整车操稳测量技术.ppt

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1 整车操稳测量技术

2 稳态回转试验 (GB/T ) 试验目的汽车横向动力学线性理论指出, 汽车的稳态转向特性决定了汽车作为一个动力学系统在转向输入下是否稳定的充分条件 理论分析指出 : 过多转向的汽车, 在车速 V 达到或大于临界车速时, 即使受到轻微的干扰, 汽车的运动也会发生不稳定现象 现代设计汽车时, 事先都要进行模拟计算, 预测其稳态转向特性 产品制造出来后更要进行试验测定, 稳态回转试验不及格的车辆, 其操纵稳定性的总评价为不及格, 其重要意义显而易见

3 稳态回转试验 (GB/T ) 测量变量 必须测量变量 a. 汽车横摆角速度 b. 汽车前进车速 c. 车身侧倾角 希望测量变量 a. 汽车重心侧偏角 ; b. 汽车纵向加速度 ; c. 汽车侧向加速度

4 稳态回转试验 (GB/T ) 试验方法 在试验场地上, 用明显颜色画出半径为 5m 或 20m 的圆周 2 接通仪器电源, 使之预热到正常工作温度 3 试验开始之前, 汽车应以侧向加速度为 3m/s2 的相应车速沿画定的圆周行驶 500m 以使轮胎升温 4 驾驶员操纵汽车以最低稳定速度沿所画圆周行驶, 待安装于汽车纵向对称面上的车速传感器在半圈内都能对准地面所画圆周时, 固定转向盘不动, 停车并开始记录, 记下各变量的零线, 然后, 汽车起步, 缓缓连续而均匀地加速 ( 纵向加速度不超过 0.25m/s2), 直至汽车的侧向加速度达到 6.5m/s2( 或受发动机功率限制而所能达到的最大的侧向加速度 或汽车出现不稳定状态 ) 为止 记录整个过程 5 试验按向左转和向右转两个方向进行, 每个方向试验三次 每次试验开始时车身应处于正中位置

5 稳态回转试验 (GB/T ) 数据处理 转弯半径比 R/R0 与侧向加速度 ay 关系曲线 R = V τ i a yi = v i T i

6 稳态回转试验 (GB/T ) 数据处理 2 汽车前后侧偏角差值与侧向加速度 ay 关系曲线 δ δ 2 = 360 2π L R 0 R 3 车身侧倾角 φ ay 关系曲线

7 稳态回转试验 (GB/T ) 数据处理 4 不足转向度 U = a y L ( α α 2 ) 5 车身侧倾度 K = dφ da y

8 回正性试验 (GB/T ) 试验目的一辆行驶中的汽车, 如果转向后转向盘不能自动回正, 便会使驾驶员感到汽车行驶方向不易控制, 高速行驶时, 甚至会感到危险 因而把转向回正性能作为评定汽车操纵稳定性的一项重要内容, 其直观性很容易被人们接受 回正力矩的产生来源于轮胎的侧偏现象和主销定位角 从汽车横向动力学观点来看, 转向回正性能反映的是汽车转向机构所表现出来的恢复直线行驶的能力 这种试验是对系统施加一个大小不变的力输入后, 突然松掉, 然后观察系统的运动特性, 对于汽车的这种运动特性又可称为自由控制运动特性 通常情况下, 由于车速不高, 且转向系内都存在一定的干摩擦, 如果主销定位角正确, 并不会出现自由控制不稳定现象 然而, 事实上确实存在自由控制不稳定的车辆, 当车速足够高时, 松开转向盘, 不稳定现象随即发生, 因而回正试验分为高低两种车速来做都是有现实意义的

9 回正性试验 (GB/T ) 测量变量 汽车前进速度 ; 横摆角速度 ; 侧向加速度

10 回正性试验 (GB/T ) 试验方法低速回正性能试验 在试验场地上用明显的颜针对画半径为 5m 的圆周 2 试验前试验汽车沿半径为 5m 的圆周 以侧向加速度达 3m/s2 的相应车速, 行驶 500m, 使轮胎升温 3 接通仪器电源, 使其达到正常工作温度 4 试验汽车直线行驶, 记录各测量变量零线, 然后调整转向盘转角, 使汽车沿半径为 5±m 的圆周行驶, 调整车速, 使侧向加速度达到 4±0.2m/s2, 固定转向盘转角, 稳定车速并开始记录, 待 3s 后, 驾驶员突然松开转向盘并做一标记 ( 建议用一微动开关和一个讯号通道同时记录 ), 至少记录松手后 4s 的汽车运动过程 记录时间内油门开度保持不变 对于侧向加速度达不到 4±0.2m/s2 的汽车, 按试验汽车所能达到的最高侧向加速度进行试验, 应在试验报告中 ( 表 2 备注 ) 加以说明 5 试验按向左转与向右转两个方向进行, 每个方向三次

11 回正性试验 (GB/T ) 试验方法高速回正性能试验 对于最高车速超过 00km/h 的汽车, 要进行本项试验 2 试验车速按被试汽车最高车速的 70% 并四舍五入为 0 的整数倍 3 接通仪器电源, 使其达到正常的工作温度 4 试验汽车沿试验路段以试验车速直线行驶, 记录各测量变量的零线 随后驾驶员转动转向盘使侧向加速度达到 2±0.2m/s2, 待稳定并开始记录后, 驾驶员突然松开转向盘并做一标记 ( 建议用一微动开关和一个讯号通道同时记录 ), 至少记录松手后 4s 内的汽车运动过程 记录时间内油门开度保持不变 5 试验按向左转与向右转两个方向进行, 每个方向三次

12 回正性试验 (GB/T ) 数据处理 稳定时间 从时间坐标原点开始, 至横摆角速度达到新稳态值 ( 包括零值 ) 为止的一段时间间隔 2 残留横摆角速度 在横摆角速度时间历程曲线上, 松开转向盘 3s 时刻的横摆角速度值 ( 包括零值 )

13 回正性试验 (GB/T ) 数据处理 3 横摆角速度超调量 在横摆角速度时间历程曲线上, 横摆角速度响应第一个峰值超过新稳态值的部分与初始值之比 4 横摆角速度自然频率 f oi = n 2 j= n j= A ij A ij t ij

14 回正性试验 (GB/T ) 数据处理 5 相对阻尼系数 6 横摆角速度总方差 = = n j ij i i A A D ) ln( 2 + = i i D π ξ t r r E n j oi ij ri = =

15 蛇形试验 (GB/T ) 试验目的蛇行试验属驾驶员 - 汽车 - 外界环境组合而成的闭路系统性能试验方法 这种试验方法可反映出此闭路系统进行急剧转向能力, 同时可反映出此种急剧转向情况下乘员的舒适性和安全性 这种试验, 对驾驶员的操作方法不作任何特殊规定, 以顺利穿越为准, 它属于 闭环试验 这种试验往往使汽车处于某种转弯能力的极限状态, 它不但与汽车转向运动特性的线性区有关, 而且与接近侧滑极限的非线性区特性, 特别是轮胎与地面的附着系数有很大关系 这种试验的特点是, 在一定的程度上表现出汽车转向运动的综合性能 当然这种试验的结果与驾驶员的技巧 能力有一定关系, 这影响到评价的客观性 另外, 这种 转向功夫 能在多大程度上代表汽车操纵稳定性的综合性能, 还有待进一步研究 如果同时测定转向盘力与角以及侧向加速度, 也可以对转向力特性做出评价

16 蛇形试验 (GB/T ) 测量变量 转向盘转角 ; 横摆角速度 ; 车身侧倾角 ; 通过有效标桩区时间 ; 侧向加速度

17 蛇形试验 (GB/T ) 试验方法 在试验场地上按规定, 布置标桩 0 根 2 接通仪器电源, 使之预热到正常工作温度 3 试验驾驶员应具有较丰富的驾驶经验 在正式试验前, 按 所示路线, 练习五个往返 4 试验汽车以近似基准车速二分之一的稳定车速直线行驶, 在进行试验区段之前, 记录各测量变量的零线, 然后蛇行通过试验路段, 同时记录各测量变量的时间历程曲线及通过有效标桩区的时间 5 提高车速 ( 车速间隔自行选择 ), 重复 4 条的过程, 共进行 0 次 ( 撞倒标桩的次数不计在内 ) 最高车速不超过 80km/n

18 蛇形试验 (GB/T ) 数据处理 蛇行车速 v =.6L( N ) / 3 t 2 平均转向盘转角 3 平均横摆角速度 4 平均车身侧倾角 5 平均侧向加速度 θ θ = = j= 4 j= j= θu Tu 4 φ i = φ u 4 4 a yi = a ylj 4 j=

19 角阶跃试验 (GB/T ) 试验目的 给转向盘一个突然的转角输入, 并固定不变, 这相当于给系统一个阶跃位移干扰 如果系统稳定的话, 他将从一个稳态 ( 直线行驶 ) 过渡到另一个稳态 ( 转圈行驶 ) 转向盘转角阶跃输入试验用来分析车辆转向运动的瞬态响应

20 角阶跃试验 (GB/T ) 测量变量 汽车前进速度 ; 转向盘转角 ; 横摆角速度 ; 车身侧倾角 ; 侧向加速度 ; 汽车重心侧偏角

21 角阶跃试验 (GB/T ) 试验方法 试验车速按被试汽车最高车速的 70% 并四舍五入为 0 的整数倍确定 2 试验前, 以试验车速行驶 0km, 使轮胎升温 3 接通仪器电源, 使之达到正常工作温度 在停车状态下记录车速零线 4 试验中转向盘转角的预选位置 ( 输入角 ), 按稳态侧向加速度值 ~3m/s2 确定, 从侧向加速度为 m/s2 做起, 每间隔 0.5m/s2 进行一次试验 5 汽车以试验车速直线行驶, 先按输入方向轻轻靠紧转向盘, 消除转向盘自由行程并开始记录各测量变量的零线, 经过 0.2~0.5s, 以尽快的速度 ( 起跃时间不大于 0.2s 或起跃速度不低于 200 /s) 转动转向盘, 使其达到预先选好的位置并固定数秒钟 ( 待所测变量过渡到新稳态值 ), 停止记录 记录过程中保持车速不变 6 试验按向左转与向右转两个方向进行 可以两个方向交替进行, 也可以连续进行一个方向, 然后再进行另一个方向

22 角阶跃试验 (GB/T ) 数据处理 稳态侧向加速度值, 按下述二种方法确定 : a. 侧向加速度计测量, 其输出轴应与 Y 轴对正或平行 如加速度传感器随车身一起侧倾时, 应按下式加以修正 : a y g sinφ a y = cosφ b. 横摆角速度乘以汽车前进速度

23 角阶跃试验 (GB/T ) 数据处理 2 横摆角速度与侧向加速度的响应时间 3 横摆角速度峰值响应时间 4 横摆角速度超调量按下式确定 : σ = r max r 0 r 0 00%

24 角阶跃试验 (GB/T ) 数据处理 5 横摆角速度总方差按下式确定 : 6 侧向加速度总方差按下式确定 : E E r ay n θ = i=0 i θ 0 n θ = θ i i= 汽车因素 TB, 由横摆角速度峰值响应时间乘以汽车质心稳态侧偏角求得 r r a a i 0 yi yo 2 2 t t

25 角脉冲试验 (GB/T ) 试验目的 每个线性动力学系统, 都有自己的固有的频率特性, 或称相频或幅频特性, 这个特性除了说明系统的放大性能外, 还说明了对输入信号输出的失真程度, 因而是线性系统的重要特性 把汽车看成为一个线性动力学系统, 应用到汽车的频率特性, 可以说明汽车对转向输入响应的真实程度 为了得到汽车的频率响应特性, 对转向盘施以转角脉冲输入是一个简便的方法

26 角脉冲试验 (GB/T ) 测量变量 汽车前进车速 ; 转向盘转角 ; 汽车侧向加速度 ; 汽车横摆角速度

27 角脉冲试验 (GB/T ) 试验方法 试验车速按试验汽车最高车速 70% 并四舍五入为 0 的整数倍 2 试验前以试验车速行驶 0km, 使轮胎升温 3 接通仪器电源, 使之达到正常工作温度 4 汽车以试验车速直线行驶, 使其横摆角速度为 ±0.5( )/s 作一标记, 记下转向盘中间位置 ( 直线行驶位置 ) 然后给转向盘一个三角脉冲转角输入 试验时向左 ( 或向右 ) 转动转向盘, 并迅速转回原处 ( 允许及时修正 ) 保持不动, 记录全部过程, 直至汽车回复到直线行驶位置 转向盘转角输入脉宽为 0.3~0.5s, 其最大转角应使本试验过渡过程中最大侧向加速为 4m/s2 转动转向盘时应尽量使其转角的超调量达到最小 记录时间内, 保持油门开度不变

28 角脉冲试验 (GB/T ) 数据处理 在一次试验中, 所记录的汽车车速和转向盘转角时间历程 (v-t 和 0-t 曲线 ) 应在计算机上进行显示, 车速变化不应超过规定车速的 ±5% 转向盘转角的零线在转动转向盘进行脉冲输入的前后应一致 当其差别不大于转向盘转角最大值的 ±0% 时, 应将转向盘脉冲输入的起点和终点的连线作为参考零线, 否则本次试验记录应予以废除

29 角脉冲试验 (GB/T ) 数据处理 2 应对转向盘脉冲输入和横摆响应进行幅频特性与相频特性的分析, 可在专门的信号处理设备上进行, 亦可使用下式在通用电子计算机上进行计算 : G( jkω 0 ) T 0 T ( t)coskω 0 0 = T T 0 0( t)coskω 0 tdt tdt j j T 0 T ( t)sin kω 0( t)sin kω 0 0 tdt tdt

30 轻便性试验 (GB/T ) 测量变量 转向盘作用力矩 ; 转向盘转角 ; 汽车前进车速 ; 转向盘直径

31 轻便性试验 (GB/T ) 试验场地 双纽线轨迹的极坐标议程为 : l = d cos 2φ d 轨迹上任意点的曲率半径 R 按下式确定 : R = 3 cos2φ 当 φ=0 时, 双纽线顶点的曲率半径为最小值, 即 : R = min d 3 双纽线的最小曲率半径应按试验汽车前外轮的最小转弯半径乘以.

32 轻便性试验 (GB/T ) 试验方法 画好双纽线路径并放置好标桩 2 接通仪器电源, 使之预热到正常工作温度 3 试验前驾驶员可操纵汽车沿双纽线路行径行驶若干周, 熟悉路径和相应操作 随后, 使汽车沿双纽线中点 0 处的切线方向作直线滑行, 并停车于 0 点处, 停车后注意观察车轮是否处于直行位置, 否则应转动转向盘进行调整 然后双手松开转向盘, 记录转向盘中间位置和作用力矩的零线 4 试验时, 驾驶员操纵转向盘, 使汽车以 0±km/h 的车速沿双纽线路径行驶, 待车速稳定后, 开始记录转向盘转角和作用力矩, 并记录行驶车速作为监督参数 汽车沿双纽线绕行一周至记录起始位置, 即完成一次试验, 全部试验应进行三次 在测量记录过程中, 驾驶员应保持车速稳定和平稳地转动转向盘, 不应同时松开双手, 并且在行驶中不准撞倒路桩

33 轻便性试验 (GB/T ) 数据处理 转向盘最大作用力矩均值 M max 2 转向盘最大作用力均值 3 M max i = = i 3 F max = 2M D max

34 轻便性试验 (GB/T ) 数据处理 3 转向盘的作用功 绕双纽线路径每一周的作用功, 用下式确定 : W i = θ max t max i M ( θ ) dθ 转向盘的作用功均值用下式确定 : θ 3 W = W = i 3

35 轻便性试验 (GB/T ) 数据处理 4 转向盘平均磨擦力矩和平均磨擦力 绕双纽线路径每一周的转向盘平均磨擦力矩 : M swl ( + θmax i + θmax i 转向盘平均磨擦力, 用下式确定 : = W )2 F swi = 2M D swi

36 轻便性试验 (GB/T ) 数据处理 5 转向盘平均磨擦力矩均值和平均磨擦力均值 转向盘平均磨擦力矩均值, 用下式确定 : M 转向盘平均磨擦力均值, 用下式确定 : sw 3 = i= M 3 sw F sw = 2M D sw

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