汽车悬架知识专题-不足转向专题(上):为什么要不足转向

影音3D        2019-08-06   来源:嘉嘉漫画

在汽车的转向的过程中,我们希望转向响应快速,指向精确。在设计中,我们用输入和输出的比值,如稳态的横摆角速度和车轮转角的比值来评价。这个比值称为转向灵敏度。用符号表示。根据车辆的线性二自由度汽车模型进行研究,可以得出:

    公式一

                

式中:ω——稳态的横摆角速度

          δ——车轮转角

          u——车速

  L——轴距

   K——稳定性因数

当车辆稳态行驶时,K为表征车辆稳态响应的重要参数。

             

公式二

                                      

m——整车载荷

a——质心到前轴的距离

b——质心到后轴的距离

k1——前轮侧偏角

k2——后轴侧偏角

稳态行驶时,我们假设车速一定,对转向灵敏度有影响的只有K值。

我们可以分别做出当K<0、K=0和K>0时速度与转向灵敏度的曲线。如下图:


 从图可以看出:

当K=0时,为中性转向。转向灵敏度都是线性变化,也即方向盘转角输入和车轮转角变化线性变化。这在驾驶中是我们希望得到的,是稳定性最直接的体现;但是,当车速增大到一定程度时,转向灵敏度也增大,很小的方向盘转角或者侧向力便会导致车辆有极大的横摆角速度,使车辆失控。

当K>0时,为不足转向。曲线为正抛物曲线,随车速增大,转向灵敏度增加,输出响应和输入响应基本一致,转向响应迅速,转向精准。当车速到达特征车速时,转向灵敏度达到最高点,然后又开始下降,输出响应小于输入,此时。当驾驶者发现输出过小,无法满足转向需求时,可通过调整输入控制输出增大。相反,当输入响应大于输出响应时,当驾驶者发现输出太大,那么驾驶员再通过调整转向盘输入调整输出,势必会使驾驶员惊慌,车速过高的情况还会存在响应过快,无法调整的现象,造成车辆失控翻车。

当K<0时,为过渡转向,曲线为反抛物线,随着车速的增大,转向灵敏度越来越高,输入响应一直大于输出响应,当速度达到一定时,输出趋于无穷,只需要及其微小的前轮转角,车辆将会有极其大的横摆角速度,使车辆失控。

从以上可以看出:1、中性转向可以使转向精准、响应迅速,是操纵性最希望的;

2、不足转向可以降低高速转向时侧风敏感性,以及高速时的转向可控性,是稳定性最希望的。

而且,当车辆转向时,随车速增加,离心力增大。使地面切向反作用力F增大,超过轮胎抓地力,使车辆失去转能力。            

                                

,要解决这个问题,可以通过两个途径,1是增加轮胎抓地力,在这里不再讲了。2是减小切向反作用力。我们可以看上边公式,车速增加,要使F减小,只能通过增加R。从前边K值的分析,我们可以交接到,增大R的方式只能是使车辆趋于不足转向。

      所以,从安全性考虑,为保证车辆高速转向时的可控性、可行性、以及高的抗侧向干扰能力,现在的车辆一般会使车辆具有一定弱的不足转向。

那么,在我们的设计过程中,如何定量的设计不足转向呢?当然是通过设计使车辆的稳定性因子K<0了。但是K值的定义只是在线性二自由度模型下,公式二只考虑了轮胎的特性,实际车辆中还需要考虑载荷转移、悬架影响等情况下的不足转向度。我们下篇继续讲解如何定性设计不足转向度。

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