汽车理论第5章作业
汽车理论5汽车的操纵稳定性
第5章汽车的操纵稳定性学习目标通过本章的学习，应掌握汽车行驶的纵向和横向稳定性条件；掌握车辆坐标系的有关术语，了解影响侧偏特性的因素，掌握轮胎回正力矩与侧偏特性的关系；熟练掌握汽车的稳态转向特性及其影响因素；了解汽车转向轮的振动和操纵稳定性的道路试验内容。
汽车在其行驶过程中，会碰到各种复杂的情况，有时沿直线行驶，有时沿曲线行驶。
在出现意外情况时，驾驶员还要作出紧急的转向操作，以求避免事故。
此外，汽车还要经受来自地面不平、坡道、大风等各种外部因素的干扰。
一辆操纵性能良好的汽车必须具备以下的能力：（1）根据道路、地形和交通情况的限制，汽车能够正确地遵循驾驶员通过操纵机构所给定的方向行驶的能力——汽车的操纵性。
（2）汽车在行驶过程中具有抵抗力图改变其行驶方向的各种干扰，并保持稳定行驶的能力——汽车的稳定性。
操纵性和稳定性有紧密的关系：操纵性差，导致汽车侧滑、倾覆，汽车的稳定性就破坏了。
如稳定性差，则会失去操纵性，因此，通常将两者统称为汽车的操纵稳定性。
汽车的操纵稳定性，是汽车的主要使用性能之一，随着汽车平均速度的提高，操纵稳定性显得越来越重要。
它不仅影响着汽车的行驶安全，而且与运输生产率与驾驶员的疲劳强度有关。
5.1节汽车行驶的纵向和横向稳定性5.1.1 汽车行驶的纵向稳定性汽车在纵向坡道上行驶，例如等速上坡，随着道路坡度增大，前轮的地面法向反作用力不断减小。
当道路坡度大到一定程度时，前轮的地面法向反作用力为零。
在这样的坡度下，汽车将失去操纵性，并可能产生纵向翻倒。
汽车上坡时，坡度阻力随坡度的增大而增加，在坡度大到一定程度时，为克服坡度阻力所需的驱动力超过附着力时，驱动轮将滑转。
这两种情况均使汽车的行驶稳定性遭到破坏。
图5.1 汽车上坡时的受力图图5.1为汽车上坡时的受力图，如汽车在硬路面上以较低的速度上坡，空气阻力可以忽略不计，由于剩余驱动力用于等速爬坡，即汽车的加速阻力，加速阻力矩，而车轮的滚动阻力矩的数值相对来说比较小，可不计入。
汽车理论第五课后习题答案
第一章汽车的动力性试说明轮胎滚动阻力的定义，产生机理和作用形式。
定义:汽车在水平道路上等速行驶时受到的道路在行驶方向上的分力称为滚动祖力。
2)产生机理:由于轮胎内部摩擦产生弹性轮胎在硬支律路面上行驶时加载变形曲线和卸载变形曲线不重合会有能全损失，即弹性物质的迟滞损失。
这种迟滞损失表现为一种阻力偶。
当车轮不滚动时，地面对丰轮的法向反作用力的分布是前后对称的;当车轮滚动时，由于弹性阻滞现象，处于压缩过程的前部点的地面法向反作用力就会大于处于压缩过程的后部点的地面法向反作用力，这样，地面法向反作用力的分布前后不对称，而使他们的合力FZ相对于法线前移一个距离a，它随弹性迟滞损失的增大变大。
即滚动时有滚动阻力偶Tf = FZ.•a阻碍车轮滚动。
3]作用形式: Tf = Wf，Tf= Tf/r滚动阻力系数与哪些因素有关？答：滚动阻力系数与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料和气压有关。
=+由计算机作图有：空车、满载时汽车动力性有无变化？为什么？答：动力性会发生变化。
因为满载时汽车的质量会增大，重心的位置也会发生改变。
质量增大，滚动阻力、坡度阻力和加速阻力都会增大，加速时间会增加，最高车速降低。
重心位置的改变会影响车轮附着率，从而影响最大爬坡度。
如何选择汽车发动机功率？答：发动机功率的选择常先从保证汽车预期的最高车速来初步确定。
若给出了期望的最高车速，选择的发动机功率应大体等于，但不小于以最高车速行驶时的行驶阻力功率之和。
发动机的最大功率但也不宜过大，否则会因发动机负荷率偏低影响汽车的燃油经济性。
在实际工作中，还利用现有汽车统计数据初步估计汽车比功率来确定发动机应有功率。
不少国家还对车辆应有的最小比功率作出规定，以保证路上行驶车辆的动力性不低于一定水平，防止某些性能差的车辆阻碍车流。
超车时该不该换入低一挡的排挡？答：超车时排挡的选择，应该使车辆在最短的时间内加速到较高的车速，所以是否应该换入低一挡的排挡应该由汽车的加速度倒数曲线决定。
汽车理论第五章
r r ) s a 2） 稳态横摆角速度增益曲线 、车速 u＝22.35m/s 时的转向灵敏度 加速度为 0.4g 时的前、后轮侧偏角绝对值之差 a1-a2 与转 弯半径的比值 R/R0(R0=15m)。 4） 车速 u＝30.56m/s 时，瞬态响应的横摆角速度波动的固有（圆）频率ω0、阻尼比ζ、 反应时间τ与峰值反应时间ε。 34. 稳态响应中横摆角速度增益达到最大值时的车速称为特征车速 uch。证明： 特征车速 性转向汽车横摆角速度增益的一半。 35. 计算题 20 中轿车在车速 ua=110km/h 下，频率由 0～3Hz 的频率响应特性（画图时采用 双对数坐标，横坐标为输入频率的对数值，纵坐标为增益的分贝值）。 36. 已知某 4×2 小客车前、后单胎，总质量 2010kg，轴距 L 为 3.2m，其轴荷分配前轴为 每个后轮胎侧偏刚度 k2 为-37485K/rad。 53.5%， 每个前轮胎侧偏刚度 k1 为-38142N/rad， 试确定该车的稳态转向特性是哪种？如果该车以 36km/h 车速、方向盘转向角为 330 度 （转向系总传动比 i=22） ？ （悬 做定向圆周行驶时， 求此时汽车的横摆角速度ωr 是多少 架侧倾的影响不予考虑）。 37. 已知一汽车总质量为 2150kg，轴距为 2.8m，前、后单胎，其轴荷分配：前轴荷为 54%， 后轴荷为 46%，现前后轮装用不同轮胎，每个前轮的侧偏刚度为 46800N/rad，每个后
uch 1 / K ，且在特征车速时的稳态横摆角速度增益，为具有相等轴距 L 中
轮侧偏刚度为 38650N/rad，试确定该车的稳态转向特性的性质及其特征车速或临界车 速是多少(km/h)？
28. 何谓转向系统和纵置钢板弹簧悬架的运动干涉？如何减少这种干涉？ 29. 画出汽车操纵稳定性试验的仪器框图。 30. 试述汽车侧翻的评价指标。 31. 一轿车（每个）前轮胎的侧偏刚度为－38142N/rad、外倾刚度为－37485N/rad。若轿车 向左转弯，将使两前轮均产生正的外倾角，其大小为 2°。设侧偏刚度与外倾刚度均不 受左、右轮载荷转移的影响，试求由外倾角引起的前轮侧偏角。 32. 6450N 轻型客车在试验中发现过多转向和中性转向现象，工程师们在前悬架上加装前横 向稳定杆以提高前悬架的侧倾刚度，结果汽车的转向特性变为不足转向。试分析其理 论根据（要求由必要的公式和曲线）。 33. 二自由度轿车模型的有关参数如下： 总质量 绕 Oz 轴转动惯量 轴距 质心至前轴距离 质心至后轴距离 前轮总侧偏刚度 后轮总侧偏刚度 转向系总传动比 试求： 1） 稳定性因数 K、特征车速 uch。 m＝2120kg Iz=4105kg.m2 L=3.048m a=1.463m b=1.585m k1=63743N/rad k2=-113205N/rad i=22
汽车理论习题及答案
汽车理论习题及答案----------------------- Page 1-----------------------I----------------------- Page 2-----------------------目录第 1 章汽车动力性 (1)第 2 章汽车的燃油经济性 (9)第 3 章汽车动力装置参数的选择 (12)第 4 章汽车的制动性 (13)第 5 章汽车的操纵稳定性 (19)第 6 章汽车平顺性 (25)第7 章汽车的通过性 (28)综合题 .......................................................................................................................... (29)I----------------------- Page 3-----------------------第 1 章汽车动力性第 1 章汽车动力性1.1 简述汽车动力性及其评价指标。
1.2 汽车行驶阻力是怎样形成的？1.3 试说明轮胎滚动阻力的定义、产生机理和作用形式。
1.4 滚动阻力系数与哪些因素有关？1.5 汽车的滚动阻力可以分为哪几种？1.6 能否在汽车受力分析图上画出滚动阻力，为什么？1.7 某轿车总质量 m=1200kg，前轮载荷占整车载荷的 60%；车轮侧向力系数 k =1800kg/rad，前束角β=2°，该轿车两前α轮互置前束角β后产生相应行驶阻力 Fv ，如图1-1 所示。
（1）设轿车前进时侧向力与前束角的关系为F =k β，试求因前束引起的行驶阻力；V α（2）若该轿车滚动阻力系数f =0.015，试求整车的滚动阻力Ff ；（3）试比较前束引起的行驶阻力与滚动阻力。
1.8 转弯时滚动阻力的大小取决于行驶速度和转向半径 R ，转弯时的滚动阻力系数f R=f +Δf 。
汽车理论---第五章汽车操纵稳定性pt(1)分析解析
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
Q ks ss
Δss Δst m n
Fa ΔFa
Q ΔQ
Δss
m Δst n
Δss
Δst
Gu 2
FZ n Qm
ks ss m
m FZ ks ss n
m ks st n
悬架总侧倾刚度等于 KΦr
M r M rI M rII M rIII
前、后悬架及横向稳定杆的侧 倾角刚度之和。
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
二、侧倾时垂直载荷在左右轮上的重新
分配及其对稳态响应的影响
1.侧倾时垂直载荷在左右轮上的重新分配
工字形车架代表车厢，悬 挂质量为Ms。
地面回到水平位置确 定车厢相对于地面产生侧
倾角Φr时，轮胎外倾
角 ' ' 。
' ' '
26
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
非独立悬架车身侧倾时，前轮外倾角不变。
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
纵滑在纵翻之前发生，即：
b max max hg • 统计资料表明，正常装载的汽车，其ψmax值远 超过汽车的爬坡能力，因此不至于发生纵翻 • 但是，如果装载不合理，使汽车的质心过高， 又过分靠后、则有可能发生纵翻。
• 1．汽车在离心力作 用下的侧翻 • 汽车在具有横坡的 弯道上，作等速转向 运动时的受力简图如 图所示。
受到侧向力作用的独立悬架杆系的变形会引起车
汽车理论第五版课后习题答案
第一章汽车的动力性1.1 试说明轮胎滚动阻力的定义，产生机理和作用形式。
定义:汽车在水平道路上等速行驶时受到的道路在行驶方向上的分力称为滚动祖力。
2)产生机理:由于轮胎内部摩擦产生弹性轮胎在硬支律路面上行驶时加载变形曲线和卸载变形曲线不重合会有能全损失，即弹性物质的迟滞损失。
这种迟滞损失表现为一种阻力偶。
当车轮不滚动时，地面对丰轮的法向反作用力的分布是前后对称的;当车轮滚动时，由于弹性阻滞现象，处于压缩过程的前部点的地面法向反作用力就会大于处于压缩过程的后部点的地面法向反作用力，这样，地面法向反作用力的分布前后不对称，而使他们的合力F Z相对于法线前移一个距离a，它随弹性迟滞损失的增大变大。
即滚动时有滚动阻力偶T f = F Z.•a阻碍车轮滚动。
3]作用形式: T f = Wf，T f = T f/r1.2 滚动阻力系数与哪些因素有关？答：滚动阻力系数与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料和气压有关。
1.3=494.312+0.13U a2由计算机作图有：1.4 空车、满载时汽车动力性有无变化？为什么？答：动力性会发生变化。
因为满载时汽车的质量会增大，重心的位置也会发生改变。
质量增大，滚动阻力、坡度阻力和加速阻力都会增大，加速时间会增加，最高车速降低。
重心位置的改变会影响车轮附着率，从而影响最大爬坡度。
1.5 如何选择汽车发动机功率？答：发动机功率的选择常先从保证汽车预期的最高车速来初步确定。
若给出了期望的最高车速，选择的发动机功率应大体等于，但不小于以最高车速行驶时的行驶阻力功率之和。
发动机的最大功率但也不宜过大，否则会因发动机负荷率偏低影响汽车的燃油经济性。
在实际工作中，还利用现有汽车统计数据初步估计汽车比功率来确定发动机应有功率。
不少国家还对车辆应有的最小比功率作出规定，以保证路上行驶车辆的动力性不低于一定水平，防止某些性能差的车辆阻碍车流。
1.6 超车时该不该换入低一挡的排挡？答：超车时排挡的选择，应该使车辆在最短的时间内加速到较高的车速，所以是否应该换入低一挡的排挡应该由汽车的加速度倒数曲线决定。
汽车理论第五_课后习题答案正确
第五章汽车的操纵稳定性5.1 一轿车（每个）前轮的侧偏刚度为-50176N/rad.外倾刚度为-7665N/rad«若轿车向左转弯，将使前轮均产生正的外倾角，其大小为4度。
设侧偏刚度与外倾刚度均不受左、右轮负载转移的影响，试求由外倾角引起的前轮侧偏角。
解：有外倾角时候的地而侧向反作用力为F Y=ka + k y y（其中k为侧偏刚度,k「为外倾刚度，丫为外倾角）于是，有外倾角引起的前轮侧偏角的大小为：代入数据，解得a, ==0.611 rad,期外由分析知正的外倾角应该产生负的侧偏角，所以由外倾角引起的前轮侧偏角为-0.611 rad o5.2 6450N轻型客车在试验中发现过多转向和中性转向现象，工程师们在悬架上加装横向稳左杆以提高前悬架的侧倾角刚度，结果汽车的转向特性变为不足转向。
试分析英理论依据（要求有必要的公式和曲线）。
答：由课本P138-140的分析知，汽车稳态行驶时，车厢侧倾角决左于侧倾力矩M枷和悬架总的角刚度工K軒, 即0广一。
前、后悬架作用于车厢的恢复力矩增加：% =00, T沁=匕』「其中K歸,K卯2分别为前、后悬架的侧倾角刚度，悬架总的角刚度工K”为前、后悬架及横向稳立杆的侧倾角刚度之和。
由以上的分析易知，当增加横向稳立杆后汽车前悬架的侧倾角刚度增大，后悬架侧倾角刚度不变，所以前悬架作用于车厢的恢复力矩增加（总侧倾力矩不变），由此汽车前轴左、右车轮载荷变化量就较大。
由课本图5-46知在这种情况下，如果左右车轮轮胎的侧偏刚度在非线性区，则汽车趋于增加不足转向量。
5.3汽车的稳态响应有哪几种类型？表征稳态响应的具体参数有哪些？它们彼此之间的关系如何？答：汽车的稳态响应有三种类型，即中性转向、不足转向和过多转向。
表征稳态响应的参数有稳定性因数，前、后轮的侧偏角角绝对值之差（＜z,-a2）,转向半径的比R/R＜）,静态储备系数SM等。
它们之间的彼此关系为：« =丄（⑦-％）（⑷为侧向加速度的绝对值）；—=1 4- Kir :&S.M.二一--（k t,灼分别为汽车前、后轮的侧偏刚度，"为汽车质心到前轴的距禽，L为前、后轴之间的距k} +k2 L5.4举出三种表示汽车稳态转向特性的方法，并说明汽车重心前后位置和内、外轮负荷转移如何影响稳态转向特性？答：表示汽车稳态转向特性的参数有稳左性因数，前、后轮的侧偏角绝对值之差（冬-&2），转向半径的比R/R（“ 静态储备系数S.M.等。
汽车理论第五章课后答案
余志生汽车理论第五章课后习题答案5．1一轿车(每个)前轮胎的侧偏刚度为-50176N ／rad 、外倾刚度为-7665N ／rad 。
若轿车向左转弯，将使两前轮均产生正的外倾角，其大小为40。
设侧偏刚度与外倾刚度均不受左、右轮载荷转移的影响．试求由外倾角引起的前轮侧偏角。
答： 由题意：F Y =k k γ=故由外倾角引起的前轮侧偏角： =k γk=⨯05．2 6450轻型客车在试验中发现过多转向和中性转向现象，工程师们在前悬架上加装前横向稳定杆以提高前悬架的侧倾角刚度，结果汽车的转向特性变为不足转向。
试分析其理论根据(要求有必要的公式和曲线)。
答： 稳定性系数：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=122k b k a L m K 1k 、2k 变化， 原来K ≤0,现在K>0,即变为不足转向。
5．3汽车的稳态响应有哪几种类型?表征稳态响应的具体参数有哪些?它们彼此之间的关系如何(要求有必要的公式和曲线)？答： 汽车稳态响应有三种类型 ：中性转向、不足转向、过多转向。
几个表征稳态转向的参数：1．前后轮侧偏角绝对值之差(转向半径的比R/R;3．静态储备系数S.M.彼此之间的关系见参考书公式（5-13）（5-16）（5-17）。
5．4举出三种表示汽车稳态转向特性的方法，并说明汽车重心前后位置和内、外轮负荷转移如何影响稳态转向特性？答：方法：1.时为不足转向，时为中性转向，<0时为过多转向；2. R/R0>1时为不足转向，R/R0=1时为中性转向，R/R0<1时为过多转向；3 .S.M.>0时为不足转向，S.M.=0时为中性转向，S.M.<0时为过多转向。
汽车重心前后位置和内、外轮负荷转移使得汽车质心至前后轴距离a、b发生变化，K也发生变化。
5．5汽车转弯时车轮行驶阻力是否与直线行驶时一样？答：否，因转弯时车轮受到的侧偏力，轮胎产生侧偏现象，行驶阻力不一样。
5．6主销内倾角和后倾角的功能有何不同?答：主销外倾角可以产生回正力矩，保证汽车直线行驶；主销内倾角除产生回正力矩外，还有使得转向轻便的功能。
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1、汽车位前轮转向，试分析前轮侧偏角与转向轮转角的关系。
2、试分析超载对汽车主要性能的影响。
1.汽车在行驶过程中，由于路面倾斜，侧向风或者离心力的作用，车轮中心沿Y方向将有侧向力，相应的地面会作用一个侧向反作用力，也就是侧偏力！由于正的侧向力带来正的侧偏角，对应的是负的测偏力。
侧偏角是车轮与地面的接触印迹和车轮平面错开一定距离，并且不是平移，有一定的夹角，这个角就是侧偏角。
在车辆转向时，现在就向右转为例：当车辆向右转弯，不考虑侧向风阻和坡度的影响，车轮中心将受到向左的正的侧向力，相应的地面提供向右的负的反作用力，即测偏力。
由于侧向力的作用，汽车有向左滑出的趋势，随即产生向左的正的侧偏角。
表现在车轮上，就是车轮的变形，从接地面开始往上，车轮变形偏向侧向力方向，也就是转向角的反向向左。
这样导致的结果就是车轮的不均匀磨损；同时对于转向，导致的是，车辆的实际转向角度小于驾驶员给转向轮输入的转向角。
2.
㈠超载对制动性能的影响：
对于制动效能，超载后汽车总质量大大增加，在相同路面和初速度的情况下，汽车的制动距离将会明显增加，从而导致紧急制动时安全性急剧降低；对于制动效能恒定性，由于一定时间内多次制动，汽
车的制动效能将会降低，而恒定性就是抵抗这种性能降低的能力，也就是制动器的抗热衰退性。
在制动时，制动器温度升高较明显，温度升高直接影响制动器的摩擦性能，也就是制动性能，当超载时，制动温度升高速度急剧加快，同时制动器摩擦系数也就迅速降低，使汽车制动很容易失灵。
同时使得汽车很容易出现前轮先抱死，对于山区、弯道行驶是极度危险的。
㈡超载对操纵稳定性的影响：
操纵轻便性，由于超载，前后轴的载荷肯定都会同时增加，只是增加比例不同而已，前轴载荷增加后，转向系统的摩擦和力矩将会增大，引起转向沉重，操纵困难。
对于侧向，由于超载造成汽车质量增加，在转弯时产生的离心力增大，形成更大的侧偏角，造成汽车很容易跑偏或者实际转向和驾驶员操纵误差加大，带来操纵失误。
由于超载，一般情况下都会引起汽车重心位置升高，这样一来，在汽车转向时，左右测车轮的载荷转移会加大，造成汽车发生的侧翻的可能性也明显增大。
对于载货汽车，后轴的载荷变化常比前轴大几倍，轮胎侧偏刚度随载荷的增大而明显下降。
因此，空载时具有不足转向的汽车，随着整车载荷的增大，由轮胎引起的不足转向度迅速下降，在超载时，特别是在侧向加速度较大时，会使汽车表现出一定的过度转向特性，从而增大了汽车失去稳定性的危险。