第5章 汽车的操纵稳定性4-

5.4.1车厢的侧倾轴线5.4.2车厢的侧倾角5.4.3悬架的侧倾刚度5.4.4车轮外倾角的变化5.4.5悬架对汽车操纵稳定性影响的分析5.4悬架对汽车操纵稳定性的影响5.4.1车厢的侧倾中心和侧倾轴线

1.车厢的侧倾中心

车厢在前、后轴处横断面上的瞬时转动中心称为车厢的侧倾中心。

（1）单横臂独立悬架上车厢的侧倾中心

设车厢不动，地面按顺时针方向相对车厢转动，车轮分别绕E、F点转动，地面与轮胎接触点D、G的速度vD、vG必与ED、FG垂直。因此，ED、FG延长线的交点Om是地面绕车厢转动的瞬时中心，或者说，交点Om是车厢相对地面转动的瞬时中心，车厢在单横臂独立悬架上的侧倾中心就是Om点。5-20单横臂独立悬架上车厢的侧倾中心5.4.1车厢的侧倾中心和侧倾轴线

（2）双横臂独立悬架上车厢的侧倾中心

左右两侧的车轮与车厢分别通过四连杆机构连接，铰链中心是相连接两杆的转动中心，是其瞬心（瞬心为瞬时转动中心），每个四连杆机构有4个铰链中心，也即有4个瞬心。根据机械原理中的三心定理，分别作Or点与G点、Ol点与D点的连线，两连线相交于Om点，则Om点为车厢相对地面转动的瞬时中心。地面与轮胎接触点D、G的速度vD、vG与OlD、OrG垂直。图5-21双横臂独立悬架上车厢的侧倾中心对比图5-23和图5-24，单横臂独立悬架上车厢的侧倾中心高，距汽车质心的距离小；双横臂独立悬架上车厢的侧倾中心低，距汽车质心的距离大。汽车曲线行驶时，单横臂独立悬架上车厢的离心惯性力对侧倾中心力矩小；双横臂独立悬架上车厢的离心惯性力对侧倾中心力矩大。5.4.1车厢的侧倾中心和侧倾轴线

2.车厢的侧倾轴线

车厢的侧倾轴线是车厢相对地面转动时的瞬时轴线，也是车厢侧倾转动的瞬心线，如图5-25中的mm线，该轴线通过车厢的前侧倾中心Om1点和后侧倾中心Om2点。前、后侧倾中心等高时，车厢的侧倾轴线是一条水平线，否则，不是一条水平线。随着车厢侧倾程度的增加，侧倾中心的位置是变化的，车厢的侧倾轴线随之变化。不同的悬架，前、后侧倾中心的高度不同，侧倾轴线的位置不同。

此外，导向杆系铰接点里装有橡胶衬套，还有，车厢侧倾时碰到缓冲块，均影响车厢的侧倾中心及侧倾轴线的位置。图5-22车厢侧倾的轴线及侧倾力矩的确定5.4.2车厢的侧倾角车厢在侧向力作用下绕侧倾轴线的转角为车厢的侧倾角。

侧倾角的大小影响汽车横摆角速度的稳态响应和瞬态响应，影响汽车的侧翻，还影响汽车的平顺性。过大的侧倾角使驾驶员在曲线行驶时感到不稳定、不安全，有侧翻的倾向，驾驶员也侧倾身体操纵汽车。对平顺性而言，侧倾角过大的汽车，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。因此，对侧倾角应提出要求。图5-23车厢的侧倾角及重力引起的侧倾力矩5.4.2车厢的侧倾角

车厢的侧倾角的大小与侧向加速度、悬架总的角刚度、减振器有关，可通过控制悬架总的角刚度，使汽车在一定的侧向加速度下，具有一定的车厢的侧倾角，如在0.4g的侧向加速度下，车厢的侧倾角为6°～7°，并使车厢的侧倾角按非线增加到6°～7°，在接近6°～7°时，车厢的侧倾角的变化较小，车厢的侧倾角在0°附近，车厢的侧倾角的变化较大。减振器的结构及布置影响车厢侧倾角的变化。车厢的侧倾角变化大时，减振器对车厢侧倾角的变化影响大。由于减振器的伸张行程和压缩行程的特性不同，使车厢侧倾角的增大和减小的特性不同，可通过控制减振器及主动悬架，使车厢的侧倾角有较优的变化特性。图5-23车厢的侧倾角及重力引起的侧倾力矩5.4.3悬架的侧倾刚度

1.车厢的侧倾角与侧倾力矩和悬架总角刚度的关系

汽车做稳态圆周行驶时，车厢的侧倾角取决于侧倾力矩与悬架总的侧倾角刚度，即车厢的侧倾角图5-23车厢的侧倾角及重力引起的侧倾力矩（5-43）根据式（5-43），车厢的侧倾力矩越大及悬架总的侧倾角刚度越小，车厢的侧倾角越大；反之，越小。5.4.3悬架的侧倾刚度

2.车厢的侧倾力矩

（1）悬挂质量的离心力产生的侧倾力矩汽车做匀速圆周行驶时，悬挂质量的离心力为图5-22车厢侧倾的轴线及侧倾力矩的确定（5-44）由图5-25，可得悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩为（5-45）

若车厢前、后侧倾中心至地面的距离分别为h1、h2，车厢（悬挂质量）的质心至前、后轴的距离为as及bs，则有（5-46）根据式（5-45），悬挂质量越大，侧向加速度越大，悬挂质量的质心至侧倾轴线的距离越大，转弯半径越小，悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩越大。5.4.3悬架的侧倾刚度（2）悬挂重量产生的侧倾力矩

车厢侧倾后，悬挂质量的质心偏出距离e（图5-26），其重力引起的侧倾力矩为图5-23车厢的侧倾角及重力引起的侧倾力矩（5-47）根据式（5-47），悬挂质量越大，车厢的侧倾角越大，悬挂质量的质心至侧倾轴线的距离越大，重力引起的侧倾力矩越大。5.4.3悬架的侧倾刚度

（3）悬架杆与车厢接触点的作用力产生的侧倾力矩图5-23中的单横臂与车厢有E和F接触点，这2个接触点的作用力产生的侧倾力矩为单横臂与车厢接触点的作用力产生的侧倾力矩。

图5-24中的双横臂与车厢有4个接触点，这4个接触点的作用力产生的侧倾力矩为双横臂与车厢接触点的作用力产生的侧倾力矩。悬架杆与车厢接触点的作用力产生的侧倾力矩的大小与悬架的结构、悬架杆与车厢接触点的位置等到有关。图5-21双横臂独立悬架上车厢的侧倾中心5-20单横臂独立悬架上车厢的侧倾中心5.4.3悬架的侧倾刚度

（4）车厢总的侧倾力矩

车厢总的侧倾力矩由悬挂质量的离心力、悬挂的重量、悬架杆与车厢接触点的作用力、车厢外部的作用力共同产生，即图5-21双横臂独立悬架上车厢的侧倾中心5-20单横臂独立悬架上车厢的侧倾中心（5-48）5.4.3悬架的侧倾刚度

3.悬架总的侧倾角刚度

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。前、后悬架的侧倾角刚度与悬架弹簧的结构及特性、弹簧到车厢对称平面的距离（见图5-23和图5-26）、弹簧轴线是否倾斜、悬架杆的结构及尺寸、轮距等有关，弹簧的刚度大、到车厢对称平面的距离大，前、后悬架的侧倾角刚度大。横向稳定器的角刚度也是悬架总的侧倾角刚度的一部分。图5-21双横臂独立悬架上车厢的侧倾中心5-20单横臂独立悬架上车厢的侧倾中心5.4.4车轮外倾角的变化汽车作曲线运动时，车厢侧倾，悬架运动，车轮的外倾角发生的变化。车厢侧倾时，因悬架型式不同，车轮外倾角的变化有三种情况：保持不变；沿侧向力作用方向增大；沿侧向力作用方向减小。当车轮倾斜方向与侧向力作用方向一致时，侧偏角增加；反之，侧偏角减小。可通过作图法，确定车轮的外倾角及其变化。图5-24上、下横臂长度相等且平行的双横臂独立悬架的车轮外倾角的确定5.4.4车轮外倾角的变化车厢侧倾时车轮外倾角的确定方法：车厢侧倾时，车轮相对于地面的外倾角可以认为是由两部分合成的，即车轮相对于车厢的外倾角和车厢相对于地面的侧倾角。一般用运动合成的方法来确定车轮对地面的外倾角。先假设车厢不动，使地面向相反方向转过一个车厢侧倾角，这样便可根据不同悬架导向杆系运动学的关系，找出车轮与车厢的相对转动角度，然后使地面与汽车一起回转一个侧倾角，此时，地面回到原来的状态，便可确定外倾角的数值。图5-24上、下横臂长度相等且平行的双横臂独立悬架的车轮外倾角的确定5.4.4车轮外倾角的变化图5-25几种典型悬架在侧倾时车轮外倾角变化的情况5.4.4车轮外倾角的变化图5-25几种典型悬架在侧倾时车轮外倾角变化的情况从图中可以看出，车厢侧倾时，非独立悬架的车轮保持垂直状态。上横臂短、下横臂长的双横臂独立悬架，大体上也可以保持其外侧车轮垂直于地面，这在车上用的较多。上、下横臂长度相等且平行的双横臂、单纵臂独立悬架的车轮倾斜方向与侧偏力（地面侧向力）的方向相反，有增大侧偏角（绝对值）的效果。单横臂独立悬架在小侧向加速度时，车轮倾斜方向与侧偏力方向相同，有减小侧偏角的效果；但是，单横臂独立悬架在大侧向加速度时，车厢被抬高，内侧车轮离地，外侧车轮逆着侧偏力的方向倾斜，侧偏角增大，汽车操纵稳定性突然变坏，应用很少。5.4.4车轮外倾角的变化独立悬架的车轮外倾角的变化，内外侧车轮的外倾角的变化不等。非独立悬架的车轮外倾角的变化小，内外侧车轮的外倾角的变化接近等。5.4.5悬架对汽车操纵稳定性影响的分析

1.前、后轮的侧偏角发生变化影响汽车行驶的稳定性，并产生横摆和垂直振动悬架运动，车轮的外倾角发生的变化，车轮外倾角的变化会引起外倾侧向力的改变，外倾侧向力的变化引起侧偏力的变化，侧偏力使用轮胎产生侧偏角，进一步引起轮胎侧偏角的改变，前、后轮侧偏角均有可能变化，根据前、后轮侧偏角绝对值之差式（5-37）的定性分析，前、后轮的侧偏角发生变化时，影响汽车行驶的稳定性。图5-24上、下横臂长度相等且平行的双横臂独立悬架的车轮外倾角的确定5.4.5悬架对汽车操纵稳定性影响的分析根据式（5-43）、式（5-48），车厢的侧倾角的大小与侧倾力矩、悬架总的侧倾角刚度有关。侧倾力矩与悬挂质量的离心力、悬挂的重量、悬架杆与车厢接触点的作用力、车厢外部的作用力、悬挂质量的质心至侧倾轴线的距离有关，悬架总的侧倾角刚度与前、后悬架及横向稳定杆的侧倾角刚度有关，这些，影响车厢的侧倾角的大小，进一步影响前、后轮车轮外倾角的大小，再影响汽车的操纵稳定性。图5-23车厢的侧倾角及重力引起的侧倾力矩5.4.5悬架对汽车操纵稳定性影响的分析侧向风等车厢外部的作用力往往是变化的，使侧向风等车厢外部的作用力产生的侧倾力矩随之变化，进一步使车厢的侧倾角、车轮的外倾角随之变化，对汽车操纵稳定性的影响随之变化；此外，车厢的侧倾角变化时，悬挂质量的质心至侧倾轴线的距离及悬挂质量的质心偏出距离e（图5-26）随之变化，悬挂重量产生的侧倾力矩随之变化，加剧了侧倾角变化对汽车操纵稳定性的影响。车厢和悬架是质量、弹簧、阻尼的振动系统，车厢的侧倾角变化，产生振动，车轮的外倾角随之摆动，影响汽车的操纵稳定性，并产生横摆和垂直振动。图5-23车厢的侧倾角及重力引起的侧倾力矩5.4.5悬架对汽车操纵稳定性影响的分析车厢侧倾中心的高低通过车厢的侧倾中心、悬挂质量的质心至侧倾轴线的距离影响车厢侧倾角的大小，车厢侧倾轴线的倾斜影响前、后轮处车厢侧倾角的大小，进一步影响前、后轮车轮外倾角的大小，再影响汽车的操纵稳定性。图5-23车厢的侧倾角及重力引起的侧倾力矩图5-22车厢侧倾的轴线及侧倾力矩的确定车厢的侧倾角影响轮胎的侧向附着性能和汽车极限侧向加速度。随着车厢侧倾引起的车轮的外倾角的增加，轮胎胎面的边缘与路面的接触增多，轮胎的侧向附着性能降低，所以，外倾角的变化同时还影响汽车极限侧向加速度。若要保持高的极限附着性能，急速转弯行驶时承受大部分垂直载荷的外侧车轮应尽量垂直于地面，使轮胎胎面花纹与地面保持良好的接触。在悬架设计中，应恰当控制、设计车轮侧倾引起的外倾角的变化。图5-24上、下横臂长度相等且平行的双横臂独立悬架的车轮外倾角的确定5.4.5悬架对汽车操纵稳定性影响的分析5.4.5悬架对汽车操纵稳定性影响的分析

1.前、后轮的侧偏角的变化对汽车行驶的稳定性的影响

车轮外倾侧向力的变化影响汽车行驶的稳定性。悬架运动，车轮的外倾角发生的变化，车轮外倾角的变化会引起外倾侧向力的改变，外倾侧向力的变化引起侧偏力的变化，侧偏力使轮胎产生侧偏角，进一步引起轮胎侧偏角的改变，前、后轮侧偏角均有可能变化，根据前、后轮侧偏角绝对值之差式（5-38）的定性分析，前、后轮的侧偏角发生变化时，影响汽车行驶的稳定性。图5-26车轮外倾侧向力5.4.5悬架对汽车操纵稳定性影响的分析车厢的侧倾角的大小影响汽车行驶的稳定性。根据式（5-43）、式（5-48），车厢的侧倾角的大小与侧倾力矩、悬架总的侧倾角刚度有关。侧倾力矩与悬挂质量的离心力、悬挂的重量、悬架杆与车厢接触点的作用力、车厢外部的作用力、悬挂质量的质心至侧倾轴线的距离有关，悬架总的侧倾角刚度与前、后悬架及横向稳定杆的侧倾角刚度有关，这些，影响车厢的侧倾角的大小，进一步影响前、后轮车轮外倾角的大小，再通过前、后轮侧偏角绝对值之差影响汽车行驶的稳定性。5.4.5悬架对汽车操纵稳定性影响的分析车厢侧倾中心的高低影响汽车行驶的稳定性。车厢侧倾中心的高低通过车厢的侧倾中心、悬挂质量的质心至侧倾轴线的距离影响车厢侧倾角的大小，车厢侧倾轴线的倾斜影响前、后轮处车厢侧倾角的大小，进一步影响前、后轮车轮外倾角的大小，再影响汽车行驶的稳定性。5.4.5悬架对汽车操纵稳定性影响的分析

2.轮胎胎面与路面的接触位置对汽车操纵稳定性的影响随着车厢侧倾引起的车轮的外倾角的增加，轮胎胎面的边缘与路面的接触增多，轮胎的侧向附着性能降低，影响汽车极限侧向加速度，进一步影响汽车的操纵稳定性。若要保持高的极限附着性能，急速转弯行驶时承受大部分垂直载荷的外侧车轮应尽量垂直于地面，使轮胎胎面花纹与地面保持良好的接触。在悬架设计中，应恰当控制、设计车轮侧倾引起的外倾角的变化，尽量使轮胎的全胎宽与路面接触。左前轮全胎宽与路面接触右前轮全胎宽与路面接触5.4.5悬架对汽车操纵稳定性影响的分析

3.侧倾转向对汽车行驶稳定性的影响

位于独立悬架上的车厢在曲线行驶侧倾时，即使转向盘固定不动，车厢侧倾也会引起前悬架导向杆系和转向杆系的运动和变形，转向横拉杆相对主销的姿态发生变化，前轮也可能绕内倾的主销轴线转过一个小的角度，产生前轮的悬架变形转向（由于车厢侧倾前悬架变形引起的前轮转向），进而影响汽车行驶的稳定性。图5-27后悬架的侧倾转向对稳态转向特性的影响5.4.5悬架对汽车操纵稳定性影响的分析车厢侧倾也引起后独立悬架导向杆系的运动和变形，两侧悬的运动和变形的不等，后轮相对于其销轴轴线的位姿发生了变化，后轮也可能绕后轮的销轴轴线转过一个小的角度，产生后轮的悬架变形转向（由于车厢侧倾后悬架变形引起的后轮转向），也影响汽车的操纵稳定性，此外，差速器使内、外侧车轮的驱动力矩不等，内侧车轮的驱动力矩大，外侧车轮的驱动力矩小，产生后轴转向。图5-27后悬架的侧倾转向对稳态转向特性的影响5.4.5悬架对汽车操纵稳定性影响的分析对于非独立悬架来说，车轮平面相对于车轴不会变动（忽略车轮变形），但是车厢侧倾时，两侧悬架弹簧的变形不等，可能引起整根车轴的转动，产生轴转向角，于是车轮的指向也随之变动，这种侧倾转向又称为轴转向，非独立悬架的轴转向影响汽车行驶的稳定性。图5-27后悬架的侧倾转向对稳态转向特性的影响5.4.5悬架对汽车操纵稳定性影响的分析车厢侧倾时，前、后轮的悬架变形转向和轴转向统称为侧倾转向。侧倾转向影响不足转向量，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。侧倾转向角和变形转向角变化时，产生横摆振动。图5-29所示为后悬架的侧倾转向及其对稳态转向特性的影响。图5-27后悬架的侧倾转向对稳态转向特性的影响5.4.5悬架对汽车操纵稳定性影响的分析

4.内、外车轮滚动半径差对汽车行驶稳定性的影响

车厢侧倾时，悬挂质量的质心位置发生变化（见图5-23），悬挂质量的重力与悬挂质量的离心力一起，使外侧车轮的地面法向载荷增大，相应的外侧车轮的滚动半径减小，同时使内侧车轮的地面法向载荷减小，相应的内侧车轮的滚动半径增大，由于内、外车轮的滚动半径变化，产生内、外车轮滚动半径差的不足转向，影响汽车行驶的稳定性。5.4.5悬架对汽车操纵稳定性影响的分析

5.不平整的地面对汽车操纵稳定性的影响

汽车在不平整地面上直线或曲线行驶时，由于侧倾外倾角的缘故，车轮的上下跳动使车轮外倾角不断变化，还会产生相应的外倾侧向力的变化，产生横向、俯仰和垂直振动，影响汽车直线或曲线行驶稳定性，外倾侧向力的方向与车轮外倾方向相同。所以，侧倾外倾角的设计要兼顾到横摆角速度响应和直线、曲线行驶的稳定性。5.5空气动力对汽车操纵稳定性的影响

1.空气流动产生的升力和俯仰力矩对汽车操纵性的影响

由于汽车车身上部和下部气流的流速不同而产生压力差，从而产生沿z轴方向的升力。升力在前后车身上分布不均，产生绕y轴的俯仰力矩。空气流过车身上下5.5空气动力对汽车操纵稳定性的影响空气流动产生的升力和俯仰力矩使汽车的附着力和驱动力减小，影响汽车的操纵性和动力性。当升力和俯仰力矩使汽车的前端上浮时，前端有脱离地面的趋势，如同飞机即将起飞，驾驶员有汽车要脱离地面、发漂的感觉；升力和俯仰力矩随着车速的增加而增加，车速越高，升力和俯仰力矩越大，驾驶员感觉汽车发漂越明显，车速大于100km/h时驾驶员感觉汽车发漂很明显，也即空气流动产生的升力和俯仰力矩对高速行驶的汽车影响大；重量轻的汽车，特别是重心靠后的汽车，对前轮的升力比较敏感。一般流线性好的汽车的升力和俯仰力矩大；敝篷车、重载货车的升力和俯仰力矩小。升力和俯仰力矩使前轮负荷减小，相应的附着力减小，使前轮失去转向能力或转向能力降低，影响汽车的操纵性，升力和俯仰力矩大时，有可能使汽车失去控制。升力和俯仰力矩使前驱动轮上浮时，前驱动轮的法向载荷减小，驱动能力下降；升力和俯仰力矩使后驱动轮上浮时，后驱动轮的法向载荷减小，驱动能力下降。升力和俯仰力矩变化时，是激振力和力矩，使汽车垂直上下及俯仰低频振动。空气流过车身产生升力和俯仰力矩5.5空气动力对汽车操纵稳定性的影响

减小空气流动产生的升力和俯仰力矩的措施：减小车身上、下压力差，使大量的气流流经侧面，可以减小升力和俯仰力矩。压低发动机罩前端，减缓前风窗的倾角，发动机罩和前风窗成前低后高的楔形结构，下压前部；乘用车身前部发动机处薄，尾部行李箱处厚，使风压重心位于汽车重心之前且接近汽车重心；汽车底部的平面应与地面倾斜，后悬架比前悬架高一些，形成前端低后端高的空气楔；发动机前置，前端重，使前端低，可减少前端的升力和使前端上升的俯仰力矩，增大车轮的附着力；这些，可提高汽车的操纵性，及提高汽车高速行驶的直线性及侧向稳定性，防止汽车上下点头。汽车车身后端上翘的鸭尾式外形可使后轮的空气压力增大，助力后轮驱动，且可降低空气阻力系数CD值，但也使后轮悬架弹簧压缩，并使车身下部前端低后端高的空气楔减小，升力增大，不利于前轮附着。5.5空气动力对汽车操纵稳定性的影响

2.空气流动产生的侧向力、侧倾力矩和横摆力矩对汽车稳定性的影响

当汽车受到侧向风时，侧向风产生沿y轴方向的侧向力和绕x轴的侧倾力矩，侧向风的压力在车身侧面分布不均时，产生绕z轴的横摆力矩。空气流过车身侧面5.5空气动力对汽车操纵稳定性的影响

空气流动产生的侧向力和侧倾力矩使汽车侧倾和横摆影响汽车的稳定性。空气流动产生的侧向力的合力作用在过中性转向点的垂直平面上时，汽车直线行驶时会跑偏；空气流动产生的侧向力的合力作用在中性转向点之前时，汽车将随着风向发生转向，并且产生摆力矩，使汽车前部顺着风的方向摆动，导致稳定性恶化。要提高汽车行驶方向稳定性，不仅要减小空气流动产生的侧向力，而且应该将其作用点向车身后方移动。空气流动产生的侧倾力矩通过车架及悬架作用在左右车轮上，引起车轮负荷的变化，对应于力矩回转的方向，使一侧车轮的负荷增加，而另一侧车轮负荷减小，产生侧倾转向，影响汽车的稳定性。空气流动产生的侧向力、侧倾力矩特大时，直接吹翻汽车。5.5空气动力对汽车操纵稳定性的影响空气流动产生的横摆力矩使汽车前、后轮的侧倾角发生变化，产生横摆及跑偏，影响汽车的稳定性。空气流过车身侧面5.5空气动力对汽车操纵稳定性的影响侧向风的变化时，影响汽车的操纵稳定性，并使汽车产生横摆和垂直振动。侧向风等车厢外部的作用力往往是变化的，使侧向风等车厢外部的作用力产生的侧向力、侧倾力矩和横摆力矩随之变化，是激振力和力矩，使车厢的侧倾角、车轮的外倾角随之变化，对汽车稳定性的影响随之变化；车厢的侧倾角变化时，悬挂质量的质心至侧倾轴线的距离及悬挂质量的质心偏出距离e（图5-23）随之变化，悬挂重量产生的侧倾力矩随之变化，加剧了侧倾角变化对汽车稳定性的影响。车厢和悬架是质量、弹簧、阻尼的振动系统，车厢的侧倾角变化，产生侧倾振动，车轮的外倾角随之摆动，并产生横摆和垂直振动，尤其是侧倾其共振，有可能使汽车侧翻。箱式车的侧面积大，侧倾力和力矩大，受侧向风后，易侧倾共振和侧翻。5.5空气动力对汽车操纵稳定性的影响

空气流动产生的侧向力、侧倾力矩和横摆力矩变化时，是激振力和力矩，使汽车产生侧向、侧倾和横摆振动，尤其是侧倾其共振，有可能使汽车侧翻。箱式车的侧面积大，侧倾力和力矩大，受侧向风后，易侧倾共振和侧翻。汽车受侧向风5.5空气动力对汽车操纵稳定性的影响减小空气流动产生的侧向力、侧倾力矩和横摆力矩的措施：空气流动产生的侧向力的合力作用在中性转向点之后时，产生的摆力矩使汽车前部向着风的相向方向；汽车车身的底部宽、车顶窄且车顶与车身侧面之间采用大曲面过度，降低车身高度，可减小侧向力、侧倾力矩、和横摆力矩；采用车身后部行李箱较大厚度的结构，都可使风压中心后移，减小横摆力矩；箱式车需要降低车箱的高度，减小侧倾力矩；采用半主动悬架或主动悬架，调控悬架的阻尼和刚度，减小侧向风变化引起的车身振动的振幅，防止车身共振；这些，可提高汽车行驶的稳定性。5.6.1汽车的侧翻及其控制方法5.6.2汽车的侧滑及其控制方法5.6汽车的侧翻、侧滑及其控制方法5.6.1汽车的侧翻及其控制方法

1.汽车侧翻的概念汽车的侧翻指汽车在行驶过程中绕其纵轴线转动90°或更大的角度，使汽车车身与地面相接触。这是一种极其危险的侧向运动，汽车行驶中，应避免侧翻。汽车侧翻可以分为两大类，一类是汽车作曲线运动引起的曲线行驶侧翻，另一类是绊倒侧翻。第一类主要是由于汽车在道路（包括侧向坡度）上曲线行驶时，由于汽车的侧向加速度超过一定的值，使汽车内侧车轮的垂直反力为零而引起的侧翻。第二类是由于汽车在行驶时产生侧向滑移，与路面上的障碍物侧向撞击而将其绊倒。汽车侧翻5.6.1汽车的侧翻及其控制方法

2.刚性汽车的准静态侧翻刚性汽车指忽略汽车悬架以及轮胎的弹性变形而将汽车简化为一个刚体。准静态指汽车作稳态的转向运动。

在侧向坡道角β的道路上，刚性汽车稳态转向行驶，如图5-27所示。根据图5-30，得汽车绕外侧轮胎接地中心的力矩平衡方程式（5-49）图5-27刚性汽车稳态转向行驶为了更好的说明汽车的侧翻与侧向加速度的关系，将式（5-49）改写为（5-50）5.6.1汽车的侧翻及其控制方法考虑侧向坡道角β很小及突出影响汽车准静态侧翻的主要参数，取，，将式（5-50）改写为（5-51）图5-27刚性汽车稳态转向行驶如汽车在水平路面上直线行驶时，则有β=0，ay=0，内侧车轮的垂直反力与外侧车轮上的垂直反力分别为FZi=FZo=mg/2，不产生准静态侧翻。当汽车作曲线行驶时，ay≠0，若仍要保持汽车内、外侧车轮上的垂直反力FZi＝FZo＝mg/2不变，根据式（5-51），则道路的侧向坡道角应满足β=ay/g。一般高速公路在拐弯处的坡道角就是根据此原理来设计的，即内侧低，外侧高，从而提高汽车的稳定性和行驶速度。5.6.1汽车的侧翻及其控制方法由式（5-51）可知，随着侧向加速度ay的增大，离心惯性力may增大，FZi逐渐减小，FZo逐渐增大，发生内、外侧车轮上的载荷转移现象。当FZi减小到零时，汽车开始侧翻。汽车开始侧翻时所受到的侧向加速度（g）称为侧翻阈值。取FZi=0，由式（5-53）得刚性汽车的准静态侧翻的侧翻阈值图5-27刚性汽车稳态转向行驶（5-52）5.6.1汽车的侧翻及其控制方法常用坡道角β=0时的侧翻阈值B/（2hg）来预估汽车的抗侧翻的能力。从式(5-54)也可以看到，汽车的质心高度对汽车的侧翻阈值的影响非常明显。因此,在一些特殊的汽车，如双层公共汽车以及高栏板货车、渣土车、跑车的设计中，为了减小侧翻的发生，应尽可能降低汽车质心的高度。表5-3给出了几种汽车的侧翻阈值。表5-3汽车的侧翻阈值范围车辆类型质心高度/cm轮距/cm侧翻阈值/g

跑车

微型轿车

豪华轿车

轻型客货两用车

客货两用车

中型货车

重型货车46~5151~5851~6176~8976~102114~140154~216127~154127~154154~165165~178165~178165~190178~1831.2~1.71.1~1.51.2~1.60.9~1.10.8~1.10.6~0.80.4~0.65.6.1汽车的侧翻及其控制方法当汽车在水平路面上作稳态圆周运动时，ay=u2／R，则不发生侧翻的条件可写为图5-27刚性汽车稳态转向行驶（5-53）或5.6.1汽车的侧翻及其控制方法

3.带悬架汽车的准静态侧翻带悬架的汽车侧倾如图5-28所示。汽车在水平路面上作曲线行驶时，车厢的侧倾引起汽车质心位置的偏移，将汽车的质量分解为悬挂质量和非悬挂质量两部分，车厢的悬架质量用ms表示，若忽略车轿的质量，根据力矩平衡方程式，有（5-54）图5-28带悬架的汽车侧倾侧翻时，，由式（5-54），得在水平路面上带悬架汽车的准静态侧翻的侧翻阈值（5-55）5.6.1汽车的侧翻及其控制方法如考虑道路的侧向坡道角β，可得侧向坡道角β的路面上带悬架汽车的准静态侧翻的侧翻阈值（5-56）图5-28带悬架的汽车侧倾将上式与式（5-52）比较，多了项，可以看到在相同的条件下，带悬架汽车的准静态侧翻的阈值比刚性汽车的准静态侧翻的阈值稍小，5.6.1汽车的侧翻及其控制方法

4.汽车的瞬态侧翻悬架的汽车侧倾瞬态侧倾如图5-29所示。由于计及了侧向加速度的变化，也即计及了侧倾角及角速度的变化，因此与带悬架汽车的准静态侧翻模型相比，增加了悬挂质量绕汽车纵轴的转动惯量，该转动惯量产生的惯性力矩影响汽车的侧翻。图5-29带悬架的汽车侧倾瞬态侧倾5.6.1汽车的侧翻及其控制方法阶跃输入下汽车的侧倾响应如图5-30所示。汽车的侧倾角在初次达到稳定值（稳态侧倾角）之后有一个超调量，这个侧倾角的超调量使汽车在比准静态下更小的侧向加速度时，内侧车轮就可能离开地面，产生侧翻，即汽车的瞬态侧翻阈值比准