第五章 汽车操纵稳定性

1汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的情况下，汽车能遵循驾驶者通过转向系统及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。汽车的操纵稳定性是汽车主动安全性的重要评价指标。第五章汽车的操纵稳定性第五章汽车的操纵稳定性第一节概述第二节轮胎的侧偏特性第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应

第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系2

第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系

第七节提高操纵稳定性的电子控制系统

第八节汽车的侧翻

第九节汽车操纵稳定性与传动系的关系3第一节概述本节将介绍汽车操纵稳定性包含的内容、车辆坐标系、转向盘角阶跃输入下的时域响应特性等。本节还将介绍操纵稳定性的研究方法及试验评价方法。第五章汽车的操纵稳定性4汽车在转向盘输入或外界干扰输入下的侧向运动响应随时间而变化的特性称为时域响应特性。转向盘输入有角位移输入和力矩输入。外界干扰输入主要是指侧向风和路面不平产生的侧向力。第一节操纵稳定性概述一、操纵稳定性包含的内容51.转向盘角阶跃输入下的响应稳态响应瞬态响应

横摆角速度增益—转向灵敏度。评价参量反应时间。横摆角速度波动的无阻尼圆频率。评价参量第一节操纵稳定性概述操纵稳定性包含的内容6

转向盘转角正弦输入下，频率由0→∞变化时，汽车横摆角速度与转向盘转角的振幅比及相位差的变化规律。共振峰频率。共振时振幅比。相位滞后角。稳态增益。评价参量第一节操纵稳定性概述2.横摆角速度频率响应特性操纵稳定性包含的内容73.转向盘中间位置操纵稳定性转向灵敏度。转向盘力特性。转向功灵敏度。评价参量第一节操纵稳定性概述

转向盘力输入下的时域响应。回正后剩余横摆角速度与剩余横摆角。达到剩余横摆角速度的时间。评价参量4.回正性操纵稳定性包含的内容

转向盘小转角、低频正弦输入下，汽车高速行驶时的操纵稳定性。8车型最小转向半径/m（左/右）AudiA45.6/5.6（轴距2650mm）宝马520i5.65/5.65（轴距2830mm）雷克萨斯LS4305.4/5.3（轴距2925mm）一些常见车型的最小转向半径评价参量：最小转向半径。第一节操纵稳定性概述5.转向半径操纵稳定性包含的内容9评价转动转向盘轻便程度的特性。包括原地转向轻便性、低速行驶转向轻便性和高速行驶转向轻便性。转向力。转向功。目前部分轿车上使用的电动助力转向系统（EPS），能很好地兼顾各种车速下行驶时的转向轻便性。评价参量第一节操纵稳定性概述6.转向轻便性操纵稳定性包含的内容10直线行驶性转向盘转角和（累计值）侧向风敏感性路面不平敏感性侧向偏移评价参量评价参量第一节操纵稳定性概述7.直线行驶性能操纵稳定性包含的内容11蛇行性能移线性能双移线性能—回避障碍性能

转向盘转角、转向力、侧向加速度、横摆角速度、侧偏角、车速等。在汽车性能参数里，往往以应急性能给出。主要包括：蛇行绕桩速度（满载/空载）、紧急变线速度（满载/空载）。评价参量第一节操纵稳定性概述8.典型行驶工况性能操纵稳定性包含的内容12

三辆轿车在做蛇形绕桩性能对比测试。第一节操纵稳定性概述13第一节操纵稳定性概述14汽车在绕桩（转向）时车身总有一定的倾斜第一节操纵稳定性概述15有些轿车的车身侧倾比较严重第一节操纵稳定性概述16极限侧向加速度抗侧翻能力极限车速

回至原来路径所需时间评价参量评价参量评价参量

圆周行驶极限侧向加速度第一节操纵稳定性概述9.极限行驶能力

发生侧滑时的控制能力操纵稳定性包含的内容17第一节操纵稳定性概述1.车辆坐标系二、车辆坐标系与转向盘角阶跃输入下的时域响应18汽车直线行驶时，急速转动转向盘至某一转角时，停止转动转向盘并维持此转角不变，即给汽车以转向盘角阶跃输入。时间t转向盘转角第一节操纵稳定性概述2.稳态响应特性转向盘角阶跃输入经短暂时间后，汽车进入等速圆周行驶，称为转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应。19不足转向

；中性转向

不变；过多转向

。稳态响应特性有三种类型第一节操纵稳定性概述20转向盘角阶跃输入前后，直线行驶与等速圆周行驶这两个稳态运动之间的过渡过程是一种瞬态，相应的瞬态运动响应称为转向盘角阶跃输入下的瞬态响应。第一节操纵稳定性概述3.瞬态响应特性211）时间上的滞后瞬态响应的评价指标第一节操纵稳定性概述2）执行上的误差（ωr1/ωr0）×100％称为超调量3）横摆角速度的波动

波动的ω

＝2π/T,取决于汽车的结构参数4）进入稳态所经历的时间σ22将汽车作为开路控制系统人—汽车系统作为闭路系统第一节操纵稳定性概述三、操纵稳定性的研究方法23

通过仪器测出横摆角速度、侧向加速度、侧倾角及转向力。

让试验评价人员根据试验时自己的感觉进行评价。人—汽车闭路系统第一节操纵稳定性概述四、操纵稳定性的两种试验评价方法开路系统主观评价法客观评价法24第一节操纵稳定性概述本节内容结束返回目录25本节主要研究轮胎的侧偏现象和侧偏特性。侧偏特性是指侧偏力、回正力矩与侧偏角的关系。第五章汽车的操纵稳定性第二节轮胎的侧偏特性26αOXY车轮平面车轮行驶方向正地面切向反作用力FX正翻转力矩TX正地面法向反作用力FZ正地面侧向反作用力FY车轮旋转轴线正侧偏角正回正力矩TZ正TY正外倾角γZ侧偏角α轮胎接地印迹中心的位移方向与X轴的夹角外倾角γ过轮胎坐标系原点的垂线与车轮平面的夹角第二节轮胎的侧偏特性一、轮胎的坐标系27地面作用于车轮的侧向反作用力。第二节轮胎的侧偏特性二、轮胎的侧偏现象和侧偏力—侧偏角曲线1.侧偏力FY28uccucc只有当侧向力

大于（或等于）车轮与路面间的侧向附着力时，车轮的运动方向才会改变。第二节轮胎的侧偏特性1）在刚性轮上作用侧向力29FY俯视图第二节轮胎的侧偏特性车轮静止2）在弹性轮上作用侧向力30FY第二节轮胎的侧偏特性2）在弹性轮上作用侧向力车轮滚动31α0XYFY侧偏力为正时，产生负侧偏角。u-+第二节轮胎的侧偏特性2.侧偏现象当车轮有侧向弹性时，即使FY没有达到侧向附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平面的方向。α侧偏角α

轮胎接地印迹中心的位移方向与X轴的夹角。u32k—侧偏刚度。FY一定时希望侧偏角越小越好，所以|k|越大越好。第二节轮胎的侧偏特性3.FY－α曲线33第二节轮胎的侧偏特性三、轮胎结构、工作条件对侧偏特性的影响大尺寸轮胎子午线轮胎斜交轮胎钢丝子午线轮胎纤维子午线轮胎轮胎的尺寸、型式和结构参数对侧偏刚度有显著影响。侧偏刚度大侧偏刚度小大尺寸轮胎小尺寸轮胎34第二节轮胎的侧偏特性（1）扁平率小，k大HB35车型轮胎型号扁平率(%)

新雅阁普利斯通205/65R1565

奔驰S320米其林225/60R16W60

奔驰LORINSER

米其林275/30ZR19

30宽度一些车型轮胎的型号及扁平率轮辋直径第二节轮胎的侧偏特性36第二节轮胎的侧偏特性37第二节轮胎的侧偏特性（2）垂直载荷大，k大38α一定时，W大，FY大。FY=

，即k大。垂直载荷过大时，轮胎与地面接触区的压力分布不均匀，使k反而有所减小。第二节轮胎的侧偏特性39第二节轮胎的侧偏特性（3）轮胎气压高，k大40FX1FY1FX2FY2第二节轮胎的侧偏特性（4）FX越大，FY越小41第二节轮胎的侧偏特性（5）路面干湿状态42路面有薄水层时，由于滑水现象，会出现完全丧失侧偏力的情况。第二节轮胎的侧偏特性轮胎胎面、路面粗糙程度、水层厚度与滑水现象的关系43四、回正力矩TZ轮胎发生侧偏时，会产生作用于轮胎绕OZ轴的力矩，该力矩称为回正力矩。车轮静止时受到侧向力

车轮运动时受到侧向力（侧向力较小）

车轮运动时受到侧向力（侧向力较大）第二节轮胎的侧偏特性FYeFYe—轮胎拖距。eFY轮胎拖距变大44四、回正力矩TZ轮胎发生侧偏时，会产生作用于轮胎绕OZ轴的力矩，该力矩称为回正力矩。

车轮运动时受到侧向力（侧向力很大）FYTZuXY+-+--0第二节轮胎的侧偏特性FYe

轮胎拖距反而变小45第二节轮胎的侧偏特性垂直载荷大，气压低，子午线胎，回正力矩大。46+OXYZ-第二节轮胎的侧偏特性向外滚开的趋势五、有外倾时轮胎的FY与外倾角γ、侧偏角α的关系47kγ－外倾刚度。+--第二节轮胎的侧偏特性1.外倾侧向力FYγ48

α一定时，γ

越大，FY越大。增加的FY是由γ作用的结果。第二节轮胎的侧偏特性491）α=02）α≠03）有γ，FY=0，即a点2.有外倾时FY与γ、α的关系第二节轮胎的侧偏特性505）外倾时产生的回正力矩4）γ过大对汽车产生不良影响影响轮胎与路面的良好接触第二节轮胎的侧偏特性汽车轮胎摩托车轮胎51第二节轮胎的侧偏特性可见，正侧偏角对应于负的侧偏力与正的回正力矩；正外倾角对应于负的外倾侧向力与负的外倾回正力矩。52返回目录第二节轮胎的侧偏特性本节内容结束53第五章汽车的操纵稳定性

本节将首先建立线性二自由度汽车模型，在此基础上，分析汽车的稳态响应特性、瞬态响应特性和频率响应特性。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应54一、线性二自由度汽车模型运动微分方程1.建模中假设2）忽略悬架的作用；车身只作平行于地面的平面运动，绕z

轴的位移、绕y

轴的俯仰角和绕x

轴的侧倾角均为零，且；3）汽车前进速度不变。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应在上述假设下，汽车被简化为只有侧向和横摆两个自由度的两轮汽车模型。1）忽略转向系统的影响，直接以前轮转角作为输入；假定汽车ay≤0.4g，轮胎侧偏特性处于线性范围内；不计地面切向力FX、外倾侧向力

、回正力矩TZ、垂直载荷的变化对轮胎侧偏刚度的影响。55xy第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应2.两轮汽车模型及车辆坐标系56

确定汽车质心（绝对）加速度在车辆坐标系的分量ax和ay。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应3.运动学分析

沿Ox轴速度分量的变化为57上式除以Δt并取极限得考虑到很小并忽略二阶微量同理可得第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应58考虑到δ角较小4.二自由度汽车动力学分析第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应59质心侧偏角第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应60由于整理后得二自由度汽车运动微分方程式第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应61代入运动微分方程式得1.稳态响应稳态时ωr为定值消去v第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应二、前轮角阶跃输入下汽车的稳态响应—等速圆周行驶62称为稳态横摆角速度增益，也称转向灵敏度。K—稳定性因数。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应汽车等速行驶时，在前轮角阶跃输入下进入的稳态响应就是等速圆周行驶。常用输出与输入的比值，如稳态的横摆角速度与前轮转角之比来评价稳态响应。这个比值称为稳态横摆角速度，也称转向灵敏度。63R与u无关，汽车具有中性转向的特性。1）中性转向当K=0时，由第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应2.稳态响应的三种类型64LδδR0uO当汽车低速转向时，离心力很小，FY1和FY2也很小。中性转向汽车的转向半径R等于汽车以极低车速转向（忽略侧偏角）时的转向半径R0。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应65由于K>0，所以R>R0且

u↑→R↑汽车具有不足转向特性横摆角速度增益为与轴距L相等的中性转向汽车横摆角速度增益的一半。

称为特征车速。当不足转向量增加时，K增大，特征车速降低。2）不足转向当K＞0时，由横摆角速度增益比中性转向时要小。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应66横摆角速度增益比中性转向时要大。由R<R0u↑→R↓→汽车具有过多转向特性。当K＜0时，由3）过多转向第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应67当车速为这意味着很小的前轮转角将产生极大的横摆角速度，汽车将发生激转而侧滑或侧翻。由于过多转向汽车有失去稳定性的危险，汽车应具有适度的不足转向特性。

称为临界车速。临界车速越低，过多转向量越大。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应68第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应4）汽车的稳态横摆角速度增益曲线69如果K>0由于k1<0,k2<0|k1|↓,|k2|↑,b↑,a↓,不足转向量越大。奔驰CLK跑车：前轮205/55R16，后轮225/50R16。前205、后225的轮胎组合，使得前轮的侧偏刚度小于后轮，有利于营造不足转向特性。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应5）影响稳定性因数K的因素701）前、后轮侧偏角绝对值之差α1-α2

由于ay与FY1/k1（即α1）、FY2/k2（即α2）符号相反，当α1、α2取绝对值时，ay也取绝对值K>0，不足转向K=0，中性转向K<0，过多转向第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应3.几个表征稳态响应的参数71由当汽车以极低车速行驶时当u提高后，如果汽车具有不足转向特性汽车具有过多转向特性第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应72第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应73思考：如何得到？已知u、ωr、δ即可确定。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应74K=0，R/R0=1，汽车具有中性转向特点；K>0，R/R0>1，汽车具有不足转向特点；K<0，R/R0<1，汽车具有过多转向特点。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应2）转向半径的比R/R0已知75转向半径的比值R/R0曲线第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应76转向半径的比值R/R0曲线与稳定性因数K值曲线第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应77第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应78静态储备系数S.M.：中性转向点到前轮的距离

与汽车质心到前轴距离a之差与轴距L之比。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应中性转向点：使汽车前、后轮产生相等侧偏角的侧向力作用点。3）用静态储备系数S.M.来表征汽车稳态响应79中性转向不足转向过多转向第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应中性转向点汽车质心80由式（2）得二自由度汽车运动微分方程式三、前轮角阶跃输入下的瞬态响应1.前轮角阶跃输入下横摆角速度的瞬态响应第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应（1）（2）81代入式（1）得第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应求导后得82式中第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应将上式写成以ωr为变量的形式83第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应将上式写成以ωr为变量的形式式中ζ—阻尼比。84当t>0时这是二阶常系数非齐次微分方程第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应前轮角阶跃输入的数学表达式为85即稳态横摆角速度对应的齐次方程为第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应其特解为86根据ζ的数值，特征方程的根为第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应其通解可由如下特征方程求得齐次方程的根为87第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应

ζ

>1，称为大阻尼，ωr（t）单调上升；ωr（t）趋于ωr0

，但当u>

，ωr趋于无穷大,此时汽车失去稳定性

ζ=1，称为临界阻尼，ωr（t）单调上升趋于ωr

0；

ζ<1，称为小阻尼，ωr（t）是一条收敛于ωr0的减幅正弦曲线。当ζ<1时88第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应由运动起始条件确定积分常数C、A1、A289第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应90第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应91第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应92ω0值应高一些为好。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应表征响应品质好坏的4个瞬态响应的参数（1）横摆角速度ωr波动的固有（圆）频率ω093第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应（2）阻尼比ζ

94第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应（3）反应时间τ95第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应（4）达到第一个峰值ωr1的时间ε96当ζ≤1时，只要为正值，就收敛，否则发散而不稳定。k1、k2为负值，恒为正值。当ζ≤1时，齐次微分方程的解均收敛而趋于0。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应2.稳态响应的稳定条件97应为负值才收敛，即应为正值。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应当ζ≥1时，特征根必须为负值，齐次微分方程的解才收敛趋于0。的第一项为正的第一项为负不足转向时过多转向时98当u>

以后，，汽车不稳定

的第二项恒为正，当车速很低时，它是很大的值，均为正值，ωr（t）收敛，汽车稳定；

随着车速的增加，第二项越来越小；当汽车为过多转向，且为负值时，就可能为负值，ωr（t）发散，汽车不稳定。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应的车速称为临界车速99第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应四、横摆角速度频率响应特性一个线性系统，当输入为一正弦函数，达到稳定状态时的输出也为具有相同频率的正弦函数，但两者的幅值不同，相位也要发生变化。输出、输入的幅值比是频率f的函数，称为幅频特性。相位差也是f的函数，称为相频特性。两者统称为频率特性。100对上式进行傅里叶变换，得第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应频率响应函数为的傅里叶变换；的傅里叶变换。101第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应幅频特性为相频特性为102第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应1031）频率为零时的幅值比，即稳态增益（图中以a表示）；第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应评价横摆角速度频率响应的五个参数

２）共振峰频率fr，fr值越高，操纵稳定性越好；

３）共振时的增幅比b/a，b/a应小一点；

４）f=0.1Hz时的相位滞后角，这个数值应该接近于零；

５），f=0.6Hz时的相位滞后角，其数值应当小些。104返回目录第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应本节内容结束105第五章汽车的操纵稳定性第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系本节将学习弹性侧偏角、侧倾转向角和变形转向角等基本概念，分析不同悬架及参数对汽车操纵稳定性的影响，了解改善汽车操纵稳定性的方法。1061）前、后轴左、右两侧车轮的垂直载荷要发生变化；

2）车轮有外倾角，由于悬架导向杆系的运动及变形，外倾角将随之变化；

3）车轮上有切向反作用力；

4）车身侧倾时悬架变形，悬架导向杆系和转向杆系将产生相应运动及变形。综上，汽车侧偏角还应该包括以下三个部分：

1）弹性侧偏角（FZ变化和γ的变化引起的侧偏角α的变化）；

2）侧倾转向角（车厢侧倾而导致前后轮转角的变化）；

3）变形转向角（悬架导向杆系变形引起的车轮转角的变化）。第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系线性二自由度汽车模型对汽车进行了较多简化，汽车行驶过程中，还应考虑以下因素对轮胎侧偏角的影响。107侧倾轴线是侧倾中心的连线。1）侧倾轴线：车厢相对于地面转动时的瞬时轴线；

2）侧倾中心：侧倾轴线通过前、后轴处横断面上的瞬时转动中心；其位置由悬架导向机构决定，常用图解法确定。一、车厢侧倾1.车厢侧倾轴线第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系1081234O24O13①假定车厢不动，地面和车轮相对车厢转动；②假定车轮与地面间无相对滑动；③对四连杆机构会用到三心定理。确定侧倾中心时第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系四连杆机构中相对两杆的相对运动瞬心是相邻两杆延长线的交点。109Om1）单横臂独立悬架车厢的侧倾中心第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系110DGOlOrOm2）双横臂独立悬架的侧倾中心第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系111双横臂独立悬架的等效单横臂悬架第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系112定义：车厢侧倾时，单位车厢转角下，悬架系统给车厢总的弹性恢复力偶矩：1）悬架的线刚度定义：车轮保持在地面上而车厢作垂直运动时，单位车厢位移下，悬架系统给车厢的总弹性恢复力：2.悬架的侧倾角刚度第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系113（1）非独立悬架（2）独立悬架恢复力弹性元件导向杆系约束反力第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系114mn第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系115用虚位移原理确定悬架侧倾角刚度mnΔssΔst第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系116用虚位移原理确定悬架侧倾角刚度mn第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系1172）悬架的侧倾角刚度第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系118

Φr大，水平晃动大，乘客不稳定，无安全感。

Φr小，

→地面不平时有冲击感。4.车厢侧倾角及侧倾力矩操纵稳定性平顺性侧倾角改变了外倾角γ；侧倾角改变了内外车轮的垂直载荷FZ，从而改变侧偏角α。在确定悬架总侧倾角刚度时，要综合考虑对操纵稳定性和平顺性的影响。第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系Φr1191）悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩MΦrⅠ第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系1202）侧倾后悬挂质量重力引起的侧倾力矩MΦrⅡ第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系1213）独立悬架中非悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩MΦrⅢ第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系122悬架总侧倾刚度等于前、后悬架及横向稳定杆的侧倾角刚度之和。第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系123二、侧倾时垂直载荷在左右轮上的重新分配及其对稳态响应的影响1.侧倾时垂直载荷在左右轮上的重新分配工字形车架代表车厢，悬挂质量为Ms。工字形车架分别通过前、后悬架的侧倾中心m01和m02

与前后轴相铰接，同时又通过前后悬架的弹性元件分别与前、后轴相连接。第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系124第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系125第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系126第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系127车身不侧倾时车身侧倾后2.左右轮垂直载荷再分配时轮胎的侧偏刚度

当车身侧倾严重时，α是增大第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系左右车轮垂直载荷差别越大，平均侧偏刚度越小128前轴左右车轮垂直载荷变动量较大，汽车趋于增加不足转向后轴，汽车趋于减少不足转向用以上结论分析，如何通过改变前后轴左、右侧车轮垂直载荷的变化量来提高汽车的不足转向量？横向稳定杆用在前后悬架对汽车稳态响应特性所起到的作用是否相同？为什么？思考第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系129FYγ不变沿FY侧倾FYγ--+-减小增大三、侧倾外倾——侧倾时车轮外倾角的变化

侧倾时γ的变化有三种可能第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系沿FY相反方向侧倾130地面转过Φr确定车轮相对于车厢外倾角。地面回到水平位置确定车厢相对于地面产生侧倾角Φr时，轮胎外倾角。车轮外倾角γ的确定第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系131车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化非独立悬架车身侧倾时，前轮外倾角不变。第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系132车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化双横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相反，有增大侧偏角（绝对值）的作用。第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系133车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化单纵臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相反。第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系134车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化单横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相同（或相反）。第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系135

—

侧倾外倾系数。车厢侧倾所引起的车轮外倾角的变化可由下式计算第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系136四、侧倾转向车厢侧倾所引起的前转向轮绕主销的转动、后轮绕垂直于地面轴线的转动，即车轮转角的变动，称为侧倾转向。—

侧倾转向系数。车轮的侧倾转向角与车厢侧倾角的关系可以用下式表示第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系137后悬架的侧倾转向对稳态转向特性的影响第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系138第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系139五、变形转向—悬架导向装置变形引起的车轮转向角悬架导向杆系各元件在各种力、力矩作用下发生的变形，引起车轮绕主销或垂直于地面轴线的转动，称为变形转向，其转角叫做变形转向角。变形转向可以使汽车具有恰当的不足转向。—

变形转向角；—

侧向力变形转向系数。估算侧向力变形转向角第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系140第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系141第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系142回正力矩变形转向角δa在回正力矩作用下，悬架和车轮有扭转变形，前、后轴车轮均发生回正力矩变形转向角δa。—

回正力矩变形转向系数；—

回正力矩系数。回正力矩变形转向角δa第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系143第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系回正力矩引起的变形转向角前轴趋于增加不足转向；后轴趋于减少不足转向。144六、变形外倾—悬架导向装置变形引起的外倾角的变化受到侧向力作用的独立悬架杆系的变形会引起车轮外倾角的变化。第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系145返回目录第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系本节内容结束146第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系第五章汽车的操纵稳定性147一、转向系的功能与转向盘力特性1.转向系的功能1）驾驶者通过转向盘控制前轮绕主销的转角，从而操纵汽车的运动方向。

2）凭借转向盘的反作用力，将整车及轮胎的运动、受力状况反馈给驾驶者，以获得“路感”。转向盘的输入有两种方式：角输入和力输入。第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系1482.转向盘力特性转动转向盘时所需要的力随汽车运动状况而变化的规律，称为转向盘力特性。第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系149第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系2.转向盘力特性1503.转向盘力特性的影响因素转向盘力特性决定于下列因素：转向器角传动比及其变化规律、转向器效率、动力转向器的转向盘操作力特性、转向杆系传动比、转向杆系效率、由悬架导向杆系决定的主销位置、轮胎上的载荷、轮胎气压、轮胎力学特性、地面附着条件、转向盘转动惯量、转向柱摩擦阻力以及汽车整体动力学特性等。第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系151主销位置几何参数，如主销内倾角、主销后倾角、主销拖距、接地面上主销偏置距、车轮中心主销拖距等，对转向盘力特性、回正性能、直线行驶性等都有显著影响。第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系152二、不同工况下对操纵稳定性的要求汽车在原地、小半径弯道低速行驶时，要防止转向盘过于沉重；在高速行驶时，转向盘力不宜过小而应维持一定数值，以帮助驾驶者稳定驾驶。第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系153二、不同工况下对操纵稳定性的要求第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系154三、评价高速公路行驶操纵稳定性的试验——转向盘中间位置操纵稳定性试验（OnCenterHandlingTest）汽车在高速公路上高速行驶时，具有以力输入为主和转向盘（反作用）力是重要信息源的特点。1.试验方法汽车以100km/h的速度作正弦曲线的蛇形行驶，正弦运动的周期为5s，最大侧向加速度为0.2g。车上装有转向盘转角、转向盘转矩、车速和横摆角速度等传感器。第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系155第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系1562.转向盘力输入方面的评价指标第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系157车型大型中型紧凑紧凑运动型中型中型运动型产地美国美国美国美国美国其他其他其他驱动轴后轴前轴前轴前轴后轴后轴前轴后轴转向系动力动力动力手动动力动力动力手动转向盘转矩为0时的侧向加速度/g-0.110-0.055-0.063-0.038-0.054-0.071-0.045-0.1090g处的转向盘转矩/（N·m）1.290.810.780.960.951.570.901.900g处的转向盘转矩梯度/（N·m·g-1）8.816.513.027.518.525.120.520.60.1g处的转向盘转矩/（N·m）1.902.191.833.942.273.462.434.090.1g处的转向盘转矩梯度/（N·m·g-1）4.24.76.615.98.412.47.920.3一些车辆力输入方面的评价指标（试验结果）第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系158四、转向系与汽车横摆角速度稳态响应的关系车厢侧倾时，如果非独立悬架汽车的转向系与悬架在运动学上关系不协调，将引起转向车轮干涉转向的现象。1.侧倾时转向系统与悬架的运动干涉第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系159第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系当车辆向右转向时，车身向外倾斜，外侧板簧受压缩，车轮与车架距离减小，使车轮向左转，增加了车辆的不足转向，这种现象称为侧倾干涉不足转向。1602.转向系刚度与转向车轮的变形转向在转向盘至转向车轮之间，包括转向器、转向杆系与转向器固定处在内的刚度，称为转向系（角）刚度。转向系刚度低，前转向轮的变形转向角大，增加了汽车的不足转向趋势。转向系刚度高，高速行驶时的“路感”较好。第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系161返回目录第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系本节内容结束162第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系第五章汽车的操纵稳定性本节将介绍地面切向反作用力对汽车稳态转向特性的影响，还将介绍利用地面切向反作用力控制转向特性的方法和原理。163一、地面切向反作用力与“不足－过多转向特性”的关系1）汽车在弯道上以大驱动力加速行驶第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系FZ1↓汽车有增加不足转向的趋势加速行驶时k1↓k2↑FZ2↑α2↓α1↑164前驱汽车增大了不足转向趋势2）Ft对α的影响

Ft↑，FY=C，α↑

随着驱动力的增加，维持转向所需的FY将使α↑。前驱汽车α1随Ft

增大而增大第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系1653）前轮受半轴驱动转矩的影响会产生不足变形转向，增加了前驱动汽车不足转向的趋势。第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系1663）前轮受半轴驱动转矩的影响会产生不足变形转向，增加了前驱动汽车不足转向的趋势。如果半轴水平力矩臂为第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系167

汽车在弯道上行驶时，车厢侧倾，外侧车轮的ζ减小，内侧增加。作用于外侧车轮的

减小，内侧增加。这两个力矩之差使前轮受到一令转向角变小的力矩。增加了汽车的不足转向趋势。第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系168试分析当汽车用发动机制动时，前轮驱动的汽车趋于增加不足转向还是减小不足转向？后轮驱动的汽车呢？为什么？思考第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系4）随着驱动力的增加，轮胎回正力矩通常也有所增加，这也增加了前轮驱动汽车的不足转向趋势。169二、地面切向反作用力控制转向特性的基本概念简介1.切向力对ωr的影响第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系1702.切向力控制方法1）总切向反作用力控制ABS就是总制动力控制，保证较佳的滑动率，提高制动时汽车的方向稳定性。TCS是总驱动力控制，防止出现过大的滑转率，提高驱动时汽车的方向稳定性。第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系1712）前、后轮间切向力分配比例的控制图中αF、αR—前轴、后轴的外侧车轮驱动力与该轴驱动力之比；αC—前轴驱动力与整车驱动力之比。第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系172第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系ETS：日产公司研制了总是保持“中性转向”特性的电子控制前、后驱动力分配系统。1733）内、外侧车轮间切向力分配的控制由二自由度汽车模型可以得到由于改变内、外侧驱动力分配的比例，与在装有普通差速器的汽车上再施加一定数值的横摆力偶矩是一样的，这种驱动力的控制方式也常称为横摆力偶矩控制。第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系174即FY1减小，FY2增大；前轮侧偏角减小，后轮侧偏角增大，汽车不足转向量减小。+FX2-FX2FY1FY2汽车稳态圆周行驶时第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系FY1FY2175图中αF、αR—前轴、后轴的外侧车轮驱动力与该轴驱动力之比；αC—前轴驱动力与整车驱动力之比。第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系176第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系直接横摆力偶矩控制提高弯道加速行驶的机理177返回目录第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系本节内容结束178第五章汽车的操纵稳定性第八节汽车的侧翻179汽车侧翻是指汽车在行驶过程中绕其纵轴线转动90°或更大的角度，以至车身与地面相接触的一种极其危险的侧向运动。曲线运动引起的侧翻汽车侧翻可分为两类绊倒侧翻第八节汽车的侧翻180“刚性汽车”是指忽略汽车悬架及轮胎弹性变形；“准静态”是指汽车的稳态转向。一、刚性汽车的准静态侧翻假定第八节汽车的侧翻181当汽车在水平路面直线行驶时，，如果不变，当ay增加时，

将减小；

=0时，汽车开始侧翻侧翻时当β=0时，侧翻阈值为B/2hg，发生侧翻时的加速度ay称为侧翻阈值则第八节汽车的侧翻。。。182车辆类型质心高度/cm轮距/cm侧翻阈值/g跑车46~51127~1541.2~1.7微型轿车51~58127~1541.1~1.5豪华轿车51~61154~1651.2~1.6轻型客货两用车76~89165~1780.9~1.1客货两用车76~102165~