汽车操纵稳定性实验指导书.docx
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汽车操纵稳定性实验指导书
汽车操纵稳定性实验指导书
课程编号：
课程名称：
实验一汽车转向轻便性实验
一、实验目的
汽车的转向轻便性和操纵稳定性是现代汽车重要的使用性能，通过对实验了解和掌握测试系统的安装调试、基本实验方法并学会数据处理和运用理论知识对汽车操纵稳定性研究、评价。
以培养学生解决实际工程问题的能力。
二、实验的主要内容
了解测试系统的组成和测试原理，汽车转向轻便性实验的数据的实时采集和处理。
测定汽车在低速大转角时的转向轻便性，与操纵稳定性其他试验项目一起，共同评价汽车的操纵稳定性。
采集测量变量及参数
方向盘转角；
方向盘力矩；
方向盘直径。
三、实验设备和工具
1．测量仪器
汽车方向盘转角——力矩传感器
汽车操纵稳定性数据采集和分析仪
2．实验车辆
小型客车一辆
3．标明试验路径的标桩16个。
四、实验原理
测定汽车在道路上进行转向行驶时，驾驶员作用在方向盘上的力矩和方向盘转角的变化关系评价汽车的转向操纵性能
五、验方法和步骤
1．实验准备
试验场地应为干燥、平坦而清洁的水泥或柏油路面。
任意方向上的坡度不大于2％。
在试验场地上，用明显颜色画出双纽线路径（图1），双纽线轨迹的极坐标方程为：
轨迹上任意点的曲率半径R为：
当Ψ=0°时，双纽线顶点的曲率半径为最小值，即
双纫线的最小曲率半径（m）应按试验汽车的最小转弯半径（m）乘以1.05倍，并圆整到比此乘积大的一个整数来确定。
并据此画出双纽线，在双纽线最宽处、顶点和中点（即结点）的路径两侧共放置16个标桩（图1）。
标桩与试验路径中心线的距离，按汽车的轴距确：
定，当试验汽车轴距大于2.5m时，为车宽一半加50cm，当试验汽车轴距小于或等于2m时，为车宽一半加30cm。
图1双纽线路径示意图
2．试验方法
2．1接通仪器电源，使之预热到正常工作温度。
2．2汽车以低速直线滑行，驾驶员松开方向盘，停车后，记录方向盘中间位置及方向盘力矩零线。
2．3驾驶员操纵方向盘使汽车沿双纽线路径行驶。
车速为10土1km／h。
待车速稳定后，开始记录方向盘转角及力矩，并记录（或显示）车速作为监督参数，直到汽车绕双纽线行驶满三周。
3．数据处理
3．1根据记录的方向盘转角及方向盘力矩，按双纽线路径每一周整理成图2所示的M—θ曲线，并计算以下参数：
3．1．1方向盘最大力矩，用下式计算：
式中：
Mmax——方向盘最大力矩，N·m；
3．1．2方向盘最大作用力，用下式计算：
式中：
D——试验汽车原有方向盘的直径，m；
Fmax——方向盘最大作用力，N。
3．1．3方向盘作用功
图2M—θ曲线
六、实验报告主要内容及要求
将计算结果填入表1；
参数
单位
数值
方向盘最大作用力矩
NM
方向盘最大作用力
N
方向盘作用功
NM
根据测量数据绘制M—θ曲线（参见图2）
七、实验注意事项
试验时，轮胎气压必须符合规定。
若规定气压小于245kPa时，允许偏差为±4.9KPa若规定气压大于245kPa时，允许偏差为±2％。
在记录时间内，保持车速稳定及不准撞倒标桩。
实验二稳态回转响应实验
一、实验目的
测定汽车在方向盘一个转角输入时，汽车运动的稳态响应过程。
与操纵稳定性其他试验项目共同评价汽车的操纵稳定性。
二、实验的主要内容
了解测试系统的组成和测试原理，汽车稳态回转响应实验的数据的实时采集和处理。
采集测量变量及参数
汽车側向加速度；
汽车横摆角速度；
三、实验设备和工具
1．测量仪器
电子陀罗仪
汽车操纵稳定性数据采集和分析仪
2．实验车辆
小型客车一辆
四、实验原理
采用固定方向盘转角，连续加速的方法进行回转行驶实验，测定实验过程中侧向加速度与汽车绕自身Z轴的转动角速度，并计算汽车圆周行驶中的瞬态转弯半径，评价汽车的转向特性。
五、实验方法和步骤
在试验场地上，用明显颜色画出半径为15m的圆周。
1．接通仪器电源，使之预热到正常工作温度。
2．试验开始之前，驾驶员操纵汽车以最低稳定速度滑所画圆周行驶，待汽车后部中点能对准地面所画圆周时，固定方向盘不动，停车并开始记录，记下各变量的零点。
3．汽车起步，缓缓连续而均匀地加速（纵向加速度不能超过0.25m／s2），直至汽车的侧向加速度达到4m／s2（或受发动机功率限制而所能达到的最大侧向加速度、或汽车出现不
稳定状态）为止、记录整个过程。
4．试验按向左转和向右转两个方向进行，每个方向试验三次。
六、实验报告主要内容及要求
试验数据处理及结果表达
1．转弯半径比R；／R。
与侧向加速度a关系曲线
根据记录的横摆角速度及汽车侧向加速度，用下式计算各点的转弯半径；
Ri=аi/γi2
式中：
аi——第i点的侧向加速度，m／s2；
γi——弟i点的横摆角速度，弧度／s；
Ri——第i点转弯半径，m；
进而算出各点的转弯半径比Ri／R。
（R。
为初始半径，m）填入表1中。
根据计算结果，在图1绘出R／R。
一a曲线。
根据R／R。
一a曲线判定汽车的转向特性。
表1
参数
侧向加速度m／s2
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
转弯半径m
转弯半径比
图1转向特性曲线
七、实验注意事项
试验汽车所用轮胎和轮辋型式及尺寸，必须符合规定。
如试验时使用新轮胎，试验前轮胎至少应经过200km正常行驶的磨合。
如试验时使用旧轮胎，试验终了时，残留花纹的高度应不小于0.15cm。
试验时轮胎气压必须符合厂方规定。
若规定气压小于245kPa时，允许偏差为±4．5kPa；
若规定气压大于245kPa时，允许偏差为±2％。
试验场地应为干燥，平坦而清洁的水泥或柏油路面，任意方向上的坡度不大于2％。
试
验时风速不大于3m／s。
实验三转向回正性能实验
一、实验目的
通过实际测量汽车从圆周运动状态自动回到直线行驶状态时，汽车的各项相关参数分析
和评价汽车从曲线行驶自行回复到直线行驶的能力。
二、实验的主要内容
通过实际道路运行实验，采集实验参数并用专用信号处理仪或专用软件在通用电子计算
机上计算和处理实验数据，对汽车的回正性能作出客观评价。
三、实验设备和工具
1．测量仪器
汽车方向盘转角——力矩传感器
汽车操纵稳定性数据采集和分析仪
2．实验车辆
小型客车一辆
四、实验原理
本项实验是汽车方向盘力输人的一个基本实验，当汽车作圆周运动时，由于转向轮有主销内倾角的作用，汽车应有从曲线行驶自行回复到直线行驶的过渡能力，其性能的优劣与转向系统的设计有密切的关系。
通过汽车回正的过度过程分析操纵稳定性其他试验项目一起，共同评价汽车操纵稳定性。
五、实验方法和步骤
试验方法
1．在试验场地上用明显的颜色画出半径为15m的圆周。
2．接通仪器电源，使仪器达到正常工作温度。
3．驾驶汽车沿半径为15m的圆周行驶，调整车速使侧向加速度达到4m/s2之后的側向加速度后，稳定住车速并开始记录，待稳定3s后，驾驶员突然放开方向盘，记录松手后3S的汽车运动过程。
4．在由试验得到的方向盘转角时间历程曲线上（如图1所示），以松开方向盘的时刻定为时间坐标（横坐标）的原点。
计算如下评价指标：
4．1稳定时间（回正时间）及残留横摆角速度；
4．2横摆角速度超调量；
4．3自然频率f
4．4相对阻尼系数
六、实验报告主要内容及要求
1．评价指标的计算
1．1稳定时间（回正时间）及残留横摆角速度
从时间坐标原点开始，到汽车横摆角速度达到某一数值（包括零值）并保持不变止，这一段时间定为稳定时间（回正时间），到达稳定时刻的横摆角速度则称为残留横摆角速度。
稳定时间（回正时间）用下式计算：
式中：
t——稳定时间（回正时间），s；
t1，t2，t3——分别为第1、2、3次试验的稳定时间（回正时间），S。
残留横摆角速度由下式计算：
式中：
Δr残留横摆角速度，°／s；
Δr1、Δr2、Δr3——分别为第1、2、3次试验的残留横摆角速度，°／s。
1．2横摆角速度超调量
横摆角速度超调量是横摆角速度响应第一个峰值超过稳态值的部分与稳态值之比，（见
图A1）用下式计算：
式中：
——横摆角速度超调量，％；
rl——横摆角速度响应的第一个峰值超过稳态值的部分，°／s；
r0——横摆角速度响应的稳态值，°／s。
1．3横摆角速度自然频率由下式计算：
式中：
j0——横摆角速度响应自然频率，HZ；
Ai——横摆角速度响应曲线的波峰（见图A1）；
Δti——横摆角速度响应曲线两相邻波峰的时间，s；
n——横摆角速度响应曲线的波峰个数。
图A1横摆角速度时间历程
1．4相对阻尼系数可先求得衰减率D后，再求得相对阻尼系数。
式中：
D——衰减率：
Ai——第一个波峰值（见图A1）。
式中：
ζ——相对阻尼系数。
2．将实验结果填入表1
参数
左转
右转
稳定时间S
残留横摆角速度°／s；
横摆角速度超调量%
横摆角速度自然频率HZ
相对阻尼系数
七、实验注意事项
1．仪器量程及精度应符合需要。
2．包括传感器及记录仪器在内的整个测量系统频带宽度为0～3HZ。
3．必须测量的变量：
汽车前进速度；方向盘转角；汽车横摆角速度。
4．试验条件
a.试验汽车应是装备齐全的汽车。
试验前对前轮定位参数、转向系、悬架系进行检查。
并按规定紧固和润滑。
b.试验场地应为干燥、平坦而清洁的水泥或柏油路面。
任意方向上测量的坡度不大于2％。
c.风速不大于3m／s。
d.试验车速为60km／h。
实验四汽车转向瞬态响应实验
一、实验目的
了解和掌握汽车转向瞬态响应实验的基本原理和实验方法，通过实验数据的处理和计算
培养运用理论知识解决汽车转向系统设计过程遇到的实际工程问题能力。
二、实验的主要内容
测定从方向盘转角脉冲输人开始，到所测变量达到新稳态值为止，这一段时间内汽车的
瞬态响应过程，用数据处理专用软件在通用计算机上进行实验数据分析与计算。
三、实验设备和工具
测量仪器
1．汽车方向盘转角——力矩传感器
2．汽车操纵稳定性数据采集和分析仪
四、实验原理
在汽车直线行驶时，通过对方向盘输入转角脉冲以模拟汽车在受到外力时自动维持直线行驶的能力。
测定从方向盘开始，到所测变量达到新稳态值为止，这一段时间内汽车的瞬态响应过程，评价汽车的动态特性。
五、实验方法和步骤
1．试验前以试验车速行驶10km，使轮胎升温。
2．接通仪器电源，使之预热到正常工作温度。
3．汽车以试验车速直线行驶，使其横摆角速度为零，作一标记，记下方向盘中间位置（直
线行驶位置）。
然后给方向盘一个三角脉冲转角输人（见图1）。
试验可向左（或向右）转动
方向盘，并迅速转回原处保持不动，记录全部过程，直至汽车回复到直线行驶位置。
方向
盘转角输人脉宽为0.3～0.6秒，其最大转角应使本次试验过渡过程中最大侧向加速度为2～3m/s2。
记录时间内，保持车速不变。
图1方向盘转角输入示意
4．试验数据处理与结果表达
在专门的信号处理设备或用数据处理专用软件在通用计算机上进行幅频特性与相频特性的分析可以。
六、实验报告主要内容及要求
结果表达
1．根据试验数据处理结果的平均值，向左与向右转分别绘制出汽车的幅频相频特性图，
如图2所示（图2横坐标为对数坐标，亦可采用线性坐标），横坐标值应为0～3HZ。
2．计算结果填人表1。
γ/θs-1
α（°）
图2幅频相频特性
表1实验数据
参数
频率（Hz）
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
幅比s-1
相位滞后°
备注
七、实验注意事项
1．仪器量程及精度应符合需要。
2．包括传感器及记录仪器在内的整个测量系统频带宽度不小于3HZ。
3．必须测量的变量：
汽车前进速度；方向盘转角；汽车横摆角速度。
4．试验条件
a.试验汽车应是装备齐全的汽车。
试验前对前轮定位参数、转向系、悬架系进行检查。
并按规定紧固和润滑。
b.试验场地应为干燥、平坦而清洁的水泥或柏油路面。
任意方向上测量的坡度不大于2％。
c.风速不大于3m／s。
d.试验车速为60km／h。
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