汽车理论余志生第五章

汽车理论余志生第五章第一页，共80页。授课章节：：

4.1概述4.2轮胎的侧偏特性目的要求：

掌握操纵稳定性包含的内容；掌握车辆坐标系与转向盘角阶跃输入下的时域响应；了解人－汽车闭环系统；熟练掌握轮胎侧偏特性及其有关概念。重点难点：

车辆坐标系与转向盘角阶跃输入下的时域响应、轮胎侧偏特性及有关概念

第二页，共80页。第五章汽车的操纵稳定性

第一节概述

一、汽车的操纵稳定性不仅影响汽车驾驶的方便性，而且决定高速汽车安全行驶的一个主要性能汽车的操纵稳定性包括操纵性和稳定性。

操纵性

指汽车能够确切地响应驾驶员的转向指令的能力。

稳定性指汽车在行驶过程中，具有抵抗改变其行驶方向的各种干扰，并保持稳定行驶而不致失去控制甚至翻车或侧滑的能力。

汽车的操纵稳定性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。

第三页，共80页。二、汽车操纵稳定性包含的内容1.汽车操纵稳定性的研究方法

在汽车操纵稳定性的研究中，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域响应，并以它们来表征汽车的操纵稳定性能。汽车是一多元件组成的系统，是一多自由度动力学系统但在大多数行驶状况下，如果侧向加速度不超过0.4g，忽略次要因素，可将其视为一个线性动力学系统。（1）汽车系统

汽车系统是一个人——车系统。近代汽车操纵稳定性研究中，常把汽车系统抽象为闭环系统或开环系统进行研究。1）“人——汽车”闭环系统

把驾驶员及汽车作为统一整体的闭环自动调节系统。第四页，共80页。闭环系统中驾驶员既是“比较”、‘指令”元件，又是“感受”、“测量’元件。汽车是接受指令的调节对象，汽车状态为调节参数。空气和路面对汽车起扰动的作用。因此，系统追随驾驶员指令的灵敏程度，以及最终响应指令偏离程度，是对汽车操纵性的描述；“指令’不变时，系统在各种扰动下稳定运行的能力是对稳定性的描述。第五页，共80页。2）汽车开环系统

仅研究驾驶员给定“指令”后汽车在某种转向输入下的运行状态，不允许驾驶员起任何反馈作用。开环系统的控制特性取决于汽车的结构与参数，是汽车本身固有的特性。闭环系统较完整地描述了输入、响应和反馈的相互关系，但十分繁杂。由于驾驶员的反馈作用，其客观性和再现性不如开环汽车系统的时域响应好，而且只能通过实车试验进行研究。因而，在产品开发阶段，广泛应用的理论分析对象只能是汽车开环系统

第六页，共80页。

（2）汽车曲线行驶的时域响应

指汽车在转向盘输入或外界侧向干扰输入下的侧向运动响应。

1）转向盘输入

有两种形式：给转向盘作用一个角位移，称为角位移输入，简称角输入；给转向盘作用一个力矩，称为力矩输入，简称力输入。

驾驶员在实际驾驶车辆时，对转向盘的这两种输入是同时加入的。

2）外界侧向干扰输入

主要是指侧向风与路面不平产生的侧向力。第七页，共80页。

2.汽车操纵稳定性的主要内容1）转向盘角阶跃输入下进入的稳态及瞬态响应

是转向盘角位移输入下的时域响应。2）回正性

是一种转向盘力输入下的时域响应。3）横摆角速度频率响应特性

是转向盘转角正弦输入下，频率由0→∞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。它是另一个重要的表征汽车操纵稳定性的基础特性。

4）转向半径

指最小转向半径。是评价汽车机动灵活性的物理参量。第八页，共80页。第九页，共80页。三、汽车的运动与车辆坐标系1．车辆坐标系

固结于运动着的汽车上的动坐标系。1）坐标系的原点O与质心重合；2）xoz处于汽车左右对称平面内。当车辆在水平路面上处于静止状态下，x轴平行于地面指向前方；3）z轴铅垂向上方；4）y轴指向驾驶员的左侧。

第十页，共80页。第十一页，共80页。2.车身空间运动的六个自由度1）纵向运动——汽车质心沿x轴的运动；2）侧向运动——汽车质心沿y轴的运动；3）垂向运动——汽车质心沿z轴的运动；4）侧倾运动——汽车质心绕x轴的转动；5）仰俯运动——汽车质心绕y轴的转动；6）横摆运动——汽车质心绕z轴的转动。与操纵稳定性有关的主要运动参量有：横摆角速度、侧向速度、侧向加速度。第十二页，共80页。四、转向盘角阶跃输入下的时域响应（研究汽车方向稳定性的一种方法）

车辆响应：由于外部或车辆内部的输入所产生的车辆运动。

汽车的时域响应可分为稳态响应和瞬态响应。1.转向盘角阶跃输入

在汽车等速直线行驶时，急速转动转向盘至某一转角后停止转动转向盘并维持此转角不变，称这时转向盘的角输入为转向盘角阶跃输入。2.转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应（汽车的稳态转向特性）在转向盘角阶跃输入下，汽车经短暂时间后进入的等速圆周行驶。第十三页，共80页。第十四页，共80页。3.汽车稳态转向特性的三种类型不足转向、中性转向和过多转向。三种稳态转向特性汽车的行驶特点：在转向盘保持一固定转角下，缓慢加速或以不同车速等速行驶时，随着车速的增加，不足转向汽车的转向半径增大；中性转向汽车的转向半径维持不变；而过多转向汽车的转向半径则越来越小。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。4.转向盘角阶跃输入下的瞬态响应

转向盘角阶跃输入下，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。第十五页，共80页。

第十六页，共80页。5.转向盘角阶跃输入下的瞬态响应

（1）转向盘角阶跃输入下的瞬态响应的特点汽车的瞬态响应，具有如下几个特点：

1）时间上存在滞后汽车的横摆角速度不能立即达到稳态横摆角速度，而要经过时间后才能第一次达到。2）执行上存在误差最大横摆角速度常大于稳态值。3）横摆角速度存在波动在瞬态响应中，横摆角速度以频率在值上下波动。波动的频率决定于汽车动力学系统的结构参数，它也是表征汽车操纵稳定性的一个重要参数。4）系统达到稳态响应需要经历一定时间。

第十七页，共80页。第十八页，共80页。（2）转向盘角阶跃输入下的瞬态响应的评价参数

1）反应时间响应量首次达到稳态值的时间，反映了系统追随输入指令的灵敏成度。反应时间越短，转向响应越快。2）超调量反映瞬态响应在振荡过程中，瞬间偏离期望响应的程度。

=/×100%

3）稳定时间系统达到稳态响应需要经历的时间，是系统执行指令快速性的描述。

横摆角速度达到稳态值95％～105％之间的时间称为稳定时间，它表明进入稳态响应所经历的时间。第十九页，共80页。4）衰减度

表征瞬态响应的振荡衰减速度，以瞬态响应曲线的两相邻波峰之比表示。与系统的相对阻尼系数有关。结论：瞬态响应包括两方面的问题：一是行驶方向稳定性，即给汽车以转向盘角阶跃输入后，汽车能否达到新的稳定状况的问题；二是响应品质问题，即达到新的稳态之前，其瞬态响应的特性如何。第二十页，共80页。

第二节轮胎的侧偏特性

轮胎的侧偏特性是指侧偏力、回正力矩与侧偏角间的关系。一、轮胎坐标系及轮胎六分力1.车轮平面垂直于车轮旋转轴线的轮胎中分平面。2.轮胎坐标系1）坐标系的原点O

为车轮平面和地平面的交线与车轮旋转轴线在地平面上投影线的交点；2）x轴以车轮平面与地面的交线为x轴，方向向前；3）y轴以车轮自转轴线在地平面上的垂直投影线为y轴，面向车轮前进方向时，方向向左；4）z轴以过原点的铅垂线为z轴，方向向上。

第二十一页，共80页。第二十二页，共80页。3.轮胎印迹轮胎胎面与地平面的接触区域称为印迹。

4.侧偏角是轮胎接地印迹中心（即坐标系原点）位移方向与x轴的夹角。5.外倾角外倾角是垂直平面（xOz平面）与车轮平面的夹角。第二十三页，共80页。6.轮胎六分力将地平面通过印迹作用在胎面上的各种力向原点O简化，可得到沿轮胎坐标系各轴的三个力，及三个力矩，即六分力，它们均按轮胎坐标系规定的方向确定正、负方向。

第二十四页，共80页。（1）切向反作用力FX

地面对轮胎作用力沿轮胎坐标系x轴方向的分量；（2）侧向反作用力FY

地面对轮胎作用力沿轮胎坐标系y轴方向的分量；（3）法向反作用力FZ

地面对轮胎作用力沿轮胎坐标系z轴方向的分量；

第二十五页，共80页。（4）翻转力矩TX

地面对轮胎作用力矩沿轮胎坐标系x轴方向的分量；（5）滚动阻力矩TY

地面对轮胎作用力矩沿轮胎坐标系Y轴方向的分量；（6）回正力矩TZ

地面对轮胎作用力矩沿轮胎坐标系Z轴方向的分量。第二十六页，共80页。授课章节：：

4.2轮胎的侧偏特性4.3线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应

目的要求：

熟练掌握轮胎侧偏特性及其有关的概念；了解轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响；了解有外倾角时轮胎的滚动；熟练掌握线性二自由度汽车模型的含义；掌握线性二自由度汽车模型的运动微分方程的含义。重点难点：

轮胎的侧偏特性及其有关的概念、线性二自由度汽车模型的含义

第二十七页，共80页。二、轮胎的侧偏现象与侧偏力侧偏角曲线1．侧偏力FY外倾角为零时，车轮中心沿Y轴方向如果作拥有侧向力，相应地在地面上产生的、对轮胎的侧向反作用力。2．轮胎的侧偏现象有侧向弹性的车轮，在侧偏力的作用下滚动时，即使侧偏力没有达到附着极限，车轮的行驶方向也偏离车轮平面，这就是弹性轮胎的侧偏现象。第二十八页，共80页。3．轮胎的侧偏现象的产生当有地面侧向反作用力时车轮的运动分析。（1）对于刚性车轮：

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，车轮仍在车轮平面内运动；

2）当地面侧向反作用力FY达到车轮与地面间的附着极限，车轮发生侧向滑动，车轮的行驶方向偏离车轮平面；

第二十九页，共80页。（2）对于有侧向弹性的车轮

1）车轮静止不动。轮胎发生侧向变形，轮胎接地印迹的中心线，与车轮平面不重合，错开一定距离，但二者仍平行。

2）车轮滚动。轮胎接地印迹的中心线不仅与车轮平面错开一定距离，而且二者不再平行，而是形成一个夹角，此夹角即为侧偏角。有侧向弹性的车轮，在侧偏力的作用下滚动时，即使侧偏力没有达到附着极限，车轮的行驶方向也偏离车轮平面，这就是弹性轮胎的侧偏现象。第三十页，共80页。4.侧偏刚度侧偏力侧偏角（FY—）曲线在＝0°处的斜率称为侧偏刚度k，单位为N／rad或N／（°）。负的侧偏力产生正的侧偏角，因此侧偏刚度为负值。FY与的关系式可写作

侧偏刚度是决定操纵稳定性的重要轮胎参数。轮胎应有高的侧偏刚度（绝对值），以保证汽车良好的操纵稳定性。第三十一页，共80页。5．轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响1）轮胎的尺寸、形式和结构参数对侧偏刚度有显著影响。

尺寸较大的轮胎有较高的侧偏刚度。子午线轮胎接地面宽，一般侧偏刚度较高。钢丝子午线轮胎比尼龙子午线的侧偏刚度还要高些。

高宽比以百分数表示的轮胎断面高H与轮胎断面宽B之比。采用高宽比小的宽轮胎是提高侧偏刚度的主要措施。第三十二页，共80页。第三十三页，共80页。2）垂直载荷的变化对轮胎侧偏特性有显著影响垂直载荷增大后，侧偏刚度随垂直载荷的增加而加大；但垂直载荷过大时，轮胎与地面接触区的压力变得极不均匀，使轮胎侧偏刚度反而有所减小。第三十四页，共80页。3）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。

第三十五页，共80页。4）切向反作用力对侧偏刚度也有显著影响。试验表明，一定侧偏角下，驱动力增加时，侧偏力逐渐有所减小，这是由于轮胎侧向弹性有所改变的关系。当驱动力相当大时，侧偏力显著下降，此时接近附着极限，切向力已耗尽大部分附着力，而侧向能利用的附着力很少。作用有制动力时，侧偏力有相似的变化。附着椭圆（附着圆）附着椭圆确定了在一定附着条件下切向力与侧偏力合力的极限值。

第三十六页，共80页。5）路面及其粗糙程度、干湿状况对侧偏特性，尤其是最大侧偏力有很大影响。第三十七页，共80页。6）路面有薄水层，由于滑水现象，会出现侧偏力完全丧失情况。第三十八页，共80页。四、回正力矩——绕Oz轴的力矩在轮胎发生侧偏时，还会产生回正力矩。1.轮胎拖距e

轮胎发生侧偏时，接地面内分布的微元侧向反力的合力FY的大小与侧向力FY相等，其作用点偏移接地印迹几何中心的距离称为轮胎拖距，FYe就是回正力矩。

该回正力矩是圆周行驶时，使转向车轮恢复到直线行驶位置的主要恢复力矩之一第三十九页，共80页。回正力矩受侧偏角和垂直载荷的影响第四十页，共80页。轮胎的形式及结构参数对回正力矩-侧偏角特性有影响。同样侧偏角下，尺寸大的轮胎一般回正力矩较大。轮胎的气压低，接地印迹长，轮胎拖距大，回正力矩也大。

地面切向反作用力对回正力矩有影响。第四十一页，共80页。四、有外倾角时轮胎的滚动1．外倾侧向力当汽车两前轮有外倾角时，车轮滚动时，其中心作用有一侧向力FY，轮胎接地面中因此产生一个与FY方向相反的侧向反作用力，称该力为外倾侧向力。2．外倾刚度外倾侧向力与外倾角成线性关系，其关系式为式中，为外倾刚度，为负值，单位为N／rad或N（°）。3．有外倾角时的地面侧向反作用力

有外倾角时的地面侧向反作用力与外倾角、侧偏角的关系式为式中，为只有侧偏角而外倾角为零时的侧偏力；为只有外倾角而侧偏角为零时的外倾侧向力；为侧偏角；为外倾角。第四十二页，共80页。随着外倾角的增大，胎面与路面的接触情况越来越差，会影响最大地面侧向反作用力而损害汽车的性能。所以，高速轿车特别是采用超宽断面轮胎的竞赛车，转弯行驶时承受大部分前侧向力的前外轮应尽量垂直于地面，即外倾角等于零。摩托车转弯时，车轮外倾角很大，为了保证最大地面侧向反作用力，摩托车轮胎具有圆形断面。车轮有外倾角时会产生回正力矩。按轮胎坐标系规定，正的侧偏角对应于负的侧偏力与正的回正力矩；正的外倾角对应于负的外倾侧向力与负的外倾回正力矩。第四十三页，共80页。第三节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建立模型时，要对实际汽车做以下简化假设：

①车轮转向角不大，没有空气阻力的作用；②汽车侧向加速度限定在0.4g以下，轮胎侧偏特性处于线性范围；③忽略悬架的作用，把整个汽车视为一个作平面运动的刚体，汽车车厢只作平行于地面的平面运动，且沿x轴的前进速度u视为不变，因此，汽车只有沿y轴的侧向运动与绕z轴的横摆运动这样两个自由度；④不考虑地面切向力对轮胎侧偏特性的影响，忽略左右轮胎由于垂直载荷不同引起的侧偏特性的差别，认为左右轮侧偏角相同。第四十四页，共80页。线性二自由度汽车模型是一个两轮摩托车模型。由前后两个有侧向弹性的轮胎支承于地面、具有侧向及横摆运动二自由度。第四十五页，共80页。一、线性二自由度汽车模型的运动微分方程

分析以前轮转角作为输入，令车辆坐标系的原点与汽车质心重合。经推导整理得线性二自由度汽车的运动微分方程为线性二自由度汽车的运动微分方程式包含了最重要的汽车质量与轮胎侧偏刚度两方面的参数，所以能够反映汽车曲线运动最基本的特征。

第四十六页，共80页。授课章节：：4.3线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应4.4汽车操纵稳定性与悬架的关系

目的要求：

熟练掌握前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应；了解汽车操纵稳定性与悬架的关系；掌握有关概念。重点难点：

前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应、汽车操纵稳定性与悬架的关系参考书目：余志生.汽车理论.P147-152、P161-168第四十七页，共80页。二、前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应——等速圆周行驶

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，来评价稳态响应。1．转向灵敏度（稳态横摆角速度增益）稳态的横摆角速度与前轮转角之比，是分析稳态转向特性的基础。

由二自由度汽车模型的运动微分方程有式中：K——稳定性因数，单位为s2／m2，是表征汽车稳态响应的一个重要参数。第四十八页，共80页。2．稳态响应的三种类型

据K值，稳态响应分为三种类型。1）中性转向

K=0时的稳态响应。此时第四十九页，共80页。2）不足转向K＞0时的稳态响应。横摆角速度增益比中性转向时要小。K值越大，不足转向的程度越大。

特征车速不足转向的汽车稳态横摆角速度增益达到最大值时的车速。特征车速是表征不足转向量的参数，不足转向量增加时，K值增大，特征车速降低。

第五十页，共80页。3）过多转向

K<0时的稳态响应。

横摆角速度增益比中性转向时要大。K值越小，过多转向的程度越大。

临界车速过多转向汽车横摆角速度增益趋于无穷大时的车速。临界车速是表征过多转向量的参数，临界车速越低，过多转向量越大。第五十一页，共80页。（三）几个表征稳态响应的参数1．前、后轮侧偏角绝对值之差（）由将其右端上下均乘以侧向加速度得因为侧向加速度与两侧偏力同向，与前、后轮侧偏角符号相反。所以，当、、取绝对值时有结论：

>0，K>0，汽车为不足转向；

=0，K=0，汽车为中性转向；

<0，K<0，汽车为过多转向。第五十二页，共80页。2.转向半径的比R/R0

轮胎有侧偏时的转向半径R与无侧偏时的转向半径R0之比。因为结论：

K>0，R/R0>1，不足转向汽车的转向半径总大于R0，且随车速增加而增大；

K=0，R/R0=1，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，R/R0

<1，过多转向汽车的转向半径总小于R0，且随车速的增加而减小。第五十三页，共80页。3．用静态储备系数S.M.（StaticMargin）来表征汽车稳态响应1）中性转向点

处于汽车纵轴上的使汽车前、后轮产生同一侧偏角的侧向力作用点cn称为中性转向点。第五十四页，共80页。当侧向力作用于中性转向点的位置时，前、后轮产生同一侧偏角，前、后轴的侧偏力为由力矩平衡可得cn距前轴的距离a′为2）静态储备系数S.M.

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，即第五十五页，共80页。结论：

S.M.=0时，中性转向点与质心重合，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；S.M.>0时，a＇＞a，中性转向点在质心之后，在质心位置上作用的侧向力引起前轮的侧偏角的绝对值大于后轮侧偏角的绝对值，汽车具有不足转向特性；

S.M.<0时，a＇<a，中性转向点在质心之前，在质心位置上作用的侧向力引起前轮的侧偏角的绝对值小于后轮侧偏角的绝对值，汽车具有过多转向特性。

第五十六页，共80页。第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系

1.汽车沿曲线行驶时的侧偏角

（1）曲线行驶时轮胎弹性侧偏角受到影响

由于侧向力的作用，前、后轴左、右两侧车轮的垂直载荷要发生变化；车轮常有外倾角，且由于悬架导向杆系的运动及变形，外倾角将随之发生变化；此外，车轮上还作用有切向反作用力。这些因素改变了轮胎的侧偏刚度和外倾侧向力，从而影响到轮胎弹性侧偏角的大小。

（2）曲线行驶时车轮轮辋平面发生侧倾转向（RollSteer）与变形转向

车厢在曲线行驶时将发生侧倾，即使转向盘转角固定不动，由于车厢侧倾时前悬架导向杆系和转向杆系的运动及变形，前车轮轮辋平面也可能发生绕主销的小角度转动。车厢侧倾时后悬架导向杆系的运动及变形，也会令后轮轮辋发生绕垂直于地面轴线的小角度转动。这种车轮轮辋平面的转动称为侧倾转向与变形转向，它们与轮胎的弹性侧偏角叠加在一起，决定了汽车的转向运动。第五十七页，共80页。2．侧倾转向（轴转向、运动学侧偏）由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，即车轮转向角的变动，称为侧倾转向。3．变形转向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。4．变形转向角变形转向产生的转角。第五十八页，共80页。结论：

汽车沿曲线行驶时，汽车前、后轮（总）侧偏角应当包括：1）考虑到垂直载荷与外倾角变动等因素的弹性侧偏角；2）侧倾转向角（RollSteerAngle）；3）变形转向角（ComplianceSteer

Angle）。

这三个角度数值的大小，不只取决于汽车质心位置和轮胎特性，而且在很大程度上决定于悬架、转向和传动系的结构形式及其结构参数。第五十九页，共80页。一、车厢的侧倾1．车厢侧倾轴线车厢相对地面转动时的瞬时轴线称为车厢侧倾轴线。该轴线通过车厢在前、后轴处横断面上的瞬时转动中心，这两个瞬时中心称为侧倾中心。侧倾中心的位置与悬架结构、刚度等因素有关，且一般前后轴处的侧倾中心的离地高度不等。因此，从车身整体看，车身是围绕倾斜的侧倾轴线摆动。侧倾中心的位置决定于悬架的导向机构，可用图解法或试验法求得。第六十页，共80页。2．车厢侧倾角车厢在侧向力的作用下绕侧倾轴线的转角。车厢侧倾角是和汽车操纵稳定性及平顺性有关的一个重要参数。过大的侧倾角使驾驶员感到不稳定、不安全。对平顺性而言，侧倾过大的汽车，乘客感到不舒适。侧倾角过小，悬架的侧倾角刚度大，汽车一侧车轮遇到凸起或凹坑时，车厢内会感受到冲击，平顺性较差。第六十一页，共80页。汽车作稳态圆周行驶时，车厢侧倾角决定于侧倾力矩与悬架总的侧倾角刚度，即悬架总的侧倾角刚度等于前、后悬架及横向稳定杆的侧倾角刚度之和。

侧倾力矩由三部分组成：悬挂质量离心力引起的侧倾力矩、侧倾后，悬挂质量重力引起的侧倾力矩、独立悬架中，非悬挂质量离心力引起的侧倾力矩。第六十二页，共80页。3．悬架的侧倾角刚度悬架的侧倾角刚度是指侧倾时（车轮保持在地面上），单位车厢转角下，悬架系统给车厢总的弹性恢复力偶矩。式中：T——悬架系统作用于车厢的总弹性恢复力偶矩，——车厢侧倾角。第六十三页，共80页。授课章节：：4.4汽车操纵稳定性与悬架的关系

4.5汽车操纵稳定性与转向系的关系4.6汽车操纵稳定性与传动系的关系4.7提高操纵稳定性的电子控制系统4.8汽车的侧翻

目的要求：

了解汽车操纵稳定性与悬架的关系，掌握有关概念；了解转向系的功能，掌握转向盘力特性；掌握侧翻的类型。。重点难点：

汽车操纵稳定性与悬架的关系及有关概念、转向盘力特性参考书目：余志生.汽车理论.P168-194第六十四页，共80页。二、侧倾时垂直载荷在左、右侧车轮上的重新分配对稳态响应的影响

1．就一根车轴而言，有地面侧向反作用力FY作用于两轮胎时，设左、右车轮垂直载荷没有发生变化，则相应的侧偏角为第六十五页，共80页。2．在侧向力作用下，左、右车轮垂直载荷均发生变化。由于左、右车轮的侧偏角相等，故有令则式中：k0′——平均侧偏刚度。可见，k0′<k0

，左、右车轮垂直载荷差别越大，平均侧偏刚度越小。第六十六页，共80页。结论：在侧向力作用下，若汽车前轴左、右车轮垂直载荷变动量较大，汽车趋于增加不足转向量；若后轴左、右车轮垂直载荷变动量较大，汽车趋于减少不足转向量。

汽车前轴及后轴左、右车轮载荷变动量决定于：前、后悬架的侧倾角刚度、悬挂质量、非悬挂质量、质心位置以及前、后悬架侧倾中心位置等一系列参数的数值。第六十七页，共80页。三、侧倾外倾——侧倾时车轮外倾角的变化车厢侧倾时，车轮外倾角的变化有三种情况：

保持不变、沿地面侧向反作用力作用方向倾斜、沿地面侧向反作用力作用方向的相反方向倾斜。车轮外倾角的变化将影响汽车的稳态和瞬态响应以及汽车极限侧向加速度。侧倾外倾影响汽车在不平路面上的直线形式稳定性。

车轮外倾倾斜方向与地面侧向反作用力一致时，侧偏角绝对值减小，反之则增大。第六十八页，共80页。车厢侧倾引起的车轮外倾角的变化可由下式计算

常在侧倾外倾系数数值后带一括号，在括号内写入“不足”或“过多”两字，以表明车轮外倾角的变化对汽车稳态响应的作用，若外倾的变化使汽车不足转向量增加，则在数值后写作（不足）；若外倾的变化使汽车不足转向量减少或过多转向量增加，则写作（过多）。第六十九页，共80页。四、侧倾转向1．侧倾转向（轴转向、运动学侧偏）由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，即车轮转向角的变动，称为侧倾转向。

随着前、后侧倾转向的方向与数值的不同，汽车的不足转向量可能增加或减少。

第七十页，共80页。五、变形转向——悬架导向装置变形引起的车轮转向角1．变形转向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。2．变形转向角变形转向产生的转角。

变形转向角若有增加不足转向趋势，叫做不足变形转向角；若有增加过多转向趋势，叫做过多变形转向角。

六、变形外倾——悬架导向装置变形引起的外倾角的变化

受到侧向力的独立悬架杆系的变形会引起车轮外倾角的变化，从而影响到汽车的稳态与瞬态响应。

第七十一页，共80页。第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系

转向系的功能与转向盘力特性

1.转向系的功能转向系的功能大体可分为两部分：

（1）驾驶者通过转向盘控制前轮绕主销的转角来操纵汽车运动的方向。

驾驶者操纵转向盘时对转向盘的输入有两种方式，即角输入与力输入。实际驾驶中既有角输入又有力输入，有时则以一种为主。

（2）向驾驶者反馈路感。

路感转向盘输入给人手的力。第七十二页，共80页。

2.转向盘力

驾驶者输入转向盘用以操纵汽车的力和转向盘反作用力，即路感，二者大小相等、方向相反，统称为转向盘力。

3.转向盘力特性

转向盘力随汽车运动状况而变化的规律称为转向盘力特性。

汽车转向系应具有良好的转向盘力特性，才能很好地起到控制汽车与反馈信息的作用。它与汽车的结构参数和整车的运动学特性有关。

第七十三页，共80页。第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系1.驱动或制动时的转向特性在分析驱动或制动时的转向特性时，通常在如下两个前提条件下进行：

①汽车质心高于轮胎接地面；②轮胎与地面间的切向力可在零与附着极限之间整个范围内变化，轮荷和地面切向反作用力的变化将引起轮胎侧偏特性的变化。

在加速或减速运动场合，由于条件①，轮荷将在前后轮间移动，在存在侧向加速度时，左右轮荷也不同；由于条件②，当切向力（驱动力或制动力）及轮荷变化较大时，侧向力及回正力矩与侧偏角的关系将受到很大影响。第七十四页，共80页。（1）驱动或制动时的转向特性1）已知条件：①轮胎的侧偏特性是决定汽车的不足－过度转向特性的主要因素。②在湿路面