《汽车理论》教案5-汽车操纵稳定性

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汽车理论 A教案 1 汽车理论 A 教案 ( 章节备课 ) 章节 第五章 汽车的操纵稳定性 理论授课时间 14 学时 教 学 目 的 和要求 1. 了解汽车操纵稳定性的评价体系 2. 掌握车辆坐标系 和轮胎坐标系 的有关术语 3. 掌握轮胎侧偏现象产生的原因和 影响侧偏特性的因素 4. 熟练掌握汽车的稳态转向特性及其影响因素 5. 了解汽车操纵稳定性与悬架的关系 6. 掌握汽车行驶的纵向和横向稳定性条件 7. 了解 提高操纵稳定性的电子控制系统 教学重点 1. 车辆坐标系 2. 轮胎坐标系 3. 轮胎侧偏现象 4. 影响侧偏特性的因素 5. 制动跑偏 ,制动时后轴侧滑 6. 线性 二自由度汽车 模型的运动微分方程 7. 汽车的稳态响应 8. 悬架的侧倾特性 9. 侧倾时左右车轮垂直载荷变化对汽车转向性能的影响 10. 侧倾时车轮外倾角的变化对汽车转向性能的影响 11. 汽车横向稳定性条件 12. 提高操纵稳定性的电子控制系统 教学难点 1. 轮胎侧偏现象 2. 线性 二自由度汽车 模型的运动微分方程 3. 汽车的稳态响应 4. 悬架的侧倾特性 教 学 进 程 ( 含 教 学 内容、时间 分配、教学 方法、辅助 手段) 1. 概述( 45) ( 1) 汽车操纵稳定性的基本内容 ( 20 ) 1) 汽车操纵稳定性 的定义 2) 汽车操纵稳定性 包含的内容 播放汽车绕桩试验、紧急变线试验和麋鹿试验视频 3)转向盘角阶跃输入下的时域响应 强调转向盘角阶跃输入下的时域响应是汽车操纵稳定性评价中 的重点内容,是本章研究的核心;提醒学生复习前期课程汽 车振动基础中有关时域、频域的内容。 ( 2) 车辆坐标系 ( 20) 1)车辆坐标系的组成 2)稳态响应三种类型的定义 强调稳态响应是本章的主要研究内容,三种转向类型的定义十 分关键 3)瞬态响应的特点及相关参数 ( 3) 人 -汽车闭环系统 ( 5) ( 1) 14 学时 ( 630 ) 为 理论授课。 ( 2)各部分 时间分配可 根据实际授 课 情 况 调 整,总计时 间不超过 14 学时 ( 630 ) 。 2) 采用多媒 体 课 件 教 学,在多媒 体 教 室 讲 授。 3) 插播 汽 汽车理论 A教案 2 1) 人 -汽车闭环系统 的概 念 2)汽车试验的两种评价方法 强调主观评价法始终是操纵稳定性的最终评价方法 2. 轮胎的侧偏特性( 90) ( 1) 轮胎的坐标系与术语 ( 15) 1) 轮胎坐标系的建立 2)轮胎坐标系中力、力矩、外倾角、侧偏角的正负定义 3)侧偏角的概念 侧偏角的概念十分关键,强调学生理解和掌握 ( 2) 轮胎的侧偏现象 ( 25) 1)刚性车轮受侧向力时的运动学分析 2)谭性车轮受侧向力时的运动学分析 3)侧偏现象的定义 4)侧偏现象的表达式 YFk 侧偏现象是本章的重点和难点,应 相对多花些时间进行深入细 致的讲解 ( 3) 轮胎结构、工作条件与侧偏特性的关系 ( 15) 轮胎结构 轮胎气压,垂直载荷 行驶车速 驱动力 路面状况 本章重点内容,强调在后面的分析中将反复用到 ( 4) 回正力矩 ( 20) 1)回正力矩的概念 2)侧偏现象产生回正力矩的原因分析 小侧向力 大侧向力 更大侧向力 过大侧向力 提出问题 为何有回正力矩存在还有可能造成翻倾事故 ( 5) 有外倾角时轮胎的滚动 ( 15) 1)外倾侧向力的概念 2)外倾刚度的概念 YFk 3)外倾侧 向力与侧偏力的关系 Y Y YF F F k k 4) 外倾侧向力、外倾刚度正负的判断 3. 汽车的转向特性( 90) 车绕桩试 验 、 紧急 变线试验 、 麋鹿试 验 、 汽车 失控视频集 锦 、 ESP 的作用 、 感受 ESP 、 ESP 工作原理 等 的视频短 片。 4)板书设 计左侧一 栏中阴影部 分为板书基 本内容 汽车理论 A教案 3 ( 1) 线性二自由度汽车模型 ( 30) 1) 线性二自由度汽车 模型的概念和简化方法 2) 线性二自由度汽车 模型微分方程的建立 3) 线性二自由度汽车 模型微分方程的求解 本章的重点和难点,强调理清简化模型的思路和微分方程建立 的意义 ( 2) 前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应 ( 45) 1) 稳态横摆角速度增益 的 概念和表达式 r 2 s 1 uLKu 2)稳定性因数 的概念和表达式 2 21m a bK L k k 3) 用 稳定性因数 K 来判断汽车稳态响应的类型 4) 特征车速和临界车速 的概念、 意义 和计算 5) 几种表示汽车稳态转向特性的方法 根据汽车稳态转向三种类型的定义,即 R/R0 的关系来判断 根据稳定性因数 K 值来判断 根据前后车轮侧偏角绝对值的差即( 1- 2)来判断 根据静态储备系数 S.M.来判断 根据中性转向点 Cn 与汽车质心 C 的位置关系来判断。 6)影响汽车稳态响应的主要使用参数 轮胎气压 、扁平率 装载质量 本章的重点核心内容,强 调理解稳定性因数与稳态转向类型的 内在联系以及各种判断方法之间的关系 ( 3) 前轮角阶跃输入下的瞬态响应 ( 15) 表征 前轮角阶跃输入下的瞬态响应品质好坏的参数 横摆角速度 r 波动的固有(圆)频率 0 阻尼比 反应时间 峰值反应时间 4. 汽车操纵稳定性与悬架的关系( 135) ( 1) 汽车的侧倾 ( 60) 1) 车厢的侧倾轴线、侧倾中心的概念 2)车厢的侧倾轴线、侧倾中心的求法 三心定理 等效单横臂悬架的概念 3)悬架的侧倾角刚度 悬架的线刚度的概念 利用等效弹簧的微变形或虚位移原理求解悬架的线刚度表 达式 汽车理论 A教案 4 s 222 ll mK nkK 悬架 侧倾角 刚度的概念 和表达式 22 rs1122l BmK K B k n 4)车厢的侧倾角 车厢的侧倾角对操纵稳定性和行驶平顺性的影响 侧倾力矩的三部分的计算与分析 侧倾力矩的计算是本章的难点,强调理解侧倾时车厢的受力分 析 ( 2) 侧倾时垂直载荷在左、右侧车轮上的重新分配及其对稳态 响应的影响 ( 25) 1)侧倾时垂直载荷在左、右侧车轮上的重新分配 分析 2) 车轮垂直载荷重新分配 对轮胎侧偏刚度和 稳态响应的影响 提出实际问题横向稳定杆起什么作用 为何通常在轿车的前 悬架加装横向稳定杆 ( 3) 侧倾外倾 ( 25) 1) 侧倾外倾 的概念 2)不同悬架结构型式 侧倾外倾 的判断方法 3)侧倾外倾对 稳态响应的影响 提出实际问题 汽车悬架结构型式为何通常 前“双” 后“单” ( 4) 侧倾转向 ( 10) 1) 侧倾转向 的概念 2)侧倾转向对 稳态响应的影响 提出实际问题为何有些轿车后轮也设计有前束角 ( 5) 变形转向 ( 10) 1)变形 转向 的概念 2)变形转向对 稳态响应的影响 提出实际问题为何回正力矩作用的总效果一般是趋向不足转 向 ( 6) 变形外倾 ( 5) 变形外倾的 概念 5. 汽车行驶的纵向和横向稳定性( 35) ( 1) 汽车行驶的纵向稳定性 ( 15) 1)汽车等速上坡时的受力分析 2)纵向翻倒和纵向滑转的分析 3) 纵向稳定性 的条件分析 g bh ( 2) 汽车行驶的横向稳定性 ( 20) 1)汽车 横坡上 等速 转向 行驶 时的受力 分析 2) 横向侧翻 和 侧向打滑 的分析 结合高速公路的弯道外筑有一定的坡度 的实例进行说明 汽车理论 A教案 5 3)侧翻阈值的概念 4) 横 向稳定性 的条件分析 2gBh 6. 提高操纵稳定性的 电子控制系统( 55) ( 1) 四轮转向系统 Four Wheel Steering System, 4WS( 15) 1) 四轮转向 的概念 2) 2WS 与 4WS 操纵稳定性的比较 ( 2) 车辆稳定性控制系统 Vehicle Stability Control System, VSC ( 30 ) 1) 车辆稳定性控制系统的概念 ( ESP 或 VSC) 2) 车辆稳定性控制系统 的必要性 通过播放汽车失控视频集锦说明 3)车辆稳定性控制系统 的作用 通过播放 ESP 作用和感受 ESP 等 视频说明 4)车辆稳定性控制系统 的主要结构和原理 通 过播放 ESP 工作原理的 视频说明 预习 思考题 本章共 14 学时, 7 次课,各次课的预习思考题 第 1 次课预习思考题 什么是操纵稳定性为何日益受到重视 什么是转向盘角阶跃输入什么是转向盘角阶跃输入下的稳态响应和瞬 态响应它们的评价参量有哪些 典型行驶工况性能主要包括哪些其评价参量主要有哪些 什么是车辆坐标系在该坐标中定义了哪些运动参量 第 2 次课预习思考题 什么是轮胎坐标系正的回正力矩、侧偏角和外倾角是如果定义的 什么是侧偏现象何时会出现 什么是侧偏特性侧偏力和侧偏角的关系如何 轮胎结构及工作条件对侧偏特性的影响如何 为何有回正力矩存在还有可能造成翻倾事故 第 3 次课预习思考题 外倾角与外倾侧向力的关系如何外倾角如何产生回正力 矩,其正负符号 如何 什么是线性二自由度汽车模型如何将汽车简化为线性二自由度汽车模 型 第 4 次课预习思考题 稳态横摆角速度增益的表达式式中各参数的含义及单位 为什么可以用稳定性因数 K 来判断汽车稳态响应的类型 什么是特征车速和临界车速如何计算有何意义 有哪几种表示汽车稳态转向特性的方法。 表征稳态响应的具体参数有哪些它们彼此之间的关系如何 第 5 次课预习思考题 前轮角阶跃输入下的瞬态响应中用来表征响应品质好坏的参数主要有哪 些 汽车理论 A教案 6 什么是车厢侧倾轴线、侧倾中心 什么是悬架的线刚度单横臂独立悬架 的线刚度如何计算 什么是悬架的侧倾角刚度如何计算 侧倾力矩由哪三部分组成 第 6 次课预习思考题 横向稳定杆起什么作用为何通常在轿车的前悬架加装横向稳定杆 什么是侧倾外倾某轿车的悬架系统采用双横臂独立悬架和单横臂独立 悬架,请问该车的前、后悬架悬架应采用哪种悬架分析说明其道理。 什么是侧倾转向为何有些轿车后轮也设计有前束角 什么是变形转向为何回正力矩作用的总效果一般是趋向不足转向 第 7 次课预习思考题 什么是汽车的纵向稳定性汽车纵向稳定性条件是什么 什么是汽车的横向稳定性汽车横向稳定性 条件是什么 什么是侧向稳定性系数比较各种类型车辆的侧向稳定性系数,哪种车辆 侧翻可能性较大 什么是 ESP 分析 ESP 的工作原理。 作业题 1、某汽车在环形跑道上行驶,环形跑道的半径为 800m,侧向坡度为 15, 侧向附着系数为 0.7,请分析计算该车在该环形跑道上行驶时,不发生侧向滑 动的极限车速为多少(需写出分析推证过程) 2、某轿车总质量 1820kg,汽车前轴轴载质量为汽车总质量的 53,轴距 3.1m, 一个前轮侧偏刚度为 31310N/rad,一个后轮侧偏刚度为 55095N/rad,该车以 36km/h 的车速进行稳态圆周行驶时,其转向半径 20m ,求 1)前轮侧偏角(绝对值)与后轮侧偏角(绝对值)之差 ; 2)该车的稳态转向特性为何种类型 3)该车的特征车速或临界车速 ; 4)此时前轮平均转角 ; 5)该车静态储备系数。 3、教材课后习题 5.1 。 4、教材课后习题 5.3 。 5、教材课后习题 5.6 。 6、教材课后习题 5.2 。 7、教材课后习题 5.9 。 8、教材课后习题 5.11 (编程题) 。 主 要 参 考 资料 1. 汽车理论,主编余志生,机械工业出版社, 2009.3,第 5 版 2. 汽车理论,主编杨万福,华南理工大学出版社, 2010.8,第 1 版 3.车辆动力学基础,著 Thomas D. Gillespie,清华大学出版社, 2006.12 4.汽车动力学第 4 版,著 Manfred Mitschke,清华大学出版社, 2009.12 5.汽车工程学汽车纵向动力学(英文版), 著 Henning Wallentowitz,机 械工业出版社, 2009.8 备注 本课程采用多媒体教学, 应安排在 多媒体教室上课。本课程的多媒体课件 含有较多图片和视频文件,数据较大 ;同时本课程可同步在课程网站和网络教 学平台上发布课件、视频、案例、预习思考题、课后作业等。因此,应在该教 室配备内存较大、运转速度较快并能上网的计算机或提供笔记本接口。
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