汽车的操纵稳定性详解
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汽车操作稳定性课件
01
结构优化
通过改进转向系统的结构设计，如采用更轻量化的材料、优化构件的截
面形状等，以减小系统的惯性力矩，提高操控敏捷性。
02
助力特性优化
针对动力辅助转向系统，可以通过调整助力特性曲线，使驾驶员在不同
车速和转向角度下获得更合适的助力感，提高操控稳定性。
03
智能化技术融合
引入先进的传感器和控制算法，实现转向系统的智能化控制，如主动前
机械式转向系统：主要由齿轮、齿条、转向器等 机械构件组成，结构简单，成本较低，但操控起 来较为费力。
类型
动力辅助转向系统：通过液压或电动方式，为驾 驶员提供额外的转向助力，减小转向力矩，提高 操控稳定性，包括液压助力转向系统、电动助力 转向系统等。
转向系统对操作稳定性的影响
转向刚度
转向系统的刚度会影响驾驶员的 转向感受，过高的刚度会使驾驶 员感到操作吃力，而过低的刚度
则可能导致操控不灵敏。
路面反馈
转向系统能够传递路面的信息给 驾驶员，如果系统设计不当，可 能导致路面反馈过于模糊或被过 滤掉，降低驾驶员对车辆状态的
感知能力。
回中性
良好的转向系统应具有回中性， 即当驾驶员释放转向盘时，车辆 应能自动回到直线行驶状态，回
中性不良会影响操控稳定性。
转向系统的优化与改进
性和操控性。
05
汽车操作稳定性的评价与 测试
操作稳定性的评价方法
主观评价
基于驾驶员在驾驶过程中的感受和经验进行评价，包括方向盘手感、车身稳定 性等。主观评价具有直观性和实时性，但受到个体差异和驾驶技能水平的影响 。
客观评价
通过量化和客观的测试指标对操作稳定性进行评价，如横摆角速度、侧向加速 度等。客观评价能够准确地反映车辆的性能，但需要专业的测试设备和环境。
操纵稳定性介绍
1、问题的由来
“反应迟钝”：驾驶员转向指令已发出相当时间，但汽车还 没有转向反应，或转向过程完成的过慢。 “丧失路感”：正常汽车的转弯的程度，会通过转向盘在驾 驶员手上产生相应的感觉。有些操纵性能不好的汽车，在车 速较高或急剧转向时会丧失这种感觉。这会增加驾驶员的操 纵困难或影响驾驶员做出正确的判断。 “晃”：驾驶员给出稳定的转向指令，但汽车却左右摇摆， 行驶方向难于稳定。
2、操纵稳定性概念
汽车的操纵稳定性是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。 汽车的操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度，而 且也是决定高速汽车安全行驶的一个主要性能，所以人们称 之为“高速车辆的生命线”。汽车的操纵稳定性日益受到重 视，已成为衡量现代汽车的主要性能之一 。
6、操稳的评价标准
（1）GB/T 6323.1－1994《蛇行试验 》； （2）GB/T 6323.2－1994《角阶跃输入特性试验 》； （3）GB/T 6323.3－1994《角脉冲输入特性试验 》； （4）GB/T 6323.4－1994《回正性能试验 》； （5）GB/T 6323.5－1994《转向轻便性能试验 》； （6）GB/T 6323.6－1994《稳态回转试验 》； （7）QC/T 480－1999《汽车操纵稳定性指标限值与评价方 法 》。
4、操稳分析内容
汽车的操纵稳定性涉及的问题较广泛，它需要采用较多的物理参量从多方 面进行评价
4、操稳分析内容
5、操稳评价方法
汽车性能最后通过试验来进行测定与评价。试验中的性能评 价有主观评价 客观评价 主观评价和客观评价 客观评价法是通过测试 主观评价 客观评价两种方法。客观评价法 客观评价法 仪器测出表征性能的物理量如横摆角速度、侧向加速度、转 向力等来评价操纵稳定性的方法。主观评价法 主观评价法就是感觉评价， 主观评价法 其方法是让试验评价人员根据试验时自己的感觉来进行评价， 并按规定的项目和评分方法进行评分。
第五章 汽车的操作稳定性
Y y
Z Z
r
整理后得二自
由度汽车运动微分
方程式
k1 k2 ak1 bk2 r k1 m v ur u 1 2 2 ak1 bk2 a k1 b k2 r ak1 I Z r u 1
第五章 汽车的操纵稳定性
第二节
轮胎的侧偏特性
（5）地面切向力FX 越大，FY 越小
FY1
FY2 FX2 FX1
另外，回正力矩、轮胎外倾对侧偏特性也有影响。（略）
第五章 汽车的操纵稳定性 第三节 汽车对前轮角输入的响应
本节将首先建立线性二自由度汽车模型，在此基础上，简要分 析汽车的稳态响应特性，瞬态响应特性和频率响应特性（略）。
s也称转向灵敏度。
第五章 汽车的操纵稳定性 第三节 汽车对前轮角输入的响应
2.稳态响应的三种类型 1）中性转向 当 K=0 时，
由
r
2 s 1 Ku u L
r
u L s
u/R
u L
R
L
汽车具有中性转向特性时，给定 ，转弯半径R 与 u无关。 当汽车低速转向时，离心力很小，FY1 和FY2也很小。 δ
FY
+
0
Y
u
α
α
X
侧偏力与侧偏角的符号 相反，即正的侧偏力产 生负的侧偏角。
2.侧偏现象 当车轮有侧向弹性时，即使FY没有达到侧 向附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平 面的方向。
u
第五章 汽车的操纵稳定性
第二节
轮胎的侧偏特性
3.侧偏特性 FY－α曲线
在侧偏角<5时，侧偏 力和侧偏角成线性关系。 这时： FY k , 式中k—侧偏刚度，即曲 线=0时的斜率。 当侧偏角>5时,车轮出 现侧滑成分，所以侧偏角 迅速增大， FY一定时，希望侧偏角 越小越好，所以 |k| 越大 越好。
Z Z
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由度汽车运动微分
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第五章 汽车的操纵稳定性
第二节
轮胎的侧偏特性
（5）地面切向力FX 越大，FY 越小
FY1
FY2 FX2 FX1
另外，回正力矩、轮胎外倾对侧偏特性也有影响。（略）
第五章 汽车的操纵稳定性 第三节 汽车对前轮角输入的响应
本节将首先建立线性二自由度汽车模型，在此基础上，简要分 析汽车的稳态响应特性，瞬态响应特性和频率响应特性（略）。
s也称转向灵敏度。
第五章 汽车的操纵稳定性 第三节 汽车对前轮角输入的响应
2.稳态响应的三种类型 1）中性转向 当 K=0 时，
由
r
2 s 1 Ku u L
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u/R
u L
R
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汽车具有中性转向特性时，给定 ，转弯半径R 与 u无关。 当汽车低速转向时，离心力很小，FY1 和FY2也很小。 δ
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X
侧偏力与侧偏角的符号 相反，即正的侧偏力产 生负的侧偏角。
2.侧偏现象 当车轮有侧向弹性时，即使FY没有达到侧 向附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平 面的方向。
u
第五章 汽车的操纵稳定性
第二节
轮胎的侧偏特性
3.侧偏特性 FY－α曲线
在侧偏角<5时，侧偏 力和侧偏角成线性关系。 这时： FY k , 式中k—侧偏刚度，即曲 线=0时的斜率。 当侧偏角>5时,车轮出 现侧滑成分，所以侧偏角 迅速增大， FY一定时，希望侧偏角 越小越好，所以 |k| 越大 越好。
第6章-汽车操纵稳定性
向特性，方向盘角阶跃输入下的瞬态响应
3、横摆角速度频率响应特性
4、回正性
转向灵敏度、转向盘力特性
稳态横摆角速度增益——转向灵敏度 反应时间、横摆角速度波动的无阻尼圆 频率
共振峰频率、共振时的振幅比、相位滞 后角、稳态响应
回正后剩余横摆角速度与剩余横摆角、 达到剩余横摆角速度的时间
5、转向半径
6、转向轻便性：原地转向轻便性、低速行
wr (t)
B0 0
w02
Cew0t
sin(
w0
1 2 t )
令： 则： 或：
w w0 1 2
wr (t)
B0 0
w02
Cew0t
sin( wt )
wr (t)
B0 0
w02
A1e w0t
cos(wt)
A2 e w0t
sin( wt)
•
初始条件： t 0，wr 0 v 0 0 wr ak1 0 / I Z
(k1
k2 )(a2k1 u
b2k2 ) ]wr
•
Lk1k2 muak1
••
•
•
m' wr h wr c wr b0 b1
式中：
m' muIZ h [m(a 2k1 b 2k2 ) I Z (k1 k2 )] c mu(ak1 bk2 ) L2k1k2 / u
b0 Lk1 k2 b1 muak1
一般而言，最大侧偏力越大 ，汽车的极限性能越好。
3）轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响
轮胎扁平率（H/B） 对侧偏特性的影响。
轮胎的垂直载荷对侧偏特性的影响 侧偏刚度随垂直载荷的增大而增大，但垂直载荷过大，侧 偏刚度反而会减小。
3、横摆角速度频率响应特性
4、回正性
转向灵敏度、转向盘力特性
稳态横摆角速度增益——转向灵敏度 反应时间、横摆角速度波动的无阻尼圆 频率
共振峰频率、共振时的振幅比、相位滞 后角、稳态响应
回正后剩余横摆角速度与剩余横摆角、 达到剩余横摆角速度的时间
5、转向半径
6、转向轻便性：原地转向轻便性、低速行
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式中：
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一般而言，最大侧偏力越大 ，汽车的极限性能越好。
3）轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响
轮胎扁平率（H/B） 对侧偏特性的影响。
轮胎的垂直载荷对侧偏特性的影响 侧偏刚度随垂直载荷的增大而增大，但垂直载荷过大，侧 偏刚度反而会减小。
《汽车操纵稳定性》课件
06
汽车操纵稳定性案例分析
案例一：某品牌汽车操纵稳定性优化案例
要点一
总结词
要点二
详细描述
通过优化悬挂系统和转向系统，提高汽车操纵稳定性
该品牌汽车通过改进悬挂系统和转向系统的设计和参数， 实现了在各种路况下都能够保持较好的操纵稳定性。具体 措施包括采用先进的悬挂系统、优化转向齿条和齿轮的设 计、改善轮胎的抓地力等。这些改进使得汽车在高速行驶 、紧急变道和弯道行驶时更加稳定，提高了驾驶的安全性 和舒适性。
汽车操纵稳定性是评价汽车性能的重要指ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ之一，它涉及到汽车的操 控性、安全性、舒适性等多个方面，对驾驶员的驾驶体验和行车安全 具有重要影响。
汽车操纵稳定性的重要性
03
提高行车安全性
提高行驶稳定性
提高乘坐舒适性
良好的汽车操纵稳定性可以提高驾驶员对 汽车的操控信心，减少因失控而引发的交 通事故。
良好的汽车操纵稳定性可以使汽车在行驶 过程中保持稳定，减少侧滑、失稳等现象 的发生，提高行驶安全性。
案例二：某品牌汽车控制系统优化案例
总结词
通过先进的控制系统，提高汽车操纵稳定性
详细描述
该品牌汽车采用了先进的控制系统，如电子稳定程序和 牵引力控制系统，来提高汽车的操纵稳定性。这些系统 通过实时监测车辆的动态特性和驾驶员的操作，自动调 整发动机输出和制动系统的制动力，以保持车辆的稳定 性和控制性。通过这些控制系统的优化，该品牌汽车在 各种驾驶条件下都能够提供更好的操纵性能和安全性。
良好的汽车操纵稳定性可以使汽车在行驶 过程中更加平顺，减少颠簸和振动，提高 乘坐舒适性。
汽车操纵稳定性的历史与发展
历史回顾
早期的汽车由于没有转向助力、悬挂系统等装置，操纵稳定 性较差。随着技术的不断发展，汽车操纵稳定性逐渐得到改 善。
汽车操纵稳定性概述
汽车操纵稳定性概述汽车的操纵稳定性是指车辆在加速、刹车、转弯等操作时，保持良好的稳定性和可控性的能力。
这一特性对驾驶员来说非常重要，因为它直接关系到行车的安全和舒适性。
汽车的操纵稳定性受到多个因素的影响，包括悬挂系统、制动系统、转向系统等。
本文将从这些方面对汽车操纵稳定性进行概述。
首先，悬挂系统对汽车的操纵稳定性起到了关键作用。
悬挂系统主要由弹簧、减振器和稳定杆等组成。
弹簧和减振器能够减缓车辆在通过不平路面时产生的颠簸感，提高悬挂系统的工作效率。
稳定杆可以减少车辆转向时的侧倾，提高车辆的稳定性。
因此，一个良好的悬挂系统对车辆的操纵稳定性起到了至关重要的作用。
其次，制动系统对操纵稳定性也有很大的影响。
制动系统主要由刹车盘、刹车片和刹车油等构成。
当驾驶员需要紧急刹车时，一个良好的制动系统可以迅速减速并能够保持车辆的稳定性。
如果制动系统工作不正常，可能会导致车辆在刹车时出现抱死现象，从而失去了对车辆的控制。
在操纵稳定性方面，转向系统也起到了重要的作用。
转向系统主要由转向机构、转向齿轮和转向轴等构成。
一个良好的转向系统可以提供准确而稳定的转向操作，驾驶员可以更容易地控制车辆的前进方向。
在紧急转弯时，一个稳定的转向系统可以避免车辆失控或侧翻的风险。
此外，轮胎也对汽车的操纵稳定性起到了至关重要的作用。
好的轮胎可以提供良好的抓地力和操控性能，这对车辆的操纵稳定性起到了重要作用。
如果轮胎的磨损过度或者胎压不正确，都可能导致车辆在行驶过程中失去稳定性。
除了这些因素之外，车辆的重心位置也会对操纵稳定性产生影响。
低重心的车辆相对于高重心的车辆在行驶中更加稳定。
因此，现代的汽车设计会尽量将重心降低，以提高车辆的操纵稳定性。
总结起来，汽车的操纵稳定性是一个复杂的系统工程，受到多个因素的影响。
悬挂系统、制动系统、转向系统以及轮胎等都对汽车的操纵稳定性起到了至关重要的作用。
为了提高操纵稳定性，驾驶员应该保持良好的驾驶技巧，同时定期检查和维护车辆的关键部件，以确保其正常工作。
汽车操纵稳定性
§5-1 概述
操纵稳定性不好的具体表现
“飘”—汽车自己改变方向。升力或转向系、轮胎、 悬 架 等问题。 “反应迟钝”—转向反映慢。传动比太大。 “晃”—左右摇摆，行驶方向难于稳定。
“丧失路感”—操纵稳定性不好的汽车在高速或急剧转
向 时会丧失路感，导致驾驶员判断的困难。 “失控”—某些工况下汽车不能控制方向。制动时无法
第五章 汽车的操纵稳定性
概述 汽车行驶稳定性 轮胎侧偏特性 汽车操纵特性 汽车转向轮振动与稳定
§5-1 概述
一、汽车操纵稳定性定义 汽车操纵稳定性是指汽车在行驶过程中，能遵循驾驶员给定的行驶方向 行驶，且受各种外部干扰尚能保持稳定行驶的能力。 汽车的操纵稳定性包括操纵性和稳定性。汽车操纵性是指汽车能够确切 地响应驾驶者转向指令的能力；而稳定性是指汽车抵抗外界干扰而保持稳定
四、汽车操纵稳定性评价方法 汽车试验的两种评价方法 客观评价法
客观评价法是通过仪器测出表征性能的物理量来评价操纵稳定性的
方法，它能通过分析求出其与汽车结构参数间的关系。
主观评价法
主观评价法就是感觉评价。考虑到了人的感觉，能发现仪器不能测 试出的现象，是操纵稳定性的最终评价方法，但很难给出定量评价 数据。
行驶的能力，或汽车受到外界扰动后恢复原来运动状态的能力。通常，汽车
操纵性和稳定性两者关系密切，若汽车操纵性变坏，则汽车容易产生侧滑、 翻车而失去稳定性；而汽车稳定性变坏，则汽车又难以操纵直接影响操纵 性。实际上两者难以截然分开，因此，常统称为汽车的操纵稳定性。 汽车的操纵稳定性不仅影响汽车驾驶的操纵方便程度，而且还决定着高 速汽车的行车安全，所以人们称汽车操纵稳定性是高速车辆的生命线。随着 汽车保有量的增加和汽车车速的提高，汽车的操纵稳定性越来越重要，已成 为现代汽车的主要使用性能之一。
车辆操纵稳定性(整理版)
2
r
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B0 0 02
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r
t
r
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在达到稳态的之前，（r t）是衰
r
r0 3
4
由于正常的汽车都具有小阻尼的瞬态响应，当ζ<1时
r
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B0 0 02
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令 0 1 2
r
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B0 0 02
A1e0t cos t
A2 e 0t sin t
由运动起始条件确定积分常数C、A1、A2
t
0时，wr
0, v
0,
0 , wr
ak10
IZ
B1 0
R/R0>1，K>0 ， 不足转向；
R/R0<1， K<0， 过多转向。
几个表征稳态响应的参数
3）静态储备系数S.M. 1）前、后轮侧偏角绝对值之差α1-α2 2）转向半径的比FRY/1R0
汽 静态储备系数 S.M.：中性
车
质 转向点到前轮的距离a与
心
汽车质心到前轴距离 a 之
中 差与轴距L之比。
mv
ur
ak1
bk2
汽车操纵稳定性
减震器的影响：减震器的作用是当钢板弹簧变形
时，能迅速消减其震动，使汽车平稳行驶。重影响操纵稳定性。 前轴和车架变形：由于车架是汽车的基础，他的 变形会直接影响各部件的连接及配合，从而直接 影响操纵稳定性。
转向系的影响
行驶系
轮胎
悬架和减震器
前轴和车架变形
轮胎的影响：轮胎是影响汽车操纵稳定性的一个
重要因素，增大轮胎的能力，特别是后胎的载荷 能力，例如加大轮胎的尺寸，合适的胎压，会改 善汽车的操纵操纵稳定性。 悬架的影响：悬架的作用是把车架与汽车前后桥 连接在一起，并使车轮在行驶中所承受的冲击力 不直接到车架，以免引起车身的剧烈震动而加速 零件的损坏。
制动系的影响
制动系
制动间隙
前后轮抱死次序
制动间隙：制动间隙不合适，会使汽车制动是发
生跑偏，汽车向制动间隙小的一侧跑偏，从而影 响汽车操纵稳定性。 前后轮抱死次序对操稳性的影响：紧急制动时， 如果汽车后轮制动抱死，汽车后轴将产生严重侧 滑，失去操纵稳定性，而前轮抱死，汽车又失去 转向能力。因此，汽车应安装防抱死系统。
汽车操纵稳定性
汽车操纵稳定性
概念：汽车操纵稳定性，是指在驾驶员不
感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽车能按 照驾驶员通过转向系及转向车轮给定的方 向（直线或转弯）行驶；且当受到外界干 扰（路不平、侧风、货物或乘客偏载）时， 汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的性能。
影响汽车操纵稳定性的因素
行驶系的影响
转向系
转向器
转向传动机构
转向器的影响：汽车行驶时，驾驶员对汽车行驶
方向的改变是通过操纵方向盘来实现的，转向盘 的性能直接影响汽车的操纵稳定性。转向器出现 的问题：转向器缺油﹑转向器游隙过大
第六章 汽车操纵稳定性
及前后车轮的侧偏刚度有关，它是汽车本身具有的一个特性)；
r— 横摆角速度；
u—车速；δ —前轮转角； m—汽车质量；L —轴距； a，b — 汽车质心到前后轴的距离； k1，k2 — 前后轮侧偏刚度。
汽车理论
R
u
r
1 Ku
2
L
上式表明：汽车转向半径与汽车的行驶速度、稳定性因数、汽车 转向轮转角之间的关系，也说明了转向半径随上述参数变化情况。
Fb
Fb 或Fx FY
路面对侧偏特性的影响
路面干湿程度的影响 路面越湿，最大侧偏 力越小。 薄水层的影响 路面有薄水层时，轮 胎可能会完全失去侧偏 力，这称为“滑水”现 象。
回正力矩 Z T
侧偏角
回正力矩 Z T
汽车理论
第二节
汽车理论
汽车模型的简化
*忽略转向系统的影响，直接以前轮转角为输入。 *不考虑振动、侧倾、俯仰运动，认为汽车只作平行 于地面的运动； *不考虑轮胎切向力、外倾角、空气阻力的影响； *忽略左右轮胎载荷变化引起的侧偏特性变化； *忽略轮胎回正力矩； *认为轮胎侧偏特性处于线性范围； *认为汽车沿x轴速度不变。
P136页图
汽车理论
汽车过多转向
Over Steer OS
K<0称为过多转向。过多转向汽车加速时，和 中性转向相比，稳态横摆角速度增益较大，但 R= u / ，故转向半径随车速增大而减小。显然， / 。这时较小的前轮转 u 1/ K 当 时， = 角都会导致激转而翻车。 为了保持良好的操纵稳定性，汽车都应当具 有适度的不足转向。
不相等，且不等于 。外侧的比 稍小，内侧的比 稍大。
汽车理论
汽车理论
r— 横摆角速度；
u—车速；δ —前轮转角； m—汽车质量；L —轴距； a，b — 汽车质心到前后轴的距离； k1，k2 — 前后轮侧偏刚度。
汽车理论
R
u
r
1 Ku
2
L
上式表明：汽车转向半径与汽车的行驶速度、稳定性因数、汽车 转向轮转角之间的关系，也说明了转向半径随上述参数变化情况。
Fb
Fb 或Fx FY
路面对侧偏特性的影响
路面干湿程度的影响 路面越湿，最大侧偏 力越小。 薄水层的影响 路面有薄水层时，轮 胎可能会完全失去侧偏 力，这称为“滑水”现 象。
回正力矩 Z T
侧偏角
回正力矩 Z T
汽车理论
第二节
汽车理论
汽车模型的简化
*忽略转向系统的影响，直接以前轮转角为输入。 *不考虑振动、侧倾、俯仰运动，认为汽车只作平行 于地面的运动； *不考虑轮胎切向力、外倾角、空气阻力的影响； *忽略左右轮胎载荷变化引起的侧偏特性变化； *忽略轮胎回正力矩； *认为轮胎侧偏特性处于线性范围； *认为汽车沿x轴速度不变。
P136页图
汽车理论
汽车过多转向
Over Steer OS
K<0称为过多转向。过多转向汽车加速时，和 中性转向相比，稳态横摆角速度增益较大，但 R= u / ，故转向半径随车速增大而减小。显然， / 。这时较小的前轮转 u 1/ K 当 时， = 角都会导致激转而翻车。 为了保持良好的操纵稳定性，汽车都应当具 有适度的不足转向。
不相等，且不等于 。外侧的比 稍小，内侧的比 稍大。
汽车理论
汽车理论
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轮胎滑移率：指汽车在制动时，车轮抱死程度。 轮胎滑转率：指汽车驱动时，车轮滑转程度。 轮胎滑动率：轮胎滑移率和轮胎滑转率。
转向盘中心区操纵稳定性：指转向盘小转角、低频正弦输入下汽车高 速行驶时的操纵稳定性，它代表了汽车经常行驶工况下的操纵稳定性。
机动性：代表汽车机动灵活性的性能，最小转弯半径是评价汽车机动 性的重要指标。
直线行驶性：侧风稳定性与路面不平度稳定性是汽车直线行驶时在外 界干扰输入下的时域响应。
极限行驶性能：指汽车在处于正常行驶与异常危险运动之间的运动状 态下的特性，它表明了汽车安全行驶的极限性能。
汽车在附着系数较大的路面上作小转向运动，认为是线性区评价； 汽车在附着系数较小的路面作大转向运动，认为是非线性区评价。
5．稳态评价和动态评价
稳态：指没有外界扰动、车速恒定、转向盘上的指令固定不变，汽 车的输出运动达到稳定平衡的状态。
稳态评价：汽车达到稳态状态的评价。 动态评价：汽车从接收转向指令或扰动指令开始到达到稳态状态之 前的运动评价。 稳态不存在操纵稳定性问题，所有的操纵稳定性问题都是动态反应 问题。
第2页
汽车操纵稳定性
定义：指在驾驶人不感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽车能按照驾 驶人通过转向系及转向车轮给定的方向（直线或转弯）行驶；且当受 到外界干扰（路不平、侧风、货物或乘客偏载）时，汽车能抵抗干扰 而保持稳定行驶的性能。
操纵性:即汽车能够确切地响应驾驶人通过转向盘给定的转向指令 行驶的能力，反映了汽车与驾驶人配合的程度。
2021/1/30
5.1.2 汽车操纵稳定性的基本内容和评价指标
➢ 汽车操纵稳定性需要采用较多的物理量从多个方面进行 评价，见表书本中的5-1。
转向盘角阶跃输入下的稳态响应和瞬态响应：是表征汽车操纵稳定性 的转向盘角位移输入下的时域响应，是汽车操纵稳定性的基础特性。
转向盘角脉冲输入下的瞬态响应：是表征汽车操纵稳定性的转向盘角 位移输入下的频域响应，是描述频率由0→∞时汽车横摆角速度与转向盘 转角的振幅比及相位差，是表征汽车操纵稳定性的基础特性。
2．力输入反应评价和角输入反应评价
力输入反应评价：对驾驶人通过力输入控制汽车转向运动的评价。 角输入反应评价：对驾驶人通过角输入控制汽车转向运动的评价。
3．不同“工作点”下的评价
“工作点” ：指由这些工况变量所确定的三维空间的点。
2021/1/30
5.1 汽车操纵稳定性的评价
4．线性区评价和非线性区评价
5.2.1 轮胎六分力
（4）翻转力矩 ：指地面对轮胎作用力绕 轴旋转的轮胎分 力矩，其说明了垂直力作用点相对于接触中心左右移动的现 象，影响轮胎的外倾性能。
（5）滚动阻力矩：指地面对轮胎作用力绕 轴旋转的轮胎 分力矩，其说明了垂直力作用点相对于接触中心前后移动的 现象。
（6）回正力矩：指地面对轮胎作用力绕 轴旋转的轮胎分 力矩，其说明了纵向力和侧向力在道路平面内的作用点偏离 接触中心，影响汽车的回正性能。
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5.2 轮胎动力学模型
轮胎是汽车的重要部件，它的结构参数和力学特性决定 着汽车的主要行驶性能。
5.2.1 轮胎六分力
轮胎六分力：汽车行驶时， 轮胎受到沿三个方向的力以及
绕三个轴的力矩，如图2所示。
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图2 SAE标准轮胎运动坐标系
5.2.1 轮胎六分力
（1）纵向力 ：指地面对轮胎作用力在地平面内沿 轴方向 的分量，其作用是对汽车进行驱动或制动， 为正时是驱动 力，为负时是制动力。
5.1 汽车操纵稳定性的评价
评价人员，根
据试验时自己的感觉来进行评价，按规定的项目和评分办法 进行评分，属于闭环评价。
客观评价：是通过测试仪器测出表征性能的物理量，如 横摆角速度、侧向加速度、侧倾角及转向力等，来评价汽车 操纵稳定性。 。
稳定性:即汽车受到外界干扰（路面干扰或突然阵风扰动）后，汽 车能抵抗干扰恢复和保持稳定行驶的能力，反映了汽车运行状况的稳 定程度。
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5.1 汽车操纵稳定性的评价
5.1.1 汽车操纵稳定性评价的基本概念 1．指令反应评价和扰动反应评价
指令反应评价：对驾驶人通过转向盘进行指令输入的评价。 扰动反应评价：对车轮或车身处外界扰动输入的评价。
转向回正性：是一种转向盘力输入下的时域响应，它表征了汽车受到 外界干扰后自动回正的能力。
转向轻便性：是评价驾驶人转动转向盘轻便程度的特性。
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5.1.2 汽车操纵稳定性的基本内容和评价指标
典型行驶工况性能：指模拟典型驾驶操作汽车通过某种通道的性能， 它们能更如实地反映汽车的操纵稳定性，属于闭环评价。
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5.2.1 轮胎六分力
在轮胎六分力中，对汽车操纵稳定性影响较大的是轮胎 纵向力、侧向力和回正力矩。
轮胎侧偏角 ：为车轮中心平面与车轮中心运动方向的夹 角，顺时针方向为正。
外倾角：由车前方看车轮中心线与垂直线所成的夹角， 向外为正，向内为负。
SAE轮胎运动坐标系中，符号协议是：纵向力与纵向滑 动率符号一致；侧向力与侧偏角符号相反。
（2）侧向力：指地面对轮胎作用力在地平面内沿 轴方向 的分量，根据轮胎转向或外倾的方向，侧向力使轮胎向相应 的方向运动，实现汽车的转向。
（3）法向力 ：指地面对轮胎作用力垂直于地平面沿 轴 方向的分量，根据定义，该法向反作用力为负值，因此垂直 载荷的符号与法向反作用力相反，为正值。
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汽车操纵稳定性
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目录
➢ 5.1汽车操纵稳定性的评价 ➢ 5.2轮胎动力学模型 ➢ 5.3汽车操纵稳定性数学模型 ➢ 5.4汽车稳态响应 ➢ 5.5汽车角阶跃输入下的瞬态响应 ➢ 5.6汽车脉冲输入下的瞬态响应 ➢ 5.7汽车稳定性控制系统 ➢ 5.8汽车操纵稳定性试验
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5.1 汽车操纵稳定性的评价
6．开环评价和闭环评价
开环评价：指不考虑驾驶人特性、只考虑汽车本身特性的评价，是 试验评价的主要手段。
闭环评价：是既考虑驾驶人特性、又考虑汽车本身特性的评价，更 能全面评价汽车操纵稳定性。
图1是一典型的驾驶人—汽车闭环系统。
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图1 驾驶人—汽车闭环系统
转向盘中心区操纵稳定性：指转向盘小转角、低频正弦输入下汽车高 速行驶时的操纵稳定性，它代表了汽车经常行驶工况下的操纵稳定性。
机动性：代表汽车机动灵活性的性能，最小转弯半径是评价汽车机动 性的重要指标。
直线行驶性：侧风稳定性与路面不平度稳定性是汽车直线行驶时在外 界干扰输入下的时域响应。
极限行驶性能：指汽车在处于正常行驶与异常危险运动之间的运动状 态下的特性，它表明了汽车安全行驶的极限性能。
汽车在附着系数较大的路面上作小转向运动，认为是线性区评价； 汽车在附着系数较小的路面作大转向运动，认为是非线性区评价。
5．稳态评价和动态评价
稳态：指没有外界扰动、车速恒定、转向盘上的指令固定不变，汽 车的输出运动达到稳定平衡的状态。
稳态评价：汽车达到稳态状态的评价。 动态评价：汽车从接收转向指令或扰动指令开始到达到稳态状态之 前的运动评价。 稳态不存在操纵稳定性问题，所有的操纵稳定性问题都是动态反应 问题。
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汽车操纵稳定性
定义：指在驾驶人不感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽车能按照驾 驶人通过转向系及转向车轮给定的方向（直线或转弯）行驶；且当受 到外界干扰（路不平、侧风、货物或乘客偏载）时，汽车能抵抗干扰 而保持稳定行驶的性能。
操纵性:即汽车能够确切地响应驾驶人通过转向盘给定的转向指令 行驶的能力，反映了汽车与驾驶人配合的程度。
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5.1.2 汽车操纵稳定性的基本内容和评价指标
➢ 汽车操纵稳定性需要采用较多的物理量从多个方面进行 评价，见表书本中的5-1。
转向盘角阶跃输入下的稳态响应和瞬态响应：是表征汽车操纵稳定性 的转向盘角位移输入下的时域响应，是汽车操纵稳定性的基础特性。
转向盘角脉冲输入下的瞬态响应：是表征汽车操纵稳定性的转向盘角 位移输入下的频域响应，是描述频率由0→∞时汽车横摆角速度与转向盘 转角的振幅比及相位差，是表征汽车操纵稳定性的基础特性。
2．力输入反应评价和角输入反应评价
力输入反应评价：对驾驶人通过力输入控制汽车转向运动的评价。 角输入反应评价：对驾驶人通过角输入控制汽车转向运动的评价。
3．不同“工作点”下的评价
“工作点” ：指由这些工况变量所确定的三维空间的点。
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5.1 汽车操纵稳定性的评价
4．线性区评价和非线性区评价
5.2.1 轮胎六分力
（4）翻转力矩 ：指地面对轮胎作用力绕 轴旋转的轮胎分 力矩，其说明了垂直力作用点相对于接触中心左右移动的现 象，影响轮胎的外倾性能。
（5）滚动阻力矩：指地面对轮胎作用力绕 轴旋转的轮胎 分力矩，其说明了垂直力作用点相对于接触中心前后移动的 现象。
（6）回正力矩：指地面对轮胎作用力绕 轴旋转的轮胎分 力矩，其说明了纵向力和侧向力在道路平面内的作用点偏离 接触中心，影响汽车的回正性能。
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5.2 轮胎动力学模型
轮胎是汽车的重要部件，它的结构参数和力学特性决定 着汽车的主要行驶性能。
5.2.1 轮胎六分力
轮胎六分力：汽车行驶时， 轮胎受到沿三个方向的力以及
绕三个轴的力矩，如图2所示。
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图2 SAE标准轮胎运动坐标系
5.2.1 轮胎六分力
（1）纵向力 ：指地面对轮胎作用力在地平面内沿 轴方向 的分量，其作用是对汽车进行驱动或制动， 为正时是驱动 力，为负时是制动力。
5.1 汽车操纵稳定性的评价
评价人员，根
据试验时自己的感觉来进行评价，按规定的项目和评分办法 进行评分，属于闭环评价。
客观评价：是通过测试仪器测出表征性能的物理量，如 横摆角速度、侧向加速度、侧倾角及转向力等，来评价汽车 操纵稳定性。 。
稳定性:即汽车受到外界干扰（路面干扰或突然阵风扰动）后，汽 车能抵抗干扰恢复和保持稳定行驶的能力，反映了汽车运行状况的稳 定程度。
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5.1 汽车操纵稳定性的评价
5.1.1 汽车操纵稳定性评价的基本概念 1．指令反应评价和扰动反应评价
指令反应评价：对驾驶人通过转向盘进行指令输入的评价。 扰动反应评价：对车轮或车身处外界扰动输入的评价。
转向回正性：是一种转向盘力输入下的时域响应，它表征了汽车受到 外界干扰后自动回正的能力。
转向轻便性：是评价驾驶人转动转向盘轻便程度的特性。
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5.1.2 汽车操纵稳定性的基本内容和评价指标
典型行驶工况性能：指模拟典型驾驶操作汽车通过某种通道的性能， 它们能更如实地反映汽车的操纵稳定性，属于闭环评价。
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5.2.1 轮胎六分力
在轮胎六分力中，对汽车操纵稳定性影响较大的是轮胎 纵向力、侧向力和回正力矩。
轮胎侧偏角 ：为车轮中心平面与车轮中心运动方向的夹 角，顺时针方向为正。
外倾角：由车前方看车轮中心线与垂直线所成的夹角， 向外为正，向内为负。
SAE轮胎运动坐标系中，符号协议是：纵向力与纵向滑 动率符号一致；侧向力与侧偏角符号相反。
（2）侧向力：指地面对轮胎作用力在地平面内沿 轴方向 的分量，根据轮胎转向或外倾的方向，侧向力使轮胎向相应 的方向运动，实现汽车的转向。
（3）法向力 ：指地面对轮胎作用力垂直于地平面沿 轴 方向的分量，根据定义，该法向反作用力为负值，因此垂直 载荷的符号与法向反作用力相反，为正值。
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汽车操纵稳定性
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➢ 5.1汽车操纵稳定性的评价 ➢ 5.2轮胎动力学模型 ➢ 5.3汽车操纵稳定性数学模型 ➢ 5.4汽车稳态响应 ➢ 5.5汽车角阶跃输入下的瞬态响应 ➢ 5.6汽车脉冲输入下的瞬态响应 ➢ 5.7汽车稳定性控制系统 ➢ 5.8汽车操纵稳定性试验
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5.1 汽车操纵稳定性的评价
6．开环评价和闭环评价
开环评价：指不考虑驾驶人特性、只考虑汽车本身特性的评价，是 试验评价的主要手段。
闭环评价：是既考虑驾驶人特性、又考虑汽车本身特性的评价，更 能全面评价汽车操纵稳定性。
图1是一典型的驾驶人—汽车闭环系统。
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图1 驾驶人—汽车闭环系统