汽车理论课件

汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性汽车的主要性能之一a.汽车正确遵循驾驶员通过操纵机构所给定的方向的能力;第一节概述操纵稳定性b.汽车抵抗企图改变行驶方向干扰、保持稳定行驶方向的能力。不能过分降低车速或造成驾驶员疲劳。1、“飘”—汽车自己改变方向。升力或转向系、轮胎、悬架等问题。2、“反应迟钝”—转向反映慢。传动比太大。3、“晃”—左右摇摆，行驶方向难于稳定。4、“丧失路感”—操纵稳定性不好的汽车在高速或急剧转向时会丧失路感，导致驾驶员判断的困难。5、“失控”—某些工况下汽车不能控制方向。制动时无法转向,甩尾，侧滑，侧翻。第一节概述操纵稳定性不好的具体表现第一节概述赛车负升力翼制动跑偏第一节概述第一节概述ABS系统对比试验第一节概述车辆稳定性控制系统（VSC）作用四轮转向系统4WS作用第一节概述第一节概述汽车操稳性引起的事故4.29交通事故轨迹图第一节概述第一节概述错误地在前、后轴混装子午线轮胎和斜交轮胎。具有过多转向特性的汽车，在转向时达到一定车速(称为“临界车速”)时，将会出乎意外地向转向内侧激转，造成事故。该车转向系统相关零部件间累计间隙过大，方向盘自由行程严重超差，而又未及时维修(或维修质量不佳)，未排除故障，带病运行，导致该车行驶中前束值或大或小不断变化，使汽车行驶处于极不稳定状态，这也加剧了过多转向的趋势。该车左后轮制动器因左后半轴油封损坏，齿轮油漏入左后轮制动器而导致该轮制动器工作失效。不均衡制动力造成的回转力矩。第一节概述车辆坐标系和汽车主要运动形式第一节概述汽车操纵稳定性评价方法第一节概述第一节概述汽车稳态响应第一节概述汽车瞬态响应第一节概述人--车闭环系统第一节概述汽车试验的两种评价方法客观评价法

客观评价通过仪器测试能定量评价汽车性能，且能通过分析求出其与汽车结构参数间的关系。主观评价法

主观评价考虑到了人的感觉，能发现仪器不能测试出的现象，是操纵稳定性的最终评价方法，但很难给出定量评价数据。轮胎坐标系第二节轮胎的侧偏特性

因轮胎侧向弹性，车轮受侧向力的作用使轮心速度方向偏离车轮平面的现象。侧向力因转向、路面倾斜、风力等引起。转向引起的侧向力总是指向汽车内侧。侧偏角总是位于和侧偏力指向相反的一侧。轮胎的侧偏现象第二节轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏现象第二节轮胎的侧偏特性

在侧偏角<5

时，侧偏力和侧偏角成线性关系。这时，式中，k称为侧偏刚度（N/rad）。为曲线在

=0处的斜率。按轮胎坐标系，侧偏力和侧偏角总是反号，故侧偏刚度总是负值。轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性侧偏力与侧偏角的关系第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性轮胎结构与侧偏特性的关系*垂直载荷的影响

垂直载荷增大，k

增大。但垂直载荷太大k

反而减小。*轮胎形式和结构参数的影响

a.子午线胎比斜交胎侧偏刚度高。

b.扁平比（=轮胎高度H/宽度B）小的轮胎侧偏刚度大。

c.胎压大，则侧偏刚度大，但胎压太大侧偏刚度基本不变。试验时，可能通过改变减少胎压改变稳态试验结果。第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性纵向力与侧偏特性的关系第二节轮胎的侧偏特性路面对侧偏特性的影响路面干湿程度的影响

路面越湿，最大侧偏力越小。薄水层的影响路面有薄水层时，轮胎可能会完全失去侧偏力，这称为“滑水”现象。第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性回正性第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性轮胎不对称受力产生的回正力矩第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性有外倾角时的轮胎滚动第二节轮胎的侧偏特性轮胎外倾角及产生的原因*车桥因载荷变形

*汽车转向时的离心力

*路面倾斜

*前轮定位参数的需要第二节轮胎的侧偏特性外倾侧向力与外倾角的关系

外倾侧向力

式中：为外倾侧向力，它是侧偏角为零、外倾角为时的地面侧向反力。为轮胎外倾角，它为正时为负。

为外倾刚度。外倾侧向力是轮胎有外倾角但仍沿x方向前进时地面对轮胎产生的侧向反力。第二节轮胎的侧偏特性有外倾角时的轮胎侧偏特性*小侧偏角时不同外倾角对应的侧偏刚度不变；*侧偏角为零、外倾角不为零时的地面侧向力，即为外倾侧向力。（图中y轴上的值）。*侧偏角不为零、外倾角为零时的地面侧向力，即为侧偏力。（图中0外倾角曲线上的值）*侧偏角和外倾角都不为零且侧偏角较小时第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性外倾角对操稳性的影响

外倾角增大会影响最大地面侧向反力，降低极限侧向加速度，故高速汽车转弯时应使前外轮尽量垂直于地面。第二节轮胎的侧偏特性第二节轮胎的侧偏特性轮胎特性参数的正负规定第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应汽车模型的简化*忽略转向系统的影响，直接以前轮转角为输入。*不考虑振动、侧倾、俯仰运动，认为汽车只作平行于地面的运动；*不考虑轮胎切向力、外倾角、空气阻力的影响；*忽略左右轮胎载荷变化引起的侧偏特性变化；*忽略轮胎回正力矩；*认为轮胎侧偏特性处于线性范围；*认为汽车沿x轴速度不变。二自由度汽车模型第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应式中：Fx，Fy为作用在汽车质心上的外力合力在x、y

轴上的投影。

Mz为绕汽车Z轴的外力矩。上述微分方程待求的两个时间函数为v，

r

。方程数多一个，故仅考虑第2、3个方程即可。根据牛顿定律汽车平面运动方程第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应式中：k1，k2为前后轮胎侧偏刚度（已知）；

1，

2为前后轮胎侧偏角(未知)；

a，b为汽车前后轴到质心的水平距离(已知)。汽车受到的y向外力和绕z轴的外力矩为第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应式中：k1，k2为前后轮胎侧偏刚度（已知）；

1，

2为前后轮胎侧偏角(未知)；

a，b为汽车前后轴到质心的水平距离(已知)。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应式中：

为前轮转角（已知）；

为前轮速度与x轴夹角(未知)。

又有第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应式中：u，v为汽车质心速度在x,y轴上的分量；

u1x，v1y为前轮轮心速度在x,y轴上的分量

为前轮速度与x轴夹角(现在已知)。

又有第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应同理，根据上式，有代到前式，整理得第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应式中，v和

r为待求的时间函数。

汽车平面运动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汽车稳态响应稳态下汽车平面运动方程为消去v后，得：

式中

—稳态横摆角速度增益，也叫转向灵敏度；

K—稳定性因数（s2/m2）；—横摆角速度；

u—车速；δ—前轮转角；

m—汽车质量；L—轴距；

a，b—汽车质心到前后轴的距离；

k1，k2—前后轮侧偏刚度。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应汽车稳态横摆角速度增益曲线第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应K=0时，汽车稳态响应为中性转向。这时，即转向半径，但这是在汽车无侧偏时的结果。理由见汽车理论P120。因此，中性转向汽车加速时，转向半径不变。汽车中性转向第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应K>0称为不足转向。不足转向汽车加速时，和中性转向时比，根据稳态横摆角速度增益较小，即

较小。但因R=，故不足转向汽车转向半径随车速增大而增大。汽车不足转向第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应特征车速uch称为特征车速

K<0称为过多转向。过多转向汽车加速时，和中性转向相比，稳态横摆角速度增益较大，但R=，故转向半径随车速增大而减小。显然，当时，

=

。这时较小的前轮转角都会导致激转而翻车。为了保持良好的操纵稳定性，汽车都应当具有适度的不足转向。汽车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三种稳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第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应汽车稳态横摆角速度增益曲线汽车质心位置的影响根据上式，质心靠后，a增大，b减小，K减小（k1，

k2

为负），故不足转向减小。影响稳态响应特性的因素(1)第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应胎压的影响在一定范围内，胎压减小则侧偏刚度减小。根据上式，后轮胎压降低会导致K减小，使不足转向减小。前轮胎压降低会导致K增大，使不足转向增大。影响稳态响应特性的因素(2)第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应轮胎结构的影响子午线胎比斜交胎侧偏刚度高。扁平比（=轮胎高度H/宽度B）小的轮胎侧偏刚度大。前轮侧偏刚度增大，则不足转向减小。后轮侧偏刚度增大，则不足转向增加。影响稳态响应特性的因素(3)第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应

增加前悬架角刚度或减少后悬架角刚度，会增加汽车不足转向。悬架角刚度对稳态特性的影响第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应表征稳态响应的参数1、前后侧偏角绝对值之差如果不知道轮胎侧偏刚度和汽车其他参数，只能通过实验判断汽车稳态特性。测出前后侧偏角绝对值之差，即可求出稳定性因数K来。并注意到第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应因ay为正时，Fy1，Fy2为正，

1，

2为负。ay为负时，Fy1，Fy2为负，

1，

2为正。故故>0时，K>0不足转向<0时，K<0过多转向=0时，K=0中性转向第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应当侧向加速度大于0.3-0.4g后，前后侧偏角之差和侧向加速度一般进入非线性区域。在大侧向加速度下，许多汽车稳态特性发生显著变化。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应前后侧偏角之差与转向半径的关系注意到有代入，有得到前后侧偏角绝对值之差与转向半径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2、转向半径比

此即车速为u时的转向半径R与初始半径（车速极低时的转向半径）R0之比。根据前式有第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应显然有：若R>R0

时，K>0不足转向若R=R0

时，K=0中性转向若R<R0

时，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第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应3、静态贮备系数

1）中性转向点及其位置的确定从前式可知，如前后轮侧偏角相等，则K=0。设想汽车质心逐渐移动，转向时前后轮产生的侧向力分配将逐渐变化，侧偏角也相应变化。如果前后轮产生同一侧偏角，则其对应侧向力的合力作用点称为中性转向点。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应图中c点是质心位置，cn是中性转向点。汽车向右转向。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应

中性转向点到前轮中心的距离为：当轮胎和轴距一定时，中性转向点到前轮中心的距离便确定。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应

注意到汽车作稳态圆周运动时，横摆角加速度为0，前后轮实际侧偏力合力作用点即在质心位置。如质心在Cn前，前轮侧偏力增大，侧偏角增大；后轮侧偏力减少，侧偏角减少，即。如质心在Cn后，。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应

定义静态贮备系数S.M为：当a’=a时，汽车质心和cn重合，S.M.=0,,K=0当a’>a时，汽车质心在cn前，S.M.>0,,K>0当a<a’时，汽车质心在cn后，S.M.<0,,K<0第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应瞬态响应

汽车平面运动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

式中

0、

、B1、

B0是与车速u和汽车参数有关的常数，详见p124。

为输入（前轮转角），设其为阶跃函数：第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应

其解为：只考虑t>0的情况，上式变为：第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应

式中第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应表征瞬态响应的几个参数小轿车的固有频率f0(=

0/2)在0.8-1.2Hz之间。固有频率高些较好。1、波动的固有频率

0第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应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

小了超调量大，故

大些较好。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

反应时间

指

r第一次到达稳定值的时间。

小些较好。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应4、达到第一峰值的时间

达到第一峰值的时间

小些较好。第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应瞬态响应的稳定条件

瞬态响应对应的齐次方程为对应的特征方程为根为：第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应

方程稳定性理论指出，上式中s的实部如为正数，则方程的解不稳定，因为解中总是有一项ereal(s)t存在。可以证明，当稳定性因数K<0(过多转向)且车速第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系

这里

1，

2等于Fy1/k1，Fy2/k2。这里k1，k2是假定轮胎垂直载荷不变、外倾角为0、且侧偏角较小时的侧偏刚度，是一种简化的模型。实际上

和许多其他因素有关：轮胎垂直载荷；外倾角；悬架导向杆系变形、车身侧倾等。故汽车轮胎的实际总侧偏角应为：引言第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系=弹性侧偏角（考虑了轮胎垂直载荷和外倾角）+车身侧倾转向角+悬架导向杆系变形转向角。也就是说，侧偏角不但和轮胎特性与载荷有关，而且与汽车悬架、转向系有关。第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系汽车的侧倾1）车厢侧倾轴

车厢相对地面转动的瞬时轴线称为车厢侧倾轴。它与前后轴处的垂直断面的交点称为前、后侧倾中心。它由悬架导向机构决定，可由图解或实验求得。第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系图解法原理

假定车厢不动，地面相对车厢的瞬时转动中心即为侧倾中心。先确定二车轮瞬时中心及它们接地点的速度方向。把地面看成一个刚体，根据二车轮接地点速度方向确定地面相对汽车运动的瞬心（即侧倾中心）。第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系单横臂独立悬架上车厢的侧倾中心第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系双横臂独立悬架上车厢的侧倾中心第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系麦弗逊式独立悬架三维图第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系等效单横臂悬架

以车轮相对车厢的运动瞬心为铰接点的单横臂悬架称为原独立悬架的等效单横臂悬架。第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系2）悬架侧倾角刚度

悬架侧倾角刚度指车厢侧倾时单位转角下悬架系统给车厢的总弹性恢复力矩。式中

T--总弹性恢复力矩

r--车厢侧倾角第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系悬架线刚度与等效弹簧

悬架线刚度指车轮保持在地面上，车厢作垂直运动时，车厢单位位移下悬架给车厢的总弹性恢复力。该位移和恢复力均在车轮处度量。钢板弹簧的悬架线刚度直接等于弹簧刚度。独立悬架的线刚度则和其导向杆系有关，这是因为此时车厢向下位移时，车厢受到的的总弹性恢复力不等于弹簧力。第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系单横臂悬架线刚度的计算

设车厢不动，设一个轮胎处向上的力扣除原平衡力后为,它引起的车轮垂直位移是st，弹簧垂直位移是ss。对应的弹簧力增量为Q。由图可知，式中，m是弹簧中心到铰接点距离，n是横臂长。又故第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系即一侧悬架的线刚度为式中，ks是弹簧实际刚度。整个悬架的线刚度为第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系对更复杂的悬架，整个悬架的线刚度为式中，ss，st分别是弹簧和车轮处的虚位移。第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系用等效弹簧求悬架侧倾角刚度

设悬架单侧线刚度为,车厢的弹性恢复力矩为侧倾角刚度为：第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系汽车总的悬架侧倾角刚度汽车总的侧倾角刚度=前后侧倾角刚度+横向稳定杆角刚度。实际轿车的前侧倾角刚度为300-1200Nm/(°)。后侧倾角刚度为180-700Nm/(°)。第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系3）车厢侧倾角

车厢侧倾角指车厢绕侧倾轴的转角，它是影响汽车操纵稳定性的一个重要参数。它也影响乘员感觉，车厢侧倾角过大，乘员会很不舒适。过小则说明侧倾角过大，凸凹不平路面对汽车单边冲击很大，同时会影响驾驶员路感。第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系式中，Mr是侧倾力矩，K

r是悬架总的侧倾角刚度。侧倾力矩由下列三部分组成：第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系悬挂质量离心力引起的侧倾力矩式中，ay是侧向加速度(g)，Gs是悬挂重量(N)。从图中看到，Fsy引起的侧倾力矩为汽车作稳态行驶时，悬挂质量ms的离心力为式中，h是悬挂质心到侧倾轴的距离。第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系侧倾后悬挂质量重力引起的侧倾力矩式中，e是侧倾后悬挂质心偏移距离。从图中有第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系独立悬架非悬挂质量离心力引起的侧倾力矩式中，Fr是铰链处的反作用力。对图中G点取力矩，有即第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系从图中有故第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系车厢侧倾角计算式中，Mr是侧倾力矩，K

r是悬架总的侧倾角刚度。第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系垂直载荷重分配及对稳态特性的影响第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系1)侧顷时垂直载荷重分配式中侧顷时前左轮垂直载荷变化量为

Fz1l—侧顷时前左轮垂直载荷变化量Fsy—车厢上作用的离心力bs—车厢质心到后轴的水平距离L

—轴距h1—前侧顷中心离地高度Kr1

—前悬架侧顷角刚度

Kr

—汽车总侧顷角刚度Mr

—作用在车厢的外侧顷力矩之和Fu1y—前簧下质量产生的离心力hu1—前簧下质心离地高度B1

—前轮距第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系

从上式可知，车厢作用的离心力越大(Fsy大)，或质心越靠前(bs

大)，或前侧顷中心越高(h1大)，或前悬架侧顷角刚度占总侧顷角刚度比例越高(Kr1

/

Kr大)，或前轮距越小，则前左轮垂直载荷变化量就越大。

对前右轮，有：

Fz1r=-

Fz1l第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系2)侧顷时垂直载荷变动对侧偏刚度和稳态特性的影响

无侧向力时，左右轮垂直载荷W0都对应于侧偏刚度k0，左右轮侧偏角都为：，式中Fy为左右轮侧偏力之和。汽车转弯受到侧向力时，设左右轮垂直载荷变化为

W，内外轮的侧偏刚度分别为kl，kr。但内外轮的侧偏角相同第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系式中是左右轮垂直载荷变动时的平均侧偏刚度。从图可知，第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系悬架角刚度对稳态特性的影响

增加前悬架角刚度或减少后悬架角刚度，会使前轮垂直载荷变化量增大，从而增加汽车不足转向。K增大，不足转向量增大。反之，如左右后轮垂直载荷变动较大时，则|k2|减少，K减少，不足转向量减少。

因此，左右前轮垂直载荷变动较大（例如前侧顷角刚度较大）时，则|k1|(这里|k1|即上式中的)减少，根据第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系车厢侧倾引起的车轮外倾1）有车轮外倾时的侧偏角FY

是侧偏力，FY

是外倾侧向力这是有车轮外倾时的侧偏角。当汽车转弯时，如车轮外倾方向与转弯方向（即侧向反力方向）一致时，

绝对值减少。如车轮外倾方向与转弯方向相反时，

绝对值增加。第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系2）车轮外倾角的确定

要保持高的极限性能，急速转弯时承受大部分垂直载荷的外侧车轮应尽量垂直地面。车轮外倾角由车轮相对于车厢的外倾角

1和车厢相对于地面的侧倾角

r合成。假设车厢不动，地面以反方向转过一角度

r。这时根据悬架导向杆系运动学关系，求出车轮与车厢的相对转动角度

1

。然后让地面和汽车同时转回到地面水平位置，这样便可确定车轮外倾角的值。第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系侧倾转向

车厢侧倾引起的车轮转向称为侧倾转向，或称轴转向。侧倾转向会增加或减少不足转向量。图说明了后轴转向和不足转向量增减的关系。雪铁龙具有的“后轴随动转向”技术即是为了转向时增加不足转向量（见有关文章）。第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系外侧悬架压缩，前束减少，车轮向外转。内侧悬架拉伸，前束增加，车轮向汽车中心转。该车侧倾转向引起了不足转向的增加。第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系变形转向悬架导向装置变形引起的车轮转向称为变形转向。第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系向右转弯第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系第四节汽车操纵稳定性和悬架的关系第五节汽车操纵稳定性和转向系的关系侧倾时转向系和悬架的运动干涉的关系第五节汽车操纵稳定性和转向系的关系悬架变形时，转向节球销c将绕o1点旋转，同时主销绕o2点旋转，造成额外的轮转向。右转弯时，外侧左悬架压缩，车轮向左转，增加了不足转向。第五节汽车操纵稳定性和转向系的关系转向系刚度和转向轮的变形转向

转向系刚度低，前轮变形转向角大，增加不足转向。转向系刚度高，前轮变形转向角小，不足转向增加量小。但转向系刚度低不仅路感不好，还可能造成前轮摆振。

电子稳定程序系统(ElectricStabilityProgram)简称ESP。沃尔沃称其为DSTC，宝马称其为DSC，凌志称其为VSC。汽车紧急避障或转弯制动时，该系统通过改变车轮切向力，使车辆克服偏离正常路径的倾向。

1、四通道系统，自动向4个车轮独立施加制动力。.2、二通道系统，自动向2个前轮施加制动力。

3、三通道系统，向2个前轮施加独立制动力，向2后轮施加非独立制动力。ESP系统（1）第六节提高操纵稳定性的电子控制系统

ESP的传感器转向传感器轮速传感器偏转率传感器侧向加速度传感器

工作原理根据各传感器信号，发现汽车出现甩尾或前轮失去转向能力时，当汽车处于驱动方式时，程序控制ASR（驱动力控制系统）改变在各轮上的驱动力；当汽车处于制动方式时，控制ABS（防抱死系统）改变在各轮上的制动力，使汽车产生额外的力矩，迫使汽车回到正确的路线上来。ESP系统（2）第六节提高操纵稳定性的电子控制系统第六节提高操纵稳定性的电子控制系统ESP1第六节提高操纵稳定性的电子控制系统ESP_mazdaESP系统工作原理第六节提高操纵稳定性的电子控制系统第六节提高操纵稳定性的电子控制系统DSC第六节提高操纵稳定性的电子控制系统ESP的三大特点

1.实时监控：ESP能够实时监控驾驶者的操控动作、路面反应、汽车运动状态，并不断向发动机和制动系统发出指令。

2.主动干预：ABS等安全技术主要是对驾驶者的动作起干预作用，但不能调控发动机。ESP则可以通过主动调控发动机的转速，并调整每个轮子的驱动力和制动力，来修正汽车的过度转向和转向不足。

3.事先提醒：当驾驶者操作不当或路面异常时，ESP会用警告灯警示驾驶者。第六节提高操纵稳定性的电子控制系统TCS系统ＴTCS是TractionControlSystem（驱动力控制系统）的缩写。TCS经常直接与ABS共用同一个系统。ABS控制4个轮，而TCS只控制驱动轮，其制动原理与ASR系统如出一辙。当汽车加速时，TCS将滑动控制在一定的范围内，从而防止驱动轮快速滑动。其功能在于提高牵引力和保持车辆行驶稳定性。

TCS

、ASR可以最大限度利用发动机的驱动力矩，保证车辆起动、转向和加速过程中的稳定性能。此外，还能减小车轮磨损和燃油消耗。任何一部拥有TCS的车都会同时有ABS系统。第六节提高操纵稳定性的电子控制系统EBD系统ABS功能是防抱死。它是对所控制的车轮孤立地工作。如果汽车的两侧车轮在不同的路面行驶(例如右侧车轮在冰上，左侧在干路上)，右侧附着力小，ABS就会启动，而左侧不会启动，这时两侧的制动力不同，汽车会侧滑。

EBD的功能是综合控制4个ABS系统，在出现两侧的制动力不同时，强制启动摩擦力大的一侧的ABS，减小制动力，配合另一侧的ABS，最终令汽车两侧的制动力相同。所以EBD才能起到防侧滑作用。第六节提高操纵稳定性的电子控制系统BAS─制动辅助系统

BAS英文全称是“BrakeAssistSystem”。有关调查显示，约有90%的汽车驾驶员紧急情况刹车时缺乏果断，而BAS则能从驾驶员踩下制动踏板的速度，探测车辆行驶情况。紧急情况下，当驾驶员迅速踩下制动踏板力度不足时，BAS便会启动，并在不足1秒的时间内把制动力增至最大，从而缩短紧急制动刹车距离。

ABS虽然能够缩短刹车距离，但如果驾驶员采用点刹时，车轮往往不会抱死，ABS没有机会发挥作用。而刹车辅助系统BAS，则让现有的ABS具有一定的智能。当驾驶者迅速用力踩下刹车踏板时，BAS就会判断车辆正在紧急刹车，从而启动ABS，迅速增大制动力。第七节汽车操纵稳定性试验1、低速转向轻便性试验2、稳态转向特性试验3、瞬态横摆响应试验4、汽车回正能力试验汽车操纵稳定性试验测力方向盘第七节汽车操纵稳定性试验双扭线第七节汽车操纵稳定性试验

汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过转向系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。

§5-1概述

一、汽车操纵稳定性包含的内容

1、在汽车操纵稳定性的研究中，常把汽车作为一控制系统，求出汽车曲线行驶的时域响应与频率响应特性，并以它们来表征汽车的操纵稳定性能。

2、方向盘输入有两种形式：给方向盘作用一个角位移，称为角位移输入，简称为角输入；给方向盘作用一个力矩，称为力矩输入，简称为力输入。

3、方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应及方向盘角阶跃输入下的瞬态响应，就是表征汽车操纵稳定性的方向盘角位移输入下的时域响应。回正性是一种方向盘力输入下的时域响应。

横摆角速度频率响应特性是方向盘转角正弦输入下，频率由0→时，汽车横摆角速度与方向盘转角的振幅比及相位差的变化图形。

转向半径是评价汽车机动灵活性的物理参量。

转向轻便性是评价转动方向盘轻便程度的特性。二、车辆坐标系与方向盘角阶跃输入下的时域响应

1、汽车的运动是借固结于运动着的汽车上的动坐标系——车辆坐标系来描述的。图5-1所示固结于汽车上的oxyz直角动坐标系就是车辆坐标系。XOZ处于汽车左右对称的平面内。当车辆在水平路面上静止状态下，x轴平行于地面指向前方。z轴通过质心指向上方，y轴指向驾驶员的左侧，坐标系的原点O常可令其与质心重合。与操纵稳定性有关的主要运动参量为，车厢角速度在z轴上的分量——横摆角速度等等（参看图5-1）2、汽车的时域响应可分为不随时间变化的稳态响应和随时间变化的瞬态响应。汽车等速直线行驶是一种稳态，给汽车以方向盘角阶跃输入，一般汽车经短暂时间后便进入等速圆周行驶，这也是一种稳态，称为方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应。

在等速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便是一种瞬态，相应的瞬态运动响应称为方向盘角阶跃输入下的瞬态响应。

汽车的等速圆周行驶，即汽车方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应。一般也称它为汽车的稳态转向特性，汽车的稳态转向特性分为三种类型：不足转向、中性转向和过多转向。操纵稳定性良好的汽车应具有适度的不足转向特性。一般汽车不应具有过多转向特性，也不应具有中性转向特性，因为中性转向汽车在使用条件变动时，有可能转变为过多转向特性。常用方向盘角阶跃输入下的瞬态响应来表征汽车的操纵稳定性。

图5-3上画出了一辆等速行驶汽车在t=0时,驾驶员急速转动方向盘至角度δsw0并维持此转角不变时的汽车瞬态响应曲线

汽车的瞬态响应，它具有如下几个特点：（1）时间上的滞后（2）执行上的误差（3）横摆角速度的波动（4）进入稳态所经历的时间三、人-汽车闭路系统

尽管试验得到的人-汽车闭路系统的性能真实地反映了汽车的操纵稳定性能，但是由于进行试验的驾驶者的操作特性起了反馈作用，所以客观性及再现性就不如开路系统汽车的时域响应好。还应指出，人-汽车系统的操纵稳定性只能在已具有实际车辆的条件下通过试验求得，目前还不能做到通过理论分析与计算来进行准确的预测。所以，在产品开发阶段，广泛应用的理论分析对象仍然只能是开路系统汽车的时域响应。

四、汽车试验的两种评价方法及时域响应与频率响应特性的评价指标汽车性能最后应通过试验来进行测定与评价。试验中的性能评价有主观评价和客观评价两种方法。客观评价法是通过测试仪器测出表征性能的物理量如横摆角速度、侧向加速度、侧倾角及转向力等来评价操纵稳定性的方法。主观评价法就是感觉评价，其方法是让试验评价人员，根据试验时自己的感觉来进行评价，并按规定的项目和评分办法进行评分。此外，还有一个方向盘角阶跃输入下时域响应的综合性评价指标，这个评价指标称为汽车因数。方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应：稳态横摆增益曲线.横摆角速度增益（又称为转向灵敏度）.稳定性因数K。方向盘角阶跃输入下的瞬态响应：瞬态横摆响应曲线.反应时间衰减振动圆频率横摆角速度频率响应特性：共振峰频率f，1HZ时的相位滞后角稳态转向特性演示

§5-2轮胎的侧偏特性

侧偏特性主要是侧偏力、回正力矩与侧偏角间的关系，它是研究汽车操纵稳定性的基础。

一、轮胎的坐标系

垂直于车轮旋转轴线的轮胎中分平面称为车轮平面。车轮平面与地平面的交线取为X轴，规定向前为正。Z轴与地平面垂直，规定指向上方为正。Y轴在地平面上，规定面向车轮前进方向时指向左边为正。图5-5上还画了地面作用于轮胎的力与力矩，即地面切向反作用力Fx、地面侧向反作用力Fy、地面法向反作用力Fz，以及地面反作用力绕Z轴的力矩——回正力矩Tz等等。图中还画出了侧偏角a与外倾角γ

二、轮胎的侧偏现象和侧偏力-侧偏角曲线

车轮中心沿Y轴方向若作用有侧向力Fy，相应地在地面上产生地面侧向反作用力Fy，Fy也称为侧偏力。当有地面侧向反作用力时，若车轮是刚性的，则可能发生两种情况：

（1）当地面侧向反作用力FY未超过车轮与地面间的附着极限时，车轮与地面间没有滑动,车轮仍沿其本身平面的方向行驶（图5-6）；（2）当地面侧向反作用力FY达到车轮与地面间的附着极限时，车轮发生侧向滑动，若滑动速度为△u，车轮便沿合成速度u’方向行驶，偏离了方向。当车轮有侧向弹性时，即使FY没有达到附着极限，车轮行驶方向亦将偏离车轮平面的方向，这就是轮胎的侧偏现象。与的夹角a，即为侧偏角。aacFyuccFyucu′△

没有侧向滑移有侧向滑移图5-6有侧向力作用时刚性车轮的滚动u轮胎的侧偏现象：

图5-8给出了一条由试验测出的侧偏力-侧偏角曲线。曲线表明，侧偏角不超过5°时，Fy与α成线性关系。汽车正常行驶时，侧向加速度不超过0.4g，侧偏角不超过4°~5°，可以认为侧偏角与侧偏力成线性关系。FY-α曲线在α=0°处的斜率称为侧偏刚度k，单位为N/rad或N/（°）。由轮胎坐标系有关符号规定可知，负的侧偏力产生正的侧偏角，因此侧偏刚度为负值。FY=kα。小型轿车轮胎的k值约在-28000~-80000N/rad范围内。侧偏刚度是决定操纵稳定性的重要轮参数。轮胎应有高的侧偏刚度（指绝对值），以保证汽车良好的稳定性。

在较大的侧偏力时，侧偏角以较大的速率增长，即FY-α曲线的斜率逐渐减小，这时轮胎在接地面处已发生部分侧滑。最后，侧偏力达到附着极限时，整个轮胎侧滑。显然轮胎的最大侧偏力决定于附着条件，即垂直载荷，轮胎胎面花纹、材料、结构、充气压力，路面的材料、结构、潮湿程度以及车轮的外倾角等。一般而言，最大侧偏力越大，汽车的极限性能越好，譬如按圆周行驶的极限侧向加速度就越高。

三、轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响尺寸较大的轮胎有较高的侧偏刚度。轮胎断面高H与轮胎断面宽B之比H/B×100%称为扁平率。垂直载荷增大后，侧偏刚度随垂直载荷的增加而加大，但垂直载荷过大时，轮胎产生很大的径向变形，侧偏刚度反而有所减小。轮胎的充气压力对侧偏刚度也有显著影响。随着气压的增加，侧偏刚度增大，但气压过高后刚度不再变化。行驶车速对侧偏刚度的影响很小。

当纵向力相当大时，侧偏力显著下降。因为此时接近附着极限，切向力已耗去大部分附着力，而侧向能利用的附着力很少。由图还可看出，这组曲线的包络线接近于一椭圆，一般称为附着椭圆。路面有薄水层时，由于滑水现象（hydroplaning）,会出现完全丧失侧偏力的情况四、回正力矩——绕OZ轴的力矩

Tz是使转向车轮回复到直线行驶位置的主要恢复力矩之一，称为回正力矩。回正力矩是由接地面内分布的微元侧向反力产生的。

回正力矩起始时逐步增大，侧偏角为4。~6。时达到最大值；侧偏角再增大，回正力矩下降，在10。~16。时回正力矩为零。侧偏角再大，回正力矩成为负值。回正力矩随垂直载荷的增大而增加。在同样侧偏角下,尺寸大的轮胎一般回正力矩较大。子午线轮胎的回正力矩比斜交胎大。轮胎的气压低，接地印迹长，轮胎拖距大，回正力矩也就大。地面切向反作用力对回正力矩也产生影响。随着驱动力的增加,回正力矩大最大值后再下降。在制动力作用下，回正力矩不断减少，到一定制动力时下降为零，其后便变为负值。五、有外倾角时轮胎的滚动汽车两前轮有外倾角，滚动时前轴以Fy的力将两前轮拉住沿同一方向滚动，与此同时轮胎接地面中产生一与Fy方向相反的侧向反作用力，这就是外倾侧向力FYγ

。根据轮胎坐标系的规定，kr为负值称作外倾刚度，单位为N/rad或N/（°）（1）A、B、C为三条相互平行的直线，故可认为在各种外倾角下，轮胎侧偏刚度均为k。（2）侧偏角为零时的地面侧向力便是外倾侧向力FYγ,图5-19a是试验得到的外倾侧向力与外倾角的关系曲线，二者成线性关系，即FYγ=kγγ

。当外倾角为正值时（见A线），FYγ

为负值。有外倾角时实验所得轮胎侧向力与侧偏角的关系如下图5-19。（3）地面侧向力为零时的侧偏角就是由外倾角产生的侧偏角△α，。当外倾角为正值时（见A线），△α为负值。（4）地面侧向力为FY时的侧偏角，等于外倾角为零时FY产生的侧偏角α0与由此外倾角产生的侧偏角△α之和。如外倾角为正值（A线），侧偏角α=α0-cf=α0+△α。（5）有外倾角时的地面侧向反作用力与外倾角、侧偏角的关系式为车轮有外倾角时还产生回正力矩。

§5-3线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应一、线性二自由度汽车模型的运动微分方程二自由度汽车运动微分方程式为)1u()()('12121rrumkbkakkkwwb+=--++

v

.二、前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应——等速圆周行驶常用输出与输入的比值，如稳态时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增益，也称为转向灵敏度，以符号表示。稳定时横摆角速度为定值，此时=0，=0，以此代入（5-9）并解得稳态横摆角速度增益为式中K称为稳定性因数，它是表征汽车稳态响应的一个重要参数，其单位为s2·m-2。...v1、中性转向K=0时，，即横摆角速度增益与车速成线性关系，斜率为。这种稳态称转向特性称为中性转向。它相当于刚性车轮转向。2、不足转向当K>0时，式（5-11）分母大于1，横摆角速度增益比中性转向时要小。不再与车速成线性关系。参看图5-25。具有这样特性的汽车称为不足转向汽车。根据K值的正负，汽车稳定转向可分为三种类型。当车速为时，汽车稳态横摆角速度增益达到最大值，且其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。uch称作特征车速，当不足转向量增加时，K增大，特征车速uch降低。3、过多转向

当K<0时，式（5-11）中的分母小于1，横摆角速度增益比中性转向时大。随着车速的增加，曲线向上弯曲（图5-25）。具有这种特性的汽车称为过多转向汽车。K值愈小，（即K的绝对值愈大），过多转向量愈大。

显然，当车速为时，稳态横摆角速度增益趋于无穷大，参看图5-25。ucr称为临界车速。过多转向汽车达到临界车速时将失去稳定性。因为等于无穷大时，只要极其微小的前轮转角便会产生极大的横摆角速度。

（三）几个表征稳态响应的参数1、前、后轮侧偏角绝对值之差（1-2）测出其前、后轮侧偏角的绝对值1、2。于是上式可写成由轮胎坐标系知，于的方向相反，故它们均取绝对值。

由上式可知（a1-a2）>0时，K>0，为不足转向，当（a1-a2）=0，K=0，为中性转向，当（a1-a2）<0时，K<0，为过多转向，（a1-a2）与ay成线性关系，其斜率为LK，参看图5-28a。

2、转向半径的比值R/R0，若令车速极低、侧向加速度接近于零（轮胎侧偏角可忽略不计）时的转向半径为R0，而一定车速下有一定侧向加速度时的转向半径为R，则这两个转向半径之比R/R0可用以表征汽车的稳态响应。下面确定R/R0值与稳定性因数K的关系，由图5-26可知，R0=L/δ，由式（5-11）可求得

（）或0K=0时，R/R0=1，即中性转向汽车的转向半径不随车速发生变化，始终为R0。K>0时，R/R0>1，即不足转向汽车的转向半径总大于R0，且由式（5-16）可知，转向半径将随车速增加而增大；K<0时，R/R0<1，即过多转向汽车的转向半径总小于R0。由式（5-16）可知，转向半径将随车速的增加而减小。

3、用静态储备系数S.M.

使汽车前、后轮产生同一侧偏角的侧向力作用点称为中性转向点。

静态储备系数S.M.就是中性转向点至前轴距离a′和汽车质心至前轴距离a之差（a′-a）与轴距L之比值，即

S.M.=

当中性转向点与质心重合时，S.M.=0，在质心位置上作用的侧向力引起前、后轮的侧偏角相等，汽车具有中性转向特性。当质心在中性转向点之前时，α´>α，S.M.为正值。在质心位置上作用的侧向力引起的前轮侧偏角α1大于后轮侧偏角α2，汽车具有不足转向特性。当质心在中性转向点之后时，α´<α，S.M.为负值。在质心位置上作用的侧向力引起的后轮侧偏角α2大于前轮侧偏角α1，汽车具有过多转向特性。三、瞬态响应

通过运动的起始条件，可求出积分常数C、A1、A2。最后得出给汽车前轮一个角阶跃输入时，汽车的横摆角速度瞬态响应表达式。见教材P126页式（5-33）。

通常也用瞬态响应中的几个参数来表征响应品质的好坏，这些参数是1、横摆角速度ωr波动时的固有（圆）频率ωr。ω0值是评价汽车瞬态响应的一个重要参数。ω0值应高些为好。图5-31为一些欧洲及日本轿车的固有频率f0（单位为Hz）与稳定性因数K（单位为s2/m2）值，固有频率。2、阻尼比

随着车速的提高，值减小；在稳定性因数不变条件下，后轮胎侧偏刚度增加，有助于值的增大；质量、转动惯量、轴距减小，值亦有所增加。

3、反应时间τ

反应时间是指角阶跃转向输入后，横摆角速度第一次到达稳定值ωr0所需的时间。τ是评价汽车瞬态响应的另一个重要参数。τ值应小些为好。

4、达到第一峰值ωr1时的时间ε

通常也用到达第一峰值ωr1时的时间ε，作为评定汽车瞬态横摆响应反应快慢的参数。ε又称为峰值反应时间。

输出、输入的幅值比是频率f的函数，记为A（f），称为幅频特性。相位差也是f的函数，记为Φ（f），称为相频特性。两者统称为频率特性。在汽车操纵稳定性中，常以前轮转角δ或方向盘转角δsw为输入，汽车横摆角速度ωr为输出的汽车横摆角速度频率响应特性来表征汽车的动特性。四、横摆角速度频率响应特性

有人用横摆角速度频率特性上的五个参数来评定汽车操纵稳定性，参看图5-33，它们是：

1）频率为零时的幅值比，即稳态增益；

2）共振峰值频率fr，fr值愈高，操纵稳定性愈好；

3）共振时的增幅比b/a，增幅比b/a应小些；

4）f=0.1Hz时的相位滞后角∠Φf=0.1，它代表缓慢转动方向盘时响应的快慢，这个数值应接近于零；

5）∠Φf=0.6，f=0.6Hz时的相位滞后角，它代表较快速度转动方向盘时响应的快慢其数值应当小些。

汽车的动力性良好的路面直线行驶平均行驶速度运输效率等最基本的性能纵向受力行驶方程式动力性评价指标第一节汽车的动力性指标汽车动力性指标的要素汽车能爬上的最大坡度汽车的最高车速汽车的加速时间第二节汽车的驱动力与行驶阻力汽车的动力性汽车行驶方向的运动状态汽车的纵向外力驱动力与行驶阻力汽车的行驶方程式第二节汽车的驱动力与行驶阻力汽车动力传动过程第二节汽车的驱动力与行驶阻力发动机变速器减速器等传动系驱动轮驱动力行驶阻力滚动阻力坡度阻力加速阻力空气阻力第二节汽车的驱动力与行驶阻力一、汽车的驱动力第二节汽车的驱动力与行驶阻力输入功率×机械效率＝输出功率第二节汽车的驱动力与行驶阻力发动机的转速特性发动机的外特性曲线发动机的使用外特性曲线发动机的部分特性曲线第二节汽车的驱动力与行驶阻力发动机特性曲线第二节汽车的驱动力与行驶阻力kwN·mr/min第二节汽车的驱动力与行驶阻力典型汽车发动机外特性曲线近似的发动机转矩多项式描述第二节汽车的驱动力与行驶阻力“发动机性能曲线”图中能看出什么？发动机性能曲线通过发动机性能曲线，可以明白相应发动机的转数、输出功率和扭矩。发动机的转数是指发动机在单位时间（分钟）内的旋转圈数，一般用rpm表示单位。右图为发动机性能曲线图，图中的横轴上标有转数值，右边的纵轴上标有扭矩值，左侧纵轴上标有输出功率值。图中的红色曲线，表示发动机在特定转速下的相应输出功率，它基本呈直线延伸的状态；蓝色曲线表示发动机在特定转速下的相应扭矩值，它的变化比较平缓。

输出功率和扭矩

发动机的输出功率和扭矩，在产品说明书中一般以KW和Nm来表示。最大功率是指发动机所能够产生的最大动力输出，把它与转速结合起来表示。比如：68kW/6000rpm。功率是指发动机工作的效率，用其产生的扭矩乘以相应的转数而计算出来。转数越高意味着输出功率越大，但转速过高时通常会出现回落。扭矩是表示发动机所输出的旋转力量，它的表现方式与功率相同，用具体数字与转速一起表示。比如：××Nm/3200rpm。扭矩影响着汽车起动、加速的性能以及牵引能力、爬坡性能和经济性。第二节汽车的驱动力与行驶阻力传动系的机械效率等速行驶工况功率输入Pin功率输出PT传动系变速器、减速器等第二节汽车的驱动力与行驶阻力传动系的功率损失机械损失液力损失摩擦润滑油齿轮传动副之间轴承摩擦。。。润滑油的搅动润滑油与零件之间的表面摩擦。。。第二节汽车的驱动力与行驶阻力传动系效率的检测0.9~0.92轿车0.82~0.85货车与客车第二节汽车的驱动力与行驶阻力车轮的半径rrsrrWW自由半径静力半径滚动半径第二节汽车的驱动力与行驶阻力滚动半径的理论计算滚动半径的近似计算一般近似欧洲轮胎于轮辋技术协会（ETRTO）德国橡胶企业协会第二节汽车的驱动力与行驶阻力汽车的驱动力图发动机外特性曲线Pe，Ttq~n传动系的传动ig，i0传动效率ηT车轮半径r汽车行驶速度ua发动机转速n第二节汽车的驱动力与行驶阻力货车的驱动力图第二节汽车的驱动力与行驶阻力二、汽车的行驶阻力第二节汽车的驱动力与行驶阻力滚动阻力轮胎/路面接触轮胎变形载荷迟滞损失阻力偶第二节汽车的驱动力与行驶阻力Wdd’nn’WhOCADEFδ加载卸载WCWD拖距a滚动阻力偶矩a迟滞现象分析第二节汽车的驱动力与行驶阻力从动轮滚动时的受力情况Wnn’aWnn’第二节汽车的驱动力与行驶阻力等速行驶第二节汽车的驱动力与行驶阻力推荐使用的滚动摩擦系数第二节汽车的驱动力与行驶阻力第二节汽车的驱动力与行驶阻力驱动轮滚动时的受力情况Wnn’aWnn’第二节汽车的驱动力与行驶阻力空气阻力汽车行驶空气作用空气阻力压力阻力（法向力）摩擦阻力（切向力）形状阻力内循环阻力诱导阻力干挠阻力形状阻力58%干挠阻力14%内循环阻力12%诱导阻力7%摩擦阻力9%第二节汽车的驱动力与行驶阻力第二节汽车的驱动力与行驶阻力第二节汽车的驱动力与行驶阻力空气阻力的计算第二节汽车的驱动力与行驶阻力坡度阻力汽车上坡行驶汽车重力沿坡道的分力坡度阻力shhgFiGα第二节汽车的驱动力与行驶阻力坡度与坡度角的关系第二节汽车的驱动力与行驶阻力道路阻力坡度阻力滚动阻力道路阻力系数第二节汽车的驱动力与行驶阻力加速阻力汽车加速行驶克服加速运动的惯性力加速阻力汽车质量平移质量旋转质量平移惯性力惯性力偶矩汽车加速行驶汽车旋转质量换算系数

第二节汽车的驱动力与行驶阻力汽车旋转质量换算系数功率方程汽车动能汽车旋转质量换算系数第二节汽车的驱动力与行驶阻力发动机功率外力的功率摩擦阻力的功率第二节汽车的驱动力与行驶阻力发动机转速车轮转速传动系第二节汽车的驱动力与行驶阻力转动惯量第二节汽车的驱动力与行驶阻力加速时飞轮的转矩传动系输入转矩第二节汽车的驱动力与行驶阻力半轴施加于驱动轮的转矩第二节汽车的驱动力与行驶阻力摩擦阻力转矩摩擦阻力转矩换算到车轮周缘的摩擦阻力第二节汽车的驱动力与行驶阻力汽车的动能功率方程第二节汽车的驱动力与行驶阻力整理上式得加速阻力为第二节汽车的驱动力与行驶阻力汽车旋转质量换算系数固定传动比变速器的加速阻力为第二节汽车的驱动力与行驶阻力轿车旋转质量与传动比的关系第二节汽车的驱动力与行驶阻力三、汽车的行驶方程式第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图一、驱动力－行驶阻力平衡图有固定传动比的汽车行驶方程式第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图汽车驱动力—行驶阻力平衡图第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图行驶方程式汽车的基本参数汽车的动力性能最高车速加速能力爬坡能力第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图最高车速的确定驱动力行驶阻力加速时间的确定最低稳定车速一定的距离（0～400m）一定的速度（80％umax）加速时间第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图汽车的加速度曲线（a~ua）第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图汽车的加速度曲线（a~ua）第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图汽车的加速度倒数曲线（1/a~ua）第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图汽车的加速度倒数曲线（1/a~ua）第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图加速时间的积分方法1/a~ua曲线加速时间矩形积分第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图BJ130汽车的加速时间曲线第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图爬坡能力的确定驱动力Ft空气阻力Fw滚动阻力Ff爬坡能力等速第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图典型的汽车爬坡度—车速曲线（i~ua）第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图二、汽车的动力特性图动力因素第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图汽车的动力特性图（D~ua）Ft~uaD~ua第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图典型的汽车的动力特性图（D~ua）第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图第三节汽车的驱动力－行驶阻力平衡图与动力特性图汽车的动力特性图（D~ua）最高车速的确定最大爬坡度的确定阻力曲线加速时间的确定精确第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率一、汽车行驶的附着条件驱动力大动力性强驱动力大足够的附着力（切向力）动力性强满足轮胎与地面的附着条件第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率地面对轮胎的作用力切向的作用力极限值附着力附着力大小的计算第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率汽车行驶的附着条件对于驱动轮驱动力附着力附着率第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率二、汽车的附着力与地面的反作用力汽车的附着力地面附着系数法向反作用力路面的种类和状况行驶车速车轮的运动状况汽车的总体布置行驶的状况车身的形状道路的坡度第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率汽车加速上坡时的受力图αhgabLuadu/dtFZ1FZ2Tf1Tf2Tjw2FZw1FZw2GsinaGcosaTjeFX1FX2mdu/dtTjw1第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率整理后得对后轮与路面的接触中心取矩静态分量动态分量空气升力滚动阻力偶第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率对前轮与路面的接触中心取矩整理后得静态分量动态分量空气升力滚动阻力偶第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率前、后轮法向反力的构成静态分量空气升力动态分量滚动阻力偶法向反作用力第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率

典型轿车前、后升力系数的比较第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率简化的前、后轮的法向反力第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力作用在驱动轮上的切向作用力汽车行驶工况的受力图第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率αTf1Tf2Tjw2WBsinaWBcosaFX1mBdu/dtFWWBcosab’/L-Tt’/La’Lb’WBcosaa’/L+Tt’/LTt’Fp2Fp1Fp1WBcosab’/L-Tt’/LWBcosaa’/L+Tt’/LFp2Tjw1Tt’FZ1FZ2GW1sinaGW2sinam1du/dtm2du/dtTf1Tf2FX2FZ1FZ2前轮驱动汽车加速上坡时的受力图GW2cosaGW1cosaFX2FX1第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率从动轮受力分析在X方向对中心取矩忽略第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率车身受力分析在X方向第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率驱动轮受力分析在X方向与Fj区别第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率后轮驱动汽车作用在驱动轮上的切向作用力第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率四、附着率附着率直线行驶充分发挥驱动力最低的附着系数汽车的行驶工况第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率附着率附着率的计算地面切向反作用力地面法向反作用力第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率加速上坡行驶时的附着率（后轮驱动）后驱动轮的附着率忽略滚动阻力和空气阻力第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率等效坡度第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率前驱动轮的附着率加速上坡行驶时的附着率（前轮驱动）忽略滚动阻力和空气阻力第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率等效坡度第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率不同驱动形式汽车的等效坡度与地面附着系数曲线（q~φ）第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率四轮驱动第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率附着系数与汽车速度曲线（Cφ2~ua）第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率高速行驶时的附着率后驱动轮的附着率忽略坡度阻力和加速阻力第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率地面反力与车速的关系曲线（FX2,FZ2~ua）附着系数与车速的关系曲线（Cφ2~ua）第五节汽车的功率平衡汽车行驶状态驱动力行驶阻力行驶阻力功率发动机功率第五节汽车的功率平衡发动机功率行驶阻力功率滚动阻力功率Pf空气阻力功率Pw坡度阻力功率Pi加速阻力功率Pj第五节汽车的功率平衡f随车速ua的增大，Pf的增加更快Pw是车速ua的三次函数第五节汽车的功率平衡汽车功率平衡图发动机功率Pe阻力功率(Pf+Pw)/ηT车速ua发动机外特性曲线（Pe~n）ua=0.377nr/igi0第五节汽车的功率平衡汽车的功率平衡图第五节汽车的功率平衡汽车的后备功率一定的速度等速行驶阻力功率(Pf+Pw)/ηT发动机功率P’e