均K值为0.0024s2/m2,在0.5g时的平均K值为0.0026s2/m2

GB7258—2012《机动车运行安全技术条件》规定:汽车应具有适度的不足转向特性。

3.过度转向特性汽车

若汽车具有过度转向特性,其特性与具有不足转向特性的汽车相反。当转向轮转角δ固定不动时,随着行驶速度v升高,转向半径R越来越小,汽车沿更弯曲的曲线行驶,行驶速度v过高可能导致汽车侧滑。

沿给定半径R的圆周行驶时,其δ应随v的提高而减小,即应随行驶速度的提高不断减小转向盘转角。当达到临界行驶速度时,只要有微小的前轮转角也将产生极大的横摆角速度(汽车绕转向中心转动的角速度),即转向半径越来越小,汽车将发生急转。直线行驶时,若遇侧向力Fy作用于质心,汽车将朝与侧向力相反的方向偏转,绕瞬时转向中心作曲线运动。此时,所产生的离心力的分力Fjy的方向与Fy方向相同,有进一步加剧侧偏的作用,如图6-18c所示。因此,行驶过程中,当转弯或受到干扰时,过度转向特性的汽车具有失去方向稳定性的危险。

由图6-15可见,当稳定性因数K<0,汽车具有过度转向时,则随着行驶速度v的提高,汽车的稳态转向横摆角速度增益978-7-111-40123-0-Chapter06-63.jpg迅速增大,当行驶速度v达到vcr后,978-7-111-40123-0-Chapter06-64.jpg趋于无穷大。行驶速度vcr称为临界行驶速度。

由式(6-10)直接看出;

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当稳定性因数K<0时,若行驶速度v达到vcr,则有978-7-111-40123-0-Chapter06-66.jpg。意味着极其微小的前轮转角δ,都会产生极大的转向横摆角速度ωr,汽车将失去稳定性。显然,K越小,过度转向性越大,则临界行驶速度Vcr越低,汽车越易于失去稳定性。

把式(6-16)代入式(6-7)得:当v=vcr时,其稳态转向半径R=0。这进一步说明,当K<0,即汽车具有过度转向时,若行驶速度达到vcr,直线行驶的车辆即使受到极小的Fy作用,使之产生很小的δ,也会失去控制,发生激转,直至R=0。

因此,具有过度转向的汽车是不稳定、不安全的。

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