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(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.側(cè)向穩(wěn)定性側(cè)向穩(wěn)定性是指汽車抵抗側(cè)翻和側(cè)滑的能力。側(cè)向穩(wěn)定性條件若汽車轉(zhuǎn)彎行駛滿足一定條件，則不會(huì)產(chǎn)生側(cè)向翻車和滑移。不側(cè)滑的最高車速設(shè)汽車在彎道行駛時(shí)，不發(fā)生側(cè)向滑移的最高車速為一、汽車行駛穩(wěn)定性第二頁(yè)，共四十七頁(yè)，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(zhuǎn)向行駛）

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

設(shè)汽車在彎道行駛時(shí)，不發(fā)生側(cè)向翻車的最高車速為

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

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

GB7258－2004《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》中規(guī)定：車輛在空載、靜態(tài)狀態(tài)下，向左側(cè)和右側(cè)傾斜最大側(cè)傾穩(wěn)定角，雙層客車不允許小于28°；總質(zhì)量為車輛整備質(zhì)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(guó)外，有的國(guó)家對(duì)轎車的抗側(cè)翻能力，規(guī)定了檢驗(yàn)的高標(biāo)準(zhǔn)和低要求。高標(biāo)準(zhǔn)是指在平坦的水泥或?yàn)r青路面的場(chǎng)地上，以任意的行駛速度和轉(zhuǎn)向組合操縱，都不得翻車。低要求是：在平坦堅(jiān)實(shí)的場(chǎng)地上，以

50km/h和80km/h的車速行駛，以500度/秒的角速度把轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)過180°，不得翻車；在平坦的水泥或?yàn)r青路面的場(chǎng)地上，成一直線布置11根標(biāo)桿，間距為30m，汽車以72km/h的車速繞桿行駛，不得翻車。

側(cè)向穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)第六頁(yè)，共四十七頁(yè)，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(shí)，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(dāng)?shù)缆返目v向坡度角較大時(shí)，汽車重力沿縱向坡道的分力可能導(dǎo)致汽車的縱翻。研究分析表明，汽車等速行駛時(shí)，上坡比下坡更容易縱翻；上坡行駛時(shí)，后輪驅(qū)動(dòng)的汽車更容易縱翻。因此，下面以4×2后輪驅(qū)動(dòng)汽車等速上坡為例說明汽車不產(chǎn)生縱翻的條件。

2.縱向穩(wěn)定性第七頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車行駛穩(wěn)定性汽車上坡時(shí)的受力分析后輪驅(qū)動(dòng)、勻速上坡、令Fw=0，Tf=0G第八頁(yè)，共四十七頁(yè)，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(dāng)Fz1=0

時(shí)，失去轉(zhuǎn)向能力，并可能產(chǎn)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(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車行駛穩(wěn)定性驅(qū)動(dòng)輪不滑轉(zhuǎn)的最大道路坡度角設(shè)后輪剛發(fā)生滑轉(zhuǎn)的的道路坡度角為由受力圖知：聯(lián)立解得：G

第十頁(yè)，共四十七頁(yè)，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(qū)動(dòng)）滑轉(zhuǎn)應(yīng)在縱翻之前發(fā)生，即：

聯(lián)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(yīng)注意：裝運(yùn)重心高的貨物，hg↑

裝點(diǎn)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(shí)縱翻的危險(xiǎn)性較小。第十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、汽車轉(zhuǎn)向特性

概念1.輪胎的側(cè)偏特性輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象第十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日輪胎的側(cè)偏特性輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象不僅影響車輪的運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)使輪胎的滾動(dòng)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(cè)偏示意圖

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

輪胎的側(cè)偏特性第十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日輪胎的側(cè)偏特性

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

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

輪胎的側(cè)偏剛度是決定操縱穩(wěn)定性的重要輪胎參數(shù)，輪胎應(yīng)有較高的側(cè)偏剛度，以保證汽車良好的操縱穩(wěn)定性。輪胎的結(jié)構(gòu)型式、輪胎氣壓、垂直載荷對(duì)其側(cè)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(cè)滑傾向減少，相當(dāng)于κ增大，但載荷超過150%額定載荷時(shí)，輪胎與地面接觸區(qū)的壓力變得極不均勻，反而使κ減小；輪胎氣壓降低，輪胎更富有彈性，κ減小。

影響側(cè)偏剛度的因素第十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.汽車轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)學(xué)剛性車輪轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系根據(jù)圖中的轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系可推得：

R0=L/tanδ

當(dāng)前輪轉(zhuǎn)角不大時(shí)，

tanδ≈δ，δ用弧度表示，于是上式可寫成：

R0=L/δ

第十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)前輪轉(zhuǎn)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(cè)向力的作用，其彈性車輪產(chǎn)生了側(cè)偏現(xiàn)象，前、后軸車輪產(chǎn)生的側(cè)偏角為α1、α2，相應(yīng)的速度方向變?yōu)閂A′、VB′，轉(zhuǎn)向瞬心變?yōu)镺′，轉(zhuǎn)向半徑變?yōu)镽，根據(jù)圖中的轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系可推得：

R=L/[tan（δ-α1）+tanα2]

當(dāng)轉(zhuǎn)角不大（高速行駛δ不大）時(shí)，tan（δ-α1）+tanα2≈δ－α1＋α2，則有：

R=L/[δ-（α1－α2）]

結(jié)論：

彈性車輪汽車處于轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由于輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象，使汽車的運(yùn)動(dòng)軌跡不同于剛性車輪。

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

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

汽車模型車輛坐標(biāo)系

第十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日簡(jiǎn)化的汽車模型☆忽略轉(zhuǎn)向系影響，直接以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入；☆汽車只進(jìn)行平行于地面的平面運(yùn)動(dòng)，而忽略懸架的作用；☆汽車前進(jìn)（縱軸）速度不變，只有沿y軸的側(cè)向速度和繞z軸橫擺運(yùn)動(dòng)；☆驅(qū)動(dòng)力不大，對(duì)側(cè)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(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性穩(wěn)態(tài)響應(yīng)

操縱汽車時(shí)，可以將汽車看成一個(gè)能施加輸入信號(hào)的控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員所給出的前輪轉(zhuǎn)角δ是對(duì)系統(tǒng)的輸入，而汽車的輸出運(yùn)動(dòng)如等速圓周運(yùn)動(dòng)就是系統(tǒng)的響應(yīng)。通常將穩(wěn)態(tài)橫擺角速度ωz視為系統(tǒng)響應(yīng)的一個(gè)重要參數(shù)。常用輸出與輸入的比值，如穩(wěn)態(tài)橫擺角速度與前輪轉(zhuǎn)角之比來評(píng)價(jià)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。稱為穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也稱轉(zhuǎn)向靈敏度。第二十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性穩(wěn)定性因數(shù)的計(jì)算如下：

式中

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

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

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

當(dāng)δ一定時(shí),隨著車速↑其R↑。轉(zhuǎn)向靈敏度比中性轉(zhuǎn)向汽車的小。特征車速不足轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)向靈敏度達(dá)到最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的車速。

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

過多轉(zhuǎn)向第二十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性用α1-α2差值表征α1-α2=0，說明R=R0，汽車具有中性轉(zhuǎn)向特性。α1-α2＞0，說明R＞R0，汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性。α1-α2＜0，說明R＜R0，汽車具有過多轉(zhuǎn)向特性。第二十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性用轉(zhuǎn)向半徑比值表征R/R0=1，中性轉(zhuǎn)向。R/R0＞1，不足轉(zhuǎn)向，V↑，R/R0↑。R/R0＜1，過多轉(zhuǎn)向，V↑，R/R0↓。R/R01V不足過多中性第二十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性汽車轉(zhuǎn)向特性檢測(cè)測(cè)定前，在平坦的堅(jiān)硬廣場(chǎng)上畫R0=15m的圓道印跡。測(cè)定時(shí)，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(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角不變，再采用逐級(jí)加速法或連續(xù)加速法提高汽車的車速，然后根據(jù)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(zhuǎn)向特性，如圖所示。第三十頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日4.轉(zhuǎn)向穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性對(duì)操縱穩(wěn)定性的影響轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性第三十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日過多轉(zhuǎn)向汽車車速達(dá)到臨界車速時(shí)將失去穩(wěn)定性。因?yàn)橹灰粋€(gè)很小的轉(zhuǎn)角，橫擺角速度增益z/就趨于無窮大，必將導(dǎo)致汽車急轉(zhuǎn)而發(fā)生側(cè)滑或側(cè)翻。不足轉(zhuǎn)向汽車穩(wěn)定性好，但轉(zhuǎn)向靈敏性差，在相同的彎道行駛時(shí)，前輪的轉(zhuǎn)角較大，駕駛者應(yīng)多轉(zhuǎn)一下轉(zhuǎn)向盤。中性轉(zhuǎn)向汽車趨于兩者之間，但有向過多轉(zhuǎn)向變化的危險(xiǎn)。第三十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日中性轉(zhuǎn)向特性汽車運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

中性轉(zhuǎn)向直行抗干擾能力差，駕駛麻煩，輪胎磨損嚴(yán)重

直行抗干擾能力第三十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，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(zhuǎn)向特性

過多轉(zhuǎn)向過多轉(zhuǎn)向特性汽車運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖第三十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日直行抗干擾能力強(qiáng)，駕駛操縱性好，現(xiàn)代汽車均采用不足轉(zhuǎn)向特性

不足轉(zhuǎn)向不足轉(zhuǎn)向特性汽車運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖第三十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性

不足轉(zhuǎn)向特性的汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性，所以現(xiàn)代汽車都采用不足轉(zhuǎn)向特性。人們已習(xí)慣于駕駛具有不足轉(zhuǎn)向特性的汽車，知道如何控制轉(zhuǎn)向盤使汽車遵循期望的路徑行駛。若汽車的轉(zhuǎn)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(jīng)驗(yàn)不適應(yīng)新的、不良的轉(zhuǎn)向特性，則轉(zhuǎn)彎時(shí)就有可能出現(xiàn)汽車失控而造成事故。

三者比較結(jié)論第三十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，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(zhì)心位置變化

若質(zhì)心前移，轉(zhuǎn)向時(shí)前輪的側(cè)偏力增大，使前輪的側(cè)偏角增大，從而增加了汽車的不足轉(zhuǎn)向量；反之，質(zhì)心后移，就減少了汽車的不足轉(zhuǎn)向量，或汽車趨向于過多轉(zhuǎn)向特性。第三十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，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(cè)偏剛度的匹配

在汽車設(shè)計(jì)及改裝中，應(yīng)使前后軸載荷分配與車輪的側(cè)偏剛度相適應(yīng)，使穩(wěn)定性因數(shù)K>0，以保證汽車的不足轉(zhuǎn)向特性。第三十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，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(qū)動(dòng)型式轉(zhuǎn)向時(shí)施加于驅(qū)動(dòng)輪上的切向力增加，車輪的側(cè)偏剛度將下降。因此，后輪驅(qū)動(dòng)車輛，轉(zhuǎn)向時(shí)有減少不足轉(zhuǎn)向特性、向過多轉(zhuǎn)向特性變化的趨勢(shì)；前輪驅(qū)動(dòng)車輛，轉(zhuǎn)向時(shí)有增加不足轉(zhuǎn)向特性的趨勢(shì)。第三十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，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(zhuǎn)向特性。同理可分析前后輪胎充氣壓力變化對(duì)轉(zhuǎn)向特性的影響。

第四十頁(yè)，共四十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車車輪輪胎結(jié)構(gòu)寬系列輪胎子午線輪胎

輪胎的結(jié)構(gòu)不能隨意更換αFy12FZφ輪胎的側(cè)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(zhuǎn)向輪不平衡，則會(huì)引起車輪的跳動(dòng)和擺振，使汽車行駛方向難以控制，嚴(yán)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(dòng)平衡。

第四十一頁(yè)，共四十七