汽车的操纵稳定性PPT课件
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汽车的操纵稳定性详解
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。
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。
汽车操纵稳定性能与检测
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汽车操纵稳定性能与检测
•6．后轮外倾和后轮前束
• 后轮定位包括后轮前束和后轮外倾角。前后轮定位统称为 车轮定位，乘用车一般称之为四轮定位。
• 四轮定位的作用是使汽车保持稳定的直线行驶、转向轻便， 并可减少汽车行驶中轮胎和转向机件的磨损。
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汽车操纵稳定性能与检测
•一、车轮定位参数及作用
•1．前轮外倾
• （1） 前轮外倾
• 从汽车的正前方看去，前轮中心平面与地面并不垂直，而是 倾斜一个角度（图5-1-1），这种现象称为前轮外倾。呈现“八” 形的称为负外倾，朝向相反的则称为正外倾。
•图 5-1-5 汽车主销后倾
• (2) 主销后倾的功用
• • 主销后倾主要是使前轮在行进过程中具有回正能力。当车轮偏离直线行 驶位置或转向时，路面的横向反作用力相对主销轴线形成迫使车轮自动回正 的稳定力矩。后倾角较大时可提高汽车直线行驶性能，但会使转向盘转向沉 重，同时路面干扰会加剧车轮的前后颠簸。
•3．主销内倾
• (1) 主销内倾角 • • 在装配主销时，主销的上端略微内倾，使主销轴线延长线 和路面相交点与轮胎中线和路面相交点很接近。通过该交点的垂 线与真实或假想的转向节主销轴线在垂直于车辆纵向对称平面的 垂面上的投影锐角，就是主销内倾角，如图 5-1-4 所示。
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•图 5-1-4 主销内倾角
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汽车操纵稳定性能与检测
•知识链接
• 为了提高汽车的转向操纵稳定性、轻便性，确保车辆直线 行驶和自动回正，减少轮胎的磨损，汽车车轮和主销都设计了 多种角度参数，统称车轮定位参数。
• 由于汽车的转向车轮一般在前轮，在前轮上设计了前轮前 束、前轮外倾角、主销后倾角和主销内倾角等参数，统称为前 轮定位。
《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
（4）用转向半径表示汽车稳态转向特性
（5）用静态储备系数S·M来表征汽车稳态转向特性
S M a' a k2 a L k1 k2 L
3.汽车稳态转向特性对操纵稳定性的影响
汽车不能具有过多转向特性。汽车具有中性转向特性 也不好，因为汽车本身或外界使用条件的某些变化，中性 转向特性的汽车常会转变成过多转向特性而使操纵稳定性 变差。不足转向特性的汽车转向灵敏性较差，汽车的不足 转向性不可过大。因此，只有具有适度不足转向特性的汽 车，才具有良好的操纵稳定性，才能保持行车安全。《机 动车运行安全技术条件》（GB7258-2004）规定，汽车（三 轮汽车除外）应具有适度的不足转向特性。
6.4.2 轮胎
1.轮胎气压 2.轮胎结构型式
6.4.3 汽车驱动方式
转向时随施加于轮胎上切向力的增加， 轮胎的侧偏刚度减小，使汽车产生的侧偏角增 大。因此，后轮驱动的汽车转向时施加驱动力， 后轮侧偏刚度减小，使后轮侧偏角增加，有减 小不足转向、向过多转向转化的趋势。前轮驱 动的汽车转向时施加驱动力，前轮侧偏刚度减 小，使前轮侧偏角增加，有增加不足转向的作 用。
第三节
汽车稳态转向特性与瞬态响应
主讲教师：刁立福
由转向盘输入引起的汽车运动状况，可分为 不随时间而变化的稳态与随时间变化的瞬态两种， 相应的汽车响应称为稳态响应与瞬态响应。
6.3.1 汽车稳态转向特性
1.汽车稳态转向的几何关系
L R
(1
2)
2.汽车稳态转向特性的表示方法
（1）用汽车稳定性因数表示汽车稳态转向特性
过多转向特性增加。 对载货汽车来说，由于后轮载荷的变化常比前轮载
荷变化大3～4倍，因而如果在一定的侧向加速度下，空 载时前轮侧偏角往往比后轮侧偏角大；那么满载时后轮 侧偏角则往往比前轮侧偏角大得多。因此，加大后轴载 荷会增大汽车的过多转向的倾向，这可以说是所有汽车 的共同的特性。而载货汽车由于其后轴载荷变化幅度大， 所以重载时往往出现过多转向的倾向。
车辆操纵稳定性(整理版)
2
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B0 0 02
Ce0tsin t
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当t
时，e0t
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1
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1 2
e0t
sin
t
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
t
B0 0 02
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0
1 2t
令 0 1 2
r
t
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
汽车理论课件 第六章 汽车的操纵稳定性
• 操纵性是指汽车能够确切地响应
驾驶员指令的能力。
• 稳定性是指汽车抵抗改变其行驶方向
的各种外界干扰（路面扰动或风扰 动），并保持稳定行驶而不失去控制， 甚至翻车或侧滑的能力。
一 汽车坐标系
• 汽车坐标系及其描述
r横摆角速度( yaw) w垂直速度
p侧倾角速度(roll ) q俯仰角速度( pitch)
汽车理论
Automobile Theory
XXXX大学车辆与动力学院
车辆与动力工程学院
School of Vehicle & Motive Power Engineering
本节课内容提要
本课程的结构、地位和要求； 汽车动力性等六大性能概念；
汽车理论学科发展情况。
车辆与动力工程学院
School of Vehicle & Motive Power Engineering
第二节 汽车转向运动学和动力学
一、无侧偏时的转向运动
cot1
co t 2
OG L
OD L
d L
1 2
2
R0
L
tan
R0
L
二、有侧偏时的转向运动
tan(
1)
AD OD
tan 2
BD OD
R
L
2 1
L R
1
2
三、转向时的受力分析
FY1
mu2 R
b L
cos
1
mu2 R
b L
FY 2
基本要求
• 纪律要求： • 作业：
车辆与动力工程学院
School of Vehicle & Motive Power Engineering
汽车理论最新版课件5.4-5.6
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。
27
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
➢双横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相 反，有增大侧偏角（绝对值）的作用。
28
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
1.试验方法
➢汽车以100km/h的速度作正弦曲线的蛇形行驶，正弦 运动的周期为5s，最大侧向加速度为0.2g。
➢车上装有转向盘转角、转向盘转矩、车速和横摆角 速度等传感器。
50
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
51
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
2.转向盘力输入方面的评价指标
52
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
➢工字形车架代表车厢，悬 挂质量为Ms。
➢工字形车架分别通过前、 后悬架的侧倾中心m01和m02 与前后轴相铰接，同时又通过 前后悬架的弹性元件分别与前、 后轴相连接。
19
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
TΦr2
TΦr1
TΦr
20
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
Fsy Fs1y Fs2y
3
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
确定侧倾中心时 ①假定车厢不动，地面和车轮相对车厢转动； ②假定车轮与地面间无相对滑动； ③对四连杆机构会用到三心定理。
O13
2Leabharlann 31➢四连杆机构中相
4
对两杆的相对运动瞬
心是相邻两杆延长线
O24
的交点。
4
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
➢非独立悬架车身侧倾时，前轮外倾角不变。
27
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
➢双横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相 反，有增大侧偏角（绝对值）的作用。
28
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
1.试验方法
➢汽车以100km/h的速度作正弦曲线的蛇形行驶，正弦 运动的周期为5s，最大侧向加速度为0.2g。
➢车上装有转向盘转角、转向盘转矩、车速和横摆角 速度等传感器。
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第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
51
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
2.转向盘力输入方面的评价指标
52
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
➢工字形车架代表车厢，悬 挂质量为Ms。
➢工字形车架分别通过前、 后悬架的侧倾中心m01和m02 与前后轴相铰接，同时又通过 前后悬架的弹性元件分别与前、 后轴相连接。
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
Fsy Fs1y Fs2y
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
确定侧倾中心时 ①假定车厢不动，地面和车轮相对车厢转动； ②假定车轮与地面间无相对滑动； ③对四连杆机构会用到三心定理。
O13
2Leabharlann 31➢四连杆机构中相
4
对两杆的相对运动瞬
心是相邻两杆延长线
O24
的交点。
4
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
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度在z轴上的分量——横摆角速度 r 等等（参看图5-1）
5
2、汽车的时域响应可分为不随时间变化的稳态响应 和随时间变化的瞬态响应。汽车等速直线行驶是一种稳态， 给汽车以方向盘角阶跃输入，一般汽车经短暂时间后便进 入等速圆周行驶，这也是一种稳态，称为方向盘角阶跃输 入下进入的稳态响应。
在等速直线行驶与等速 圆周行驶这两个稳态运动之 间的过渡过程便是一种瞬态， 相应的瞬态运动响应称为方 向盘角阶跃输入下的瞬态响 应。
9
三、人-汽车闭路系统
尽管试验得到的人-汽车闭路系统的性能真实地反映 了汽车的操纵稳定性能，但是由于进行试验的驾驶者的操 作特性起了反馈作用，所以客观性及再现性就不如开路系 统汽车的时域响应好。还应指出，人-汽车系统的操纵稳 定性只能在已具有实际车辆的条件下通过试验求得，目前 还不能做到通过理论分析与计算来进行准确的预测。所以， 在产品开发阶段，广泛应用的理论分析对象仍然只能是开 路系统汽车的时域响应。
常用方向盘角阶跃输入下的瞬态响应来表征汽车的操 纵稳定性。
7
图5-3上画出 了一辆等速行驶 汽车在t=0时,驾 驶员急速转动方 向盘至角度δsw0 并维持此转角不 变时的汽车瞬态 响应曲线
8
汽车的瞬态响应，它具有如下几个特点： （1）时间上的滞后 （2）执行上的误差 （3）横摆角速度的波动 （4）进入稳态所经历的时间
10
四、汽车试验的两种评价方法及时域响应与频率响应特 性的评价指标
汽车性能最后应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和客观评价两种方法。客观评价法 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操纵稳定性的方法。 主观评价法就是感觉评价，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 办法进行评分。
二、轮胎的侧偏现象和侧偏力-侧偏角曲线
车轮中心沿Y轴方向若作用有侧向力Fy，相应地在地 面上产生地面侧向反作用力Fy，Fy也称为侧偏力。当有地 面侧向反作用力时，若车轮是刚性的，则可能发生两种情
况：
14
（1）当地面侧向反作用力FY未超过车轮与地面间的附着 极限时，车轮与地面间没有滑动,车轮仍沿其本身平面 的 cc 方向行驶（图5-6）；
6
汽车的等速圆周行驶，即汽车方向盘角阶跃输入下进 入的稳态响应。一般也称它为汽车的稳态转向特性，汽车 的稳态转向特性分为三种类型：不足转向、中性转向和过 多转向。操纵稳定性良好的汽车应具有适度的不足转向特 性。一般汽车不应具有过多转向特性，也不应具有中性转 向特性，因为中性转向汽车在使用条件变动时，有可能转 变为过多转向特性。
c u
Fy
c
u
Fy
u′
△u
c
c
没有侧向滑移
有侧向滑移
图5-6 有侧向力作用时刚性车轮的滚动
横摆角速度频率响应特性：
共振峰频率f ，1HZ时的相位滞后角 稳态转向特性演示
12
§5-2 轮胎的侧偏特性
侧偏特性主要是侧偏力、回正力矩与侧偏角间的关 系，它是研究汽车操纵稳定性的基础。 一、轮胎的坐标系
13
垂直于车轮旋转轴线的轮胎中分平面称为车轮平面。
车轮平面与地平面的交线取为X轴，规定向前为正。Z轴 与地平面垂直，规定指向上方为正。Y轴在地平面上，规 定面向车轮前进方向时指向左边为正。图5-5上还画了地 面作用于轮胎的力与力矩，即地面切向反作用力Fx、地面 侧向反作用力Fy、地面法向反作用力Fz，以及地面反作用 力绕Z轴的力矩——回正力矩Tz等等。图中还画出了侧偏 角a与外倾角γ
此外，还有一个方向盘角阶跃输入Fra bibliotek时域响应的综合 性评价指标，这个评价指标称为汽车因数。
11
方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应：
稳态横摆增益曲线
r
)s
ua
.横摆角速度增益（又
称为转向灵敏度）.稳定性因数K。
方向盘角阶跃输入下的瞬态响应：
瞬态横摆响应曲线t或rr0 100%t .反应时间
衰减振动圆频率 0
系——车辆坐标系来描述的。图5-1所示固结于汽车上的 oxyz直角动坐标系就是车辆坐标系。
4
XOZ处于汽车左右对称的平面内。当车辆在水平路面上静 止状态下，x轴平行于地面指向前方。z轴通过质心指向上 方，y轴指向驾驶员的左侧，坐标系的原点O常可令其与质 心重合。与操纵稳定性有关的主要运动参量为，车厢角速
3、方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应及方向盘 角阶跃输入下的瞬态响应，就是表征汽车操纵稳定性 的方向盘角位移输入下的时域响应。回正性是一种方 向盘力输入下的时域响应。
3
横摆角速度频率响应特性是方向盘转角正弦输入下，
频率由0→时，汽车横摆角速度与方向盘转角的振幅比
及相位差的变化图形。 转向半径是评价汽车机动灵活性的物理参量。 转向轻便性是评价转动方向盘轻便程度的特性。 二、车辆坐标系与方向盘角阶跃输入下的时域响应 1、汽车的运动是借固结于运动着的汽车上的动坐标
第五章 汽车的操纵稳定性
基本内容：汽车操纵稳定性研究概述 轮胎的侧偏特性
重点：线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应分析
自学答疑：汽车操纵稳定性与悬架的关系 汽车操纵稳定性与转向角的关系 汽车操纵稳定性与传动系的关系 提高操纵稳定性的电子控制系统 汽车的侧翻
1
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。
2
§5-1 概 述
一、汽车操纵稳定性包含的内容 1、在汽车操纵稳定性的研究中，常把汽车作为一
控制系统，求出汽车曲线行驶的时域响应与频率响应 特性，并以它们来表征汽车的操纵稳定性能。
2、方向盘输入有两种形式：给方向盘作用一个角 位移，称为角位移输入，简称为角输入；给方向盘作 用一个力矩，称为力矩输入，简称为力输入。
（2）当地面侧向反作用力FY达到车轮与地面间的附着 极限时，车轮发生侧向滑动，若滑动速度为△u，车轮便 沿合成速度u’方向行驶，偏离了cc 方向。
当车轮有侧向弹性时，即使FY没有达到附着极限，车 轮行驶方向亦将偏离车轮平面cc 的方向，这就是轮胎的侧 偏现象。aa 与 cc 的夹角a，即为侧偏角。
15
5
2、汽车的时域响应可分为不随时间变化的稳态响应 和随时间变化的瞬态响应。汽车等速直线行驶是一种稳态， 给汽车以方向盘角阶跃输入，一般汽车经短暂时间后便进 入等速圆周行驶，这也是一种稳态，称为方向盘角阶跃输 入下进入的稳态响应。
在等速直线行驶与等速 圆周行驶这两个稳态运动之 间的过渡过程便是一种瞬态， 相应的瞬态运动响应称为方 向盘角阶跃输入下的瞬态响 应。
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三、人-汽车闭路系统
尽管试验得到的人-汽车闭路系统的性能真实地反映 了汽车的操纵稳定性能，但是由于进行试验的驾驶者的操 作特性起了反馈作用，所以客观性及再现性就不如开路系 统汽车的时域响应好。还应指出，人-汽车系统的操纵稳 定性只能在已具有实际车辆的条件下通过试验求得，目前 还不能做到通过理论分析与计算来进行准确的预测。所以， 在产品开发阶段，广泛应用的理论分析对象仍然只能是开 路系统汽车的时域响应。
常用方向盘角阶跃输入下的瞬态响应来表征汽车的操 纵稳定性。
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图5-3上画出 了一辆等速行驶 汽车在t=0时,驾 驶员急速转动方 向盘至角度δsw0 并维持此转角不 变时的汽车瞬态 响应曲线
8
汽车的瞬态响应，它具有如下几个特点： （1）时间上的滞后 （2）执行上的误差 （3）横摆角速度的波动 （4）进入稳态所经历的时间
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四、汽车试验的两种评价方法及时域响应与频率响应特 性的评价指标
汽车性能最后应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和客观评价两种方法。客观评价法 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操纵稳定性的方法。 主观评价法就是感觉评价，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 办法进行评分。
二、轮胎的侧偏现象和侧偏力-侧偏角曲线
车轮中心沿Y轴方向若作用有侧向力Fy，相应地在地 面上产生地面侧向反作用力Fy，Fy也称为侧偏力。当有地 面侧向反作用力时，若车轮是刚性的，则可能发生两种情
况：
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（1）当地面侧向反作用力FY未超过车轮与地面间的附着 极限时，车轮与地面间没有滑动,车轮仍沿其本身平面 的 cc 方向行驶（图5-6）；
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汽车的等速圆周行驶，即汽车方向盘角阶跃输入下进 入的稳态响应。一般也称它为汽车的稳态转向特性，汽车 的稳态转向特性分为三种类型：不足转向、中性转向和过 多转向。操纵稳定性良好的汽车应具有适度的不足转向特 性。一般汽车不应具有过多转向特性，也不应具有中性转 向特性，因为中性转向汽车在使用条件变动时，有可能转 变为过多转向特性。
c u
Fy
c
u
Fy
u′
△u
c
c
没有侧向滑移
有侧向滑移
图5-6 有侧向力作用时刚性车轮的滚动
横摆角速度频率响应特性：
共振峰频率f ，1HZ时的相位滞后角 稳态转向特性演示
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§5-2 轮胎的侧偏特性
侧偏特性主要是侧偏力、回正力矩与侧偏角间的关 系，它是研究汽车操纵稳定性的基础。 一、轮胎的坐标系
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垂直于车轮旋转轴线的轮胎中分平面称为车轮平面。
车轮平面与地平面的交线取为X轴，规定向前为正。Z轴 与地平面垂直，规定指向上方为正。Y轴在地平面上，规 定面向车轮前进方向时指向左边为正。图5-5上还画了地 面作用于轮胎的力与力矩，即地面切向反作用力Fx、地面 侧向反作用力Fy、地面法向反作用力Fz，以及地面反作用 力绕Z轴的力矩——回正力矩Tz等等。图中还画出了侧偏 角a与外倾角γ
此外，还有一个方向盘角阶跃输入Fra bibliotek时域响应的综合 性评价指标，这个评价指标称为汽车因数。
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方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应：
稳态横摆增益曲线
r
)s
ua
.横摆角速度增益（又
称为转向灵敏度）.稳定性因数K。
方向盘角阶跃输入下的瞬态响应：
瞬态横摆响应曲线t或rr0 100%t .反应时间
衰减振动圆频率 0
系——车辆坐标系来描述的。图5-1所示固结于汽车上的 oxyz直角动坐标系就是车辆坐标系。
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XOZ处于汽车左右对称的平面内。当车辆在水平路面上静 止状态下，x轴平行于地面指向前方。z轴通过质心指向上 方，y轴指向驾驶员的左侧，坐标系的原点O常可令其与质 心重合。与操纵稳定性有关的主要运动参量为，车厢角速
3、方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应及方向盘 角阶跃输入下的瞬态响应，就是表征汽车操纵稳定性 的方向盘角位移输入下的时域响应。回正性是一种方 向盘力输入下的时域响应。
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横摆角速度频率响应特性是方向盘转角正弦输入下，
频率由0→时，汽车横摆角速度与方向盘转角的振幅比
及相位差的变化图形。 转向半径是评价汽车机动灵活性的物理参量。 转向轻便性是评价转动方向盘轻便程度的特性。 二、车辆坐标系与方向盘角阶跃输入下的时域响应 1、汽车的运动是借固结于运动着的汽车上的动坐标
第五章 汽车的操纵稳定性
基本内容：汽车操纵稳定性研究概述 轮胎的侧偏特性
重点：线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应分析
自学答疑：汽车操纵稳定性与悬架的关系 汽车操纵稳定性与转向角的关系 汽车操纵稳定性与传动系的关系 提高操纵稳定性的电子控制系统 汽车的侧翻
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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。
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§5-1 概 述
一、汽车操纵稳定性包含的内容 1、在汽车操纵稳定性的研究中，常把汽车作为一
控制系统，求出汽车曲线行驶的时域响应与频率响应 特性，并以它们来表征汽车的操纵稳定性能。
2、方向盘输入有两种形式：给方向盘作用一个角 位移，称为角位移输入，简称为角输入；给方向盘作 用一个力矩，称为力矩输入，简称为力输入。
（2）当地面侧向反作用力FY达到车轮与地面间的附着 极限时，车轮发生侧向滑动，若滑动速度为△u，车轮便 沿合成速度u’方向行驶，偏离了cc 方向。
当车轮有侧向弹性时，即使FY没有达到附着极限，车 轮行驶方向亦将偏离车轮平面cc 的方向，这就是轮胎的侧 偏现象。aa 与 cc 的夹角a，即为侧偏角。
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