小型汽車操縱穩(wěn)定性研究

張梓皓

（武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430070）

引言

如今，在小型汽車給人們的出行和生活帶來便利的同時(shí)，也給人們的生命安全造成了一定的威脅。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：我國(guó)每天發(fā)生的交通事故達(dá)5萬多起，每年死于交通事故的人數(shù)在10萬人左右。而在造成交通事故的因素中，汽車的操縱穩(wěn)定性是不可忽視的一個(gè)重要因素。因此，研究小型汽車操縱穩(wěn)定性，對(duì)于改進(jìn)小型汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和提高其安全性能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 操縱穩(wěn)定性的內(nèi)涵及其特征

1.1 操縱穩(wěn)定性的概念

操縱穩(wěn)定性，顧名思義，就是指在駕駛?cè)税凑粘Ｒ?guī)方法進(jìn)行操縱的時(shí)候，汽車能夠排除外界干擾，遵循駕駛?cè)说囊鈭D并按照規(guī)定的方向穩(wěn)定行駛的性能。

1.2 操縱穩(wěn)定性的特征

1）方向平穩(wěn)。只有保持平穩(wěn)的方向，小型汽車才稱得上具有操縱穩(wěn)定性。方向平穩(wěn)，是指在駕駛?cè)藳]有作出任何改變行駛方向的情況下，車輛能夠保持原來的方向繼續(xù)行駛。

2）反應(yīng)靈敏。小型汽車在道路上的行駛速度通常都在60 km/h以上，當(dāng)汽車遇到緊急情況需要?jiǎng)x車或轉(zhuǎn)向時(shí)，就需要盡可能地在很短時(shí)間內(nèi)達(dá)到駕駛上想要的“剎車”或“轉(zhuǎn)向”效果。所以，操縱性好的小型汽車的反應(yīng)也是很靈敏的。

3）路感良好。路感就是在小型汽車行駛過程中，駕駛?cè)烁鶕?jù)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和路面狀態(tài)信息的綜合反應(yīng)和感覺。例如，對(duì)于一位老駕駛員而言，駕駛小型汽車到一個(gè)拐彎處，他并不確切地知道需要打多少方向，只是憑一種路感來完成方向盤的操作。

4）可操控性?？刹倏匦?，就是指車輛的轉(zhuǎn)向或停止可以人為地加以控制。小型汽車的可操控性，能夠保證車輛按照駕駛?cè)说囊庵救?zhí)行前進(jìn)、轉(zhuǎn)向、停止等命令。

2 影響小型汽車操縱穩(wěn)定性的因素

2.1 制動(dòng)系的影響

1）制動(dòng)鼓。制動(dòng)鼓是小型汽車鼓式制動(dòng)器的摩擦偶件，因其基本形狀呈鼓型而得名。當(dāng)制動(dòng)鼓由于制動(dòng)摩擦片和制動(dòng)鼓摩擦而產(chǎn)生磨損、變形后，導(dǎo)致制動(dòng)鼓失圓，產(chǎn)生的離心力隨車輪轉(zhuǎn)速的提高而急劇增大，從而使汽車高速擺振，影響小型汽車的操縱穩(wěn)定性。

2）制動(dòng)盤。正常狀態(tài)下，制動(dòng)盤能夠發(fā)揮其良好的制動(dòng)作用而保障小型汽車的操縱穩(wěn)定性。但當(dāng)制動(dòng)盤出現(xiàn)一些異常情況時(shí)，就會(huì)影響到小型汽車操縱穩(wěn)定性。這種影響主要有如下兩方面。一方面當(dāng)制動(dòng)盤端面圓跳動(dòng)過大時(shí)，在小型汽車的行駛過程中，制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤產(chǎn)生周期性碰撞，引起制動(dòng)盤振動(dòng)，并且車速越高，制動(dòng)盤的振動(dòng)頻率也越高，從而導(dǎo)致小型汽車操縱的不穩(wěn)定性。另一方面，在制動(dòng)盤的振動(dòng)頻率和懸架轉(zhuǎn)向系的固有頻率恰好吻合時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，使轉(zhuǎn)向盤發(fā)生嚴(yán)重抖動(dòng)，從而影響到小型汽車的操縱穩(wěn)定性。

3）制動(dòng)間隙。制動(dòng)間隙即剎車蹄片與輪轂之間的距離，通常保持在0.06～0.01 mm之間。在行駛過程中，當(dāng)駕駛?cè)瞬认聞x車時(shí)，制動(dòng)間隙消失使車輪無法轉(zhuǎn)動(dòng)，從而起到剎車作用。制動(dòng)間隙若太小，就會(huì)造成制動(dòng)難以解除，若太大，又會(huì)使制動(dòng)踏板的行程加大，延長(zhǎng)制動(dòng)的距離。制動(dòng)間隙不合適，會(huì)使汽車制動(dòng)時(shí)發(fā)生跑偏，汽車向制動(dòng)間隙小的一側(cè)跑偏，從而影響小型汽車的操縱穩(wěn)定性。

4）制動(dòng)抱死。制動(dòng)抱死即制動(dòng)器將輪胎夾緊，使輪胎無法轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)小型汽車就像一塊石頭一樣在路面上滑動(dòng)而不是滾動(dòng)。如果汽車前輪制動(dòng)抱死，就會(huì)造成汽車轉(zhuǎn)向失靈，駕駛?cè)藷o法控制汽車行駛的方向。

2.2 轉(zhuǎn)向系的影響

1）轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向器實(shí)際上相當(dāng)于減速傳動(dòng)裝置。所以轉(zhuǎn)向器的性能如何，就關(guān)系到汽車的操縱穩(wěn)定性。如果轉(zhuǎn)向器的游隙過大或轉(zhuǎn)向沉重，將使汽車的操縱系統(tǒng)不易控制，從而影響到其操縱穩(wěn)定性。

2）轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是聯(lián)結(jié)方向盤與轉(zhuǎn)向器之間的一道“橋梁”。當(dāng)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障時(shí)，駕駛?cè)藢?duì)方向盤的操作無法正確地傳導(dǎo)給汽車轉(zhuǎn)向器，也就無法控制汽車的正確轉(zhuǎn)向，從而使汽車失控。

2.3 行駛系的影響

1）前輪定位參數(shù)、后懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)及橫向穩(wěn)定桿。前輪定位參數(shù)主要包括前輪外傾角、主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角和前輪前束。如果前輪定位參數(shù)不標(biāo)準(zhǔn)，駕駛員在操縱轉(zhuǎn)向時(shí)就會(huì)有沉重感，車輛也容易發(fā)生擺振等現(xiàn)象。小型汽車的后懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)就像前懸架的“干涉轉(zhuǎn)向”一樣，對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性有一定的影響。橫向穩(wěn)定桿是小型汽車懸架中的輔助部件，用彈簧鋼制成，呈“U”形。當(dāng)小型汽車轉(zhuǎn)彎引起車身側(cè)傾時(shí)，外側(cè)懸架就產(chǎn)生對(duì)穩(wěn)定桿的推力，使穩(wěn)定桿扭曲，桿身的自身彈力就會(huì)阻止車輪抬起，從而保持汽車的平衡。

2）輪胎。輪胎能支撐起車身的全部重量，傳送牽引和制動(dòng)的扭力，保證車輛行駛中的操縱穩(wěn)定性。輪胎的載荷能力增加，小型汽車的穩(wěn)定轉(zhuǎn)向特性也將隨之增加。

3）懸架和減振器的影響。懸架是把車架與汽車前后橋連在一起，使車輛在行駛過程中車輪受到的來自路面的沖擊力不會(huì)直接傳遞到車架，保證了車身的相對(duì)穩(wěn)定性。減振器是利用鋼板彈簧的減震原理，消減車身的震動(dòng)，從而使汽車平穩(wěn)行駛，保證了車輛的操縱穩(wěn)定性。

3 提高小型汽車操縱穩(wěn)定性的途徑

3.1 優(yōu)化制動(dòng)系的性能

1）優(yōu)化制動(dòng)鼓。保證制動(dòng)鼓有足夠壁厚的同時(shí)，在外表面靠近開口部位鑄出加強(qiáng)筋以提高它的強(qiáng)度，使制動(dòng)鼓既耐磨又能及時(shí)散熱，有效防止了它的變性、工作面失圓等。

2）優(yōu)化制動(dòng)盤。制動(dòng)盤的結(jié)構(gòu)采取通風(fēng)型設(shè)計(jì)可降低溫升20%～30%。例如，奧迪、切諾基等多數(shù)轎車都采用通風(fēng)型制動(dòng)盤，而且厚度也保持在20～22.5 mm之間，這樣就有效保證了制動(dòng)盤的耐磨性、耐熱性、散熱性。

3）安裝制動(dòng)間隙自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。安裝制動(dòng)間隙自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，能保證制動(dòng)間隙始終保持在一定的范圍內(nèi)，以提高操縱穩(wěn)定性。

4）安裝防抱死裝置。安裝防抱死裝置讓汽車在緊急制動(dòng)情況下不會(huì)產(chǎn)生側(cè)滑等現(xiàn)象，使駕駛?cè)四軌驅(qū)崿F(xiàn)對(duì)車輛的有效操控。

3.2 優(yōu)化轉(zhuǎn)向系的性能

1）優(yōu)化轉(zhuǎn)向器。采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器能提高小型汽車的轉(zhuǎn)向器性能，把滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化成滾動(dòng)摩擦，操縱輕便且磨損較小，從而降低能量損耗，提高對(duì)制動(dòng)的傳動(dòng)效率。

2）優(yōu)化轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。要提高小型汽車的操縱穩(wěn)定性，就需要通過轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化，使汽車轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角按一定關(guān)系變化，使車輪與地面的相對(duì)滑動(dòng)減小。

3.3 優(yōu)化行駛系的性能

1）加強(qiáng)車輪定位檢查。加強(qiáng)對(duì)車輪定位檢查，發(fā)現(xiàn)車輪與其相對(duì)位置發(fā)生偏離時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和恢復(fù)，從而保證汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)轉(zhuǎn)向輕便，駕駛?cè)艘踩菀撞倏v。

2）加強(qiáng)對(duì)輪胎的保養(yǎng)。除了廠家在輪胎的材料、工藝方面進(jìn)行改進(jìn)以外，小型汽車的使用者還需要加強(qiáng)對(duì)輪胎的保養(yǎng)。在高速行駛過程中盡量保持車距，以避免不必要的制動(dòng)，減少對(duì)輪胎的損害。如果發(fā)現(xiàn)輪胎氣壓低，要及時(shí)為輪胎充氣，并避免輪胎的負(fù)載過高而損壞輪胎。

3）優(yōu)化懸架和減振器。懸架和減振器是為提高車內(nèi)人員的舒適度而設(shè)計(jì)。但如果只考慮到舒適度，就會(huì)增加彈簧的柔軟性，這樣又會(huì)導(dǎo)致車輛的不穩(wěn)定性，剎車時(shí)會(huì)造成車輛“點(diǎn)頭”等。所以，需要優(yōu)化懸架和減振器的設(shè)計(jì)，以保證小型汽車的操縱穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

影響小型汽車操縱穩(wěn)定性的因素很多，大致可分為制動(dòng)系、轉(zhuǎn)向系和行駛系三大方面。為了提高小型汽車操縱穩(wěn)定性，可以通過改善與優(yōu)化制動(dòng)系、轉(zhuǎn)向系、行駛系的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。

[1]趙海芳，劉祎，劉潔.基于多體動(dòng)力學(xué)車輛操縱穩(wěn)定性影響因素分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2017（11）：130-133.

[2]王林林.基于ADAMS車輛操縱穩(wěn)定性前懸架優(yōu)化研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2016.