汽車使用性能操縱穩(wěn)定性

汽車使用性能操縱穩(wěn)定性第一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日1.側向穩(wěn)定性側向穩(wěn)定性是指汽車抵抗側翻和側滑的能力。側向穩(wěn)定性條件若汽車轉彎行駛滿足一定條件，則不會產生側向翻車和滑移。不側滑的最高車速設汽車在彎道行駛時，不發(fā)生側向滑移的最高車速為一、汽車行駛穩(wěn)定性第二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車行駛穩(wěn)定性畫受力圖分析（汽車在橫向坡度角為β的路面等速向左轉向行駛）

由圖列方程并整理得不側滑的最高車速為：第三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車行駛穩(wěn)定性不側翻的最高車速

設汽車在彎道行駛時，不發(fā)生側向翻車的最高車速為

由圖列方程并整理得不側翻的最高車速為：第四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車行駛穩(wěn)定性翻車和側滑相比，翻車導致的后果更為嚴重。因此，為使行車安全，應使側滑發(fā)生在側翻之前，即：這樣汽車一旦側滑，車速就不可能提高，因而保證不會翻車。由此推得的結論是：式中的稱為汽車側向穩(wěn)定性系數，它反映了汽車抗側翻的能力。該式表明：當側向穩(wěn)定性系數大于路面附著系數時，汽車側翻不可能發(fā)生。因此，當汽車的輪距越大，質心高度越低，側向穩(wěn)定性系數越大，則汽車抗側翻的穩(wěn)定性就越好。

汽車側向穩(wěn)定性系數第五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車行駛穩(wěn)定性

GB7258－2004《機動車運行安全技術條件》中規(guī)定：車輛在空載、靜態(tài)狀態(tài)下，向左側和右側傾斜最大側傾穩(wěn)定角，雙層客車不允許小于28°；總質量為車輛整備質量的1.2以下的車輛不允許小于30°；臥鋪客車不允許小于32°。在國外，有的國家對轎車的抗側翻能力，規(guī)定了檢驗的高標準和低要求。高標準是指在平坦的水泥或瀝青路面的場地上，以任意的行駛速度和轉向組合操縱，都不得翻車。低要求是：在平坦堅實的場地上，以

50km/h和80km/h的車速行駛，以500度/秒的角速度把轉向盤轉過180°，不得翻車；在平坦的水泥或瀝青路面的場地上，成一直線布置11根標桿，間距為30m，汽車以72km/h的車速繞桿行駛，不得翻車。

側向穩(wěn)定性標準第六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車行駛穩(wěn)定性

縱向穩(wěn)定性是指汽車上坡或下坡時，汽車抵抗繞后軸或前軸翻車的能力。汽車不縱翻的最大道路坡度角

當道路的縱向坡度角較大時，汽車重力沿縱向坡道的分力可能導致汽車的縱翻。研究分析表明，汽車等速行駛時，上坡比下坡更容易縱翻；上坡行駛時，后輪驅動的汽車更容易縱翻。因此，下面以4×2后輪驅動汽車等速上坡為例說明汽車不產生縱翻的條件。

2.縱向穩(wěn)定性第七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車行駛穩(wěn)定性汽車上坡時的受力分析后輪驅動、勻速上坡、令Fw=0，Tf=0G第八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車行駛穩(wěn)定性上坡不翻車的最大坡度角αmax

當Fz1=0

時，失去轉向能力，并可能產生縱向翻倒。由，令Fz1=0

，解得：由上式知：b↑，hg↓，αmax則越大，越不易縱翻。第九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車行駛穩(wěn)定性驅動輪不滑轉的最大道路坡度角設后輪剛發(fā)生滑轉的的道路坡度角為由受力圖知：聯立解得：G

第十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車行駛穩(wěn)定性汽車縱向穩(wěn)定性條件

（后輪驅動）滑轉應在縱翻之前發(fā)生，即：

聯立解得縱向穩(wěn)定性條件

:

正常裝載情況下，上式能滿足。下述情況應注意：裝運重心高的貨物，hg↑

裝點太靠后，b↓

路面條件差，縱向坡度角較大。一般汽車因a＞b，故下坡時縱翻的危險性較小。第十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日二、汽車轉向特性

概念1.輪胎的側偏特性輪胎的側偏現象第十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日輪胎的側偏特性輪胎的側偏現象不僅影響車輪的運動軌跡，同時使輪胎的滾動損失增加，并加劇了輪胎的磨損，是不利的，但它是不可避免的。輪胎側偏示意圖

概念第十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日輪胎的側偏特性側向力Fy和側偏角α的關系曲線，稱為輪胎的側偏特性。

輪胎的側偏特性第十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日輪胎的側偏特性

在側偏角不超過可4°～5°時，側偏力Fy與側偏角α成線性關系，可由下式表示：式中k—側偏剛度，其單位為N/（°）或N/rad，它表示輪胎側偏一度或一弧度所需的側偏力。

α通常在3°以內，一般不超過5°。αFy12FZφ輪胎的側偏特性1－子午線輪胎；2－普通斜交輪胎輪胎的側偏特性第十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日輪胎的側偏特性

輪胎的側偏剛度是決定操縱穩(wěn)定性的重要輪胎參數，輪胎應有較高的側偏剛度，以保證汽車良好的操縱穩(wěn)定性。輪胎的結構型式、輪胎氣壓、垂直載荷對其側偏剛度影響較大。尺寸較大的輪胎，承載能力大，κ較大；寬系列輪胎，有較大的接地面積，κ較大，采用寬系列輪胎，是目前提高κ的主要措施；子午線輪胎接地面寬，κ值比普通斜交輪胎大；垂直載荷大，變形大，接觸面大，輪胎局部側滑傾向減少，相當于κ增大，但載荷超過150%額定載荷時，輪胎與地面接觸區(qū)的壓力變得極不均勻，反而使κ減??；輪胎氣壓降低，輪胎更富有彈性，κ減小。

影響側偏剛度的因素第十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日2.汽車轉向運動學剛性車輪轉向幾何關系根據圖中的轉向幾何關系可推得：

R0=L/tanδ

當前輪轉角不大時，

tanδ≈δ，δ用弧度表示，于是上式可寫成：

R0=L/δ

第十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車轉向運動學設前輪轉過δ角后作穩(wěn)態(tài)等速圓周行駛，在離心力作用下，前后車輪均受到側向力的作用，其彈性車輪產生了側偏現象，前、后軸車輪產生的側偏角為α1、α2，相應的速度方向變?yōu)閂A′、VB′，轉向瞬心變?yōu)镺′，轉向半徑變?yōu)镽，根據圖中的轉向幾何關系可推得：

R=L/[tan（δ-α1）+tanα2]

當轉角不大（高速行駛δ不大）時，tan（δ-α1）+tanα2≈δ－α1＋α2，則有：

R=L/[δ-（α1－α2）]

結論：

彈性車輪汽車處于轉向運動狀態(tài)時，由于輪胎的側偏現象，使汽車的運動軌跡不同于剛性車輪。

彈性車輪轉向幾何關系第十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日3.汽車穩(wěn)態(tài)轉向特性穩(wěn)態(tài)轉向特性概念

汽車穩(wěn)態(tài)轉向特性是指轉向工況不隨時間而變的汽車行駛狀況，即沒有外界擾動，車速恒定，轉向盤指令固定不變，汽車的輸出運動達到穩(wěn)定平衡狀態(tài)。

汽車模型車輛坐標系

第十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日簡化的汽車模型☆忽略轉向系影響，直接以前輪轉角作為輸入；☆汽車只進行平行于地面的平面運動，而忽略懸架的作用；☆汽車前進（縱軸）速度不變，只有沿y軸的側向速度和繞z軸橫擺運動；☆驅動力不大，對側偏特性無影響；☆忽略空氣阻力；☆忽略左右輪胎因載荷變化引起輪胎特性的變化；☆忽略回正力矩的變化。第二十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車穩(wěn)態(tài)轉向特性穩(wěn)態(tài)響應

操縱汽車時，可以將汽車看成一個能施加輸入信號的控制系統。轉向時駕駛員所給出的前輪轉角δ是對系統的輸入，而汽車的輸出運動如等速圓周運動就是系統的響應。通常將穩(wěn)態(tài)橫擺角速度ωz視為系統響應的一個重要參數。常用輸出與輸入的比值，如穩(wěn)態(tài)橫擺角速度與前輪轉角之比來評價穩(wěn)態(tài)響應。稱為穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也稱轉向靈敏度。第二十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車穩(wěn)態(tài)轉向特性穩(wěn)定性因數的計算如下：

式中

K—稱為穩(wěn)定性因數（s2/m2）。穩(wěn)定性因數K是表征汽車穩(wěn)態(tài)轉向特性的一個重要參數，它把汽車結構參數m、L、a、b、κ1、κ2與穩(wěn)態(tài)轉向特性定量地聯系起來，以便從設計上保證汽車具有適當的轉向特性?，F代轎車在側向加速度為0.3g時的平均K值約為0.002s2/m2。第二十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車穩(wěn)態(tài)轉向特性轉向特性類型若將彈性車輪的轉向半徑與剛性車輪轉向半徑比較，可將汽車的轉向特性分為不足轉向特性、中性轉向特性和過多轉向特性。若α1=α2，則R=R0，稱汽車具有中性轉向特性。若α1＞α2，則R＞R0，稱汽車具有不足轉向特性。若α1＜α2，則R＜R0，稱汽車具有過多轉向特性。第二十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車穩(wěn)態(tài)轉向特性轉向特性表征用穩(wěn)定性因數K表征

過多轉向K＜0不足轉向K＞0中性轉向K=0第二十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日若K=0，則R=R0，汽車轉向半徑R和剛性車輪轉向半徑R0相同，汽車具有中性轉向特性。中性轉向特性汽車的轉向靈敏度與車速的變化關系曲線，如圖所示。汽車穩(wěn)態(tài)轉向特性

中性轉向第二十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車穩(wěn)態(tài)轉向特性若K＞0，則R＞R0，汽車具有不足轉向特性，K值越大，不足轉向量越大。

當δ一定時,隨著車速↑其R↑。轉向靈敏度比中性轉向汽車的小。特征車速不足轉向汽車轉向靈敏度達到最大值時所對應的車速。

不足轉向第二十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車穩(wěn)態(tài)轉向特性若K＜0，則R＜R0，汽車具有過多轉向特性，K的絕對值越大，過多轉向量越大。當δ一定時，隨著車速↑其R↓。轉向靈敏度比中性轉向汽車的大。臨界車速過多轉向汽車轉向靈敏度趨于無窮大時所對應的車速。

過多轉向第二十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車穩(wěn)態(tài)轉向特性用α1-α2差值表征α1-α2=0，說明R=R0，汽車具有中性轉向特性。α1-α2＞0，說明R＞R0，汽車具有不足轉向特性。α1-α2＜0，說明R＜R0，汽車具有過多轉向特性。第二十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車穩(wěn)態(tài)轉向特性用轉向半徑比值表征R/R0=1，中性轉向。R/R0＞1，不足轉向，V↑，R/R0↑。R/R0＜1，過多轉向，V↑，R/R0↓。R/R01V不足過多中性第二十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車穩(wěn)態(tài)轉向特性汽車轉向特性檢測測定前，在平坦的堅硬廣場上畫R0=15m的圓道印跡。測定時，汽車開始以最低穩(wěn)定車速沿半徑15m的圓道印跡作等速圓周行駛，并保持汽車轉向盤的轉角不變，再采用逐級加速法或連續(xù)加速法提高汽車的車速，然后根據汽車加速行駛后車輪的行駛軌跡定性判斷汽車的穩(wěn)態(tài)轉向特性，如圖所示。第三十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日4.轉向穩(wěn)態(tài)轉向特性對操縱穩(wěn)定性的影響轉向穩(wěn)定性第三十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日過多轉向汽車車速達到臨界車速時將失去穩(wěn)定性。因為只要一個很小的轉角，橫擺角速度增益z/就趨于無窮大，必將導致汽車急轉而發(fā)生側滑或側翻。不足轉向汽車穩(wěn)定性好，但轉向靈敏性差，在相同的彎道行駛時，前輪的轉角較大，駕駛者應多轉一下轉向盤。中性轉向汽車趨于兩者之間，但有向過多轉向變化的危險。第三十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日中性轉向特性汽車運動簡圖

中性轉向直行抗干擾能力差，駕駛麻煩，輪胎磨損嚴重

直行抗干擾能力第三十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日無直行抗干擾能力，駕駛操縱性差，是一種不穩(wěn)定的轉向特性

過多轉向過多轉向特性汽車運動簡圖第三十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日直行抗干擾能力強，駕駛操縱性好，現代汽車均采用不足轉向特性

不足轉向不足轉向特性汽車運動簡圖第三十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車穩(wěn)態(tài)轉向特性

不足轉向特性的汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性，所以現代汽車都采用不足轉向特性。人們已習慣于駕駛具有不足轉向特性的汽車，知道如何控制轉向盤使汽車遵循期望的路徑行駛。若汽車的轉向特性因使用因素的變化而突然發(fā)生改變，由于駕駛者的經驗不適應新的、不良的轉向特性，則轉彎時就有可能出現汽車失控而造成事故。

三者比較結論第三十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日三、影響汽車操縱穩(wěn)定性的因素

1．汽車質心位置變化

若質心前移，轉向時前輪的側偏力增大，使前輪的側偏角增大，從而增加了汽車的不足轉向量；反之，質心后移，就減少了汽車的不足轉向量，或汽車趨向于過多轉向特性。第三十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日影響汽車操縱穩(wěn)定性的因素

2.汽車前后軸載荷分配與車輪側偏剛度的匹配

在汽車設計及改裝中，應使前后軸載荷分配與車輪的側偏剛度相適應，使穩(wěn)定性因數K>0，以保證汽車的不足轉向特性。第三十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日影響汽車操縱穩(wěn)定性的因素

3．汽車的驅動型式轉向時施加于驅動輪上的切向力增加，車輪的側偏剛度將下降。因此，后輪驅動車輛，轉向時有減少不足轉向特性、向過多轉向特性變化的趨勢；前輪驅動車輛，轉向時有增加不足轉向特性的趨勢。第三十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日4．汽車車輪輪胎氣壓的變化輪胎充氣壓力

↑，k↑。因此前輪胎充氣壓力↑，則汽車趨于過多轉向特性。同理可分析前后輪胎充氣壓力變化對轉向特性的影響。

第四十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日汽車車輪輪胎結構寬系列輪胎子午線輪胎

輪胎的結構不能隨意更換αFy12FZφ輪胎的側偏特性1－子午線輪胎；2－普通斜交輪胎

車輪平衡

高速行駛的汽車，若車輪特別是轉向輪不平衡，則會引起車輪的跳動和擺振，使汽車行駛方向難以控制，嚴重影響汽車的操縱穩(wěn)定性。因此，高速行駛的汽車其車輪必須動平衡。

第四十一頁，共四十七