第5章 汽车的操纵稳定性[1]综述
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汽车操纵稳定性
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。
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 汽车上坡时的受力图图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w F 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0=j F ，加速阻力矩0=j M ，而车轮的滚动阻力矩f M 的数值相对来说比较小，可不计入。
汽车理论第五章汽车的操纵稳定性
FY一定时希望侧 偏角越小越好，所以
|k| 越大越好。
侧偏特性是轮胎极其 重要的特性，是研究 和分析汽车的操纵稳 定性的力学基础。
39
第二节 轮胎的侧偏特性
三、轮胎结构、工作条件对侧偏特性的影响
1) 轮胎的尺寸、型式和结构参数对侧偏刚度有显著影响。
大尺寸轮胎
大尺寸轮胎
子午线轮胎
侧偏刚度大
钢丝子午线轮胎
汽车理论
第二十四讲
主讲教师：杨志华
学时：48
第五章汽车的操纵稳定性
➢汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳 的情况下，汽车能遵循驾驶者通过转向系统及转向车轮给定 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。 （操纵+稳定）
➢汽车的操纵稳定性是汽车主动安全性的重要评价指标。
返回目录 2
第五章 汽车的操纵稳定性
第一节 概述
➢本节将介绍汽车操纵稳定性包含的内容、车辆坐 标系、转向盘角阶跃输入下的时域响应特性等。
➢本节还将介绍操纵稳定性的研究方法及试验评价 方法。
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第一节 操纵稳定性概述
一、操纵稳定性包含的内容
汽车的操纵稳定性研究内容较广泛，涉及较多的评价指标。 下面做简要介绍。
汽车轮胎
5）外倾时产生的回正力矩
摩托车轮胎
65
第二节 轮胎的侧偏特性
66
第二节 轮胎的侧偏特性
本节内容结束
下一节
67
汽车理论
第二十八讲
主讲教师：杨志华
学时：48
第五章 汽车的操纵稳定性
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输
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，分析汽车的稳态响应特性、瞬态响应特性和频率响
|k| 越大越好。
侧偏特性是轮胎极其 重要的特性，是研究 和分析汽车的操纵稳 定性的力学基础。
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第二节 轮胎的侧偏特性
三、轮胎结构、工作条件对侧偏特性的影响
1) 轮胎的尺寸、型式和结构参数对侧偏刚度有显著影响。
大尺寸轮胎
大尺寸轮胎
子午线轮胎
侧偏刚度大
钢丝子午线轮胎
汽车理论
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第五章汽车的操纵稳定性
➢汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳 的情况下，汽车能遵循驾驶者通过转向系统及转向车轮给定 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。 （操纵+稳定）
➢汽车的操纵稳定性是汽车主动安全性的重要评价指标。
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第五章 汽车的操纵稳定性
第一节 概述
➢本节将介绍汽车操纵稳定性包含的内容、车辆坐 标系、转向盘角阶跃输入下的时域响应特性等。
➢本节还将介绍操纵稳定性的研究方法及试验评价 方法。
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第一节 操纵稳定性概述
一、操纵稳定性包含的内容
汽车的操纵稳定性研究内容较广泛，涉及较多的评价指标。 下面做简要介绍。
汽车轮胎
5）外倾时产生的回正力矩
摩托车轮胎
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第二节 轮胎的侧偏特性
66
第二节 轮胎的侧偏特性
本节内容结束
下一节
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第五章 汽车的操纵稳定性
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输
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，分析汽车的稳态响应特性、瞬态响应特性和频率响
汽车性能与使用5-汽车操纵稳定性
5.3操纵稳定性试验
• 5.3.1路试 • （1）转向轻便性试验：10km/h蛇行（双纽线）
试验：测试转向盘最大转矩、转向盘最大作用 力、转向盘作用功。 • （2）稳态转向特性试验： （1）固定转向盘转 角，等速圆周行驶划圆试验）：车速、转向盘 转角，车身横摆角速度 • （2）固定侧向加速度，测定转向盘转角、车 速、车身横摆角速度。定转向盘转角
5.1.4汽车稳态转向特性
• 同样的前轮转角，弹性车轮 由于侧偏特性，其转向半径 与刚性车轮转向半径有差别。 汽车表现出的不同的转向特 性，称为汽车稳态转向特性
，，则则2
，称汽车具有中性转向特性；
R R ，称汽车具有不足转向特性：
，称汽车具有过多0 转向特性；
1 2
• 5.2.4车轮定位 • （1）主销后倾 • （2）主销后倾 • （3）车轮侧偏回正力矩 • 轮胎发生侧偏时会产生作用于轮胎绕轴的回正力矩，是圆周行驶时使转向车
轮恢复到直线行驶位置的主要恢复力矩。 • （4）前轮回转半径为负值
5.2汽车操纵稳定性的影响因素
• 5.2.5电子控制系统 • （1）电控助力转向 • （2）四轮转向： • 同相转向； • 逆相转向 • （3）稳定控制系统 • （4）巡航控制系统
为使汽车具有合理的转向特性
• 总体布置设计中应注意重心的位置，使用中也应 注意重心的位置
• 轮胎的结构形式和气压对侧偏刚度都有较大的影 响，子午线轮胎比斜交轮胎的侧偏刚度大（不允 许不同类型的轮胎装在同一台汽车上）。
• 轮胎的充气压力越大其侧偏刚度也越大。故相对 某种车型而言，以上各方面应合理匹配，以确保 汽车的不足转向性，使乏有良好的操纵稳定性。
R R0
1 2
R R0
汽车理论---第五章汽车操纵稳定性pt(1)分析解析
ΔF Kl 2k s Δs
9
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。
18
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。
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
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
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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
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Gu 2
FZ n Qm
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m FZ ks ss n
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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 ' ' 。
' ' '
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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
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_操纵稳定性
正的侧偏角，因此，k为负值。 侧偏刚度是决定操纵稳定性的重要轮胎参数。轮
胎应有高的侧偏刚度，以保证汽车良好的操纵稳定 性。
小型轿车：k=-28000～-80000N/rad。 在FY较大时，随着k的增加，α增长很快，这是因 为FY接近Fφ时，轮胎在接地处已发生部分侧滑。
§5-2 轮胎的侧偏特性
三、影响轮胎侧偏特性的因素 轮胎的尺寸、型式和结构参数对侧偏刚度有显著
④ay<0.4g，轮胎侧偏特性处于线 性范围。
⑤驱动力不大，不考虑地面切向 力对轮胎侧偏特性的影响
§5-3 汽车的转向特性
2. 汽车模型的运动微分方程
k1 、 k2—前后轴侧偏刚度 β—质心的侧偏角 u—前进速度 ωr—横摆角速度 δ—前轮转角 IZ—汽车绕Z轴的转动惯量
v —侧向加速度
r —横摆角加速度
B.R／R0<1 K<0 过多转向 1.C. R／R0>1 K>0 不足转向
§5-3 汽车的转向特性
三、 汽车的瞬态响应特性
1.反应时间τ 应小些，比较好 2.峰值反应时间ε 越小越好 3.超调量 r1r010% 0 越小越好 4.横摆角速度ωr波动时的固 有圆频率ω0 应高些较好 5.稳定时间σ 越短越好
( k 1 k 2 ) u 1 ( a 1 b k 2 )k r k 1 m ( v u r )
( a 1 b k 2 )k u 1 ( a 2 k 1 b 2 k 2 )r a 1 k I Z r
§5-3 汽车的转向特性
二、 汽车的稳态响应特性
1.稳态响应（Steady State）
的影响。尺寸较大的轮胎有较高的侧偏刚度。 1.扁平率（H／B×100%）
H／B越小，侧偏刚度越大。
胎应有高的侧偏刚度，以保证汽车良好的操纵稳定 性。
小型轿车：k=-28000～-80000N/rad。 在FY较大时，随着k的增加，α增长很快，这是因 为FY接近Fφ时，轮胎在接地处已发生部分侧滑。
§5-2 轮胎的侧偏特性
三、影响轮胎侧偏特性的因素 轮胎的尺寸、型式和结构参数对侧偏刚度有显著
④ay<0.4g，轮胎侧偏特性处于线 性范围。
⑤驱动力不大，不考虑地面切向 力对轮胎侧偏特性的影响
§5-3 汽车的转向特性
2. 汽车模型的运动微分方程
k1 、 k2—前后轴侧偏刚度 β—质心的侧偏角 u—前进速度 ωr—横摆角速度 δ—前轮转角 IZ—汽车绕Z轴的转动惯量
v —侧向加速度
r —横摆角加速度
B.R／R0<1 K<0 过多转向 1.C. R／R0>1 K>0 不足转向
§5-3 汽车的转向特性
三、 汽车的瞬态响应特性
1.反应时间τ 应小些，比较好 2.峰值反应时间ε 越小越好 3.超调量 r1r010% 0 越小越好 4.横摆角速度ωr波动时的固 有圆频率ω0 应高些较好 5.稳定时间σ 越短越好
( k 1 k 2 ) u 1 ( a 1 b k 2 )k r k 1 m ( v u r )
( a 1 b k 2 )k u 1 ( a 2 k 1 b 2 k 2 )r a 1 k I Z r
§5-3 汽车的转向特性
二、 汽车的稳态响应特性
1.稳态响应（Steady State）
的影响。尺寸较大的轮胎有较高的侧偏刚度。 1.扁平率（H／B×100%）
H／B越小，侧偏刚度越大。
汽车理论课件-汽车的操纵稳定性
極限側向加速度 極限車速
發生側滑時的 控制能力
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
評價參量
回至原來路徑 所需時間
操縱穩定性包含的內容
*
汽車理論
第二十五講
主講教師：楊志華
學時：48
第一節 操縱穩定性概述
二、車輛坐標系與轉向盤角階躍 輸入下的時域回應
1.車輛坐標系
右手系
*
第一節 操縱穩定性概述
2.穩態回應特性
➢汽車直線行駛時，急速轉動轉向盤至某一轉角時，停止轉 動轉向盤並維持此轉角不變，即給汽車以轉向盤角階躍輸入。
*
第一節 操縱穩定性概述
2.橫擺角速度頻率回應特性
轉向盤轉角正弦輸 入下，頻率由0→∞變 化時，汽車橫擺角速 度與轉向盤轉角的振 幅比及相位差的變化 規律。
評價參量
➢共振峰頻率。 ➢共振時振幅比。 ➢相位滯後角。 ➢穩態增益。
操縱穩定性包含的內容
*
第一節 操縱穩定性概述
3.轉向盤中間位置操縱穩定性
*
第一節 操縱穩定性概述
瞬態回應的評價指標
1）時間上的滯後
2）執行上的誤差 （ωr1/ωr0）×100％
稱為超調量
3）橫擺角速度的波動 波動的ω ＝2π/T , 取
決於汽車的結構參數
4）進入穩態所經歷 的時間σ
*
第一節 操縱穩定性概述
三、操縱穩定性的研究方法
將汽車作為開路控制系統 人—汽車系統作為閉路系統
轉向盤小轉角、低頻 正弦輸入下，汽車高速 行駛時的操縱穩定性。
評價參量
4.回正性
➢轉向靈敏度。 ➢轉向盤力特性。 ➢轉向功靈敏度。
轉向盤力輸入 下的時域回應。
評價參量
➢回正後剩餘橫擺角 速度與剩餘橫擺角。
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。
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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。 此外，还有一个方向盘角阶跃输入下时域响应的综合 性评价指标，这个评价指标称为汽车因数。
变速演示
§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
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
方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应： r 稳态横摆增益曲线 ) 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： r 瞬态横摆响应曲线 t或 100% t .反应时间 r0 衰减振动圆频率0
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
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 度为z轴上的分量——横摆角速度 r 等等（参看图5-1）
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。
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。 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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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
FY-曲线在 =0。处的斜率称为侧偏刚度k，FY=ka 显然轮胎的最大侧偏力决定于附着条件，即垂直载荷。
三、轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响 尺寸较大的轮胎有较高的侧偏刚度。 轮胎断面高 H与轮胎断面宽 B之比H/B×100% 称为扁 平率。 垂直载荷增大后，侧偏刚度随垂直载荷的增加而加大， 但垂直载荷过大时，轮胎产生很大的径向变形，侧偏刚 度反而有所减小。 轮胎的充气压力对侧偏刚度也有显著影响。随着气压 的增加，侧偏刚度增大，但气压过高后刚度不再变化。 行驶车速对侧偏刚度的影响很小。
当纵向力相当大时，侧偏力显著下降。因为此时接近 附着极限，切向力已耗去大部分附着力，而侧向能利用的 附着力很少。由图还可看出，这组曲线的包络线接近于一 椭圆，一般称为附着椭圆。 路面有薄水层时，由于滑水现象（hydroplaning）,会 出现完全丧失侧偏力的情况 四、回正力矩——绕OZ轴的力矩 Tz是使转向车轮回复到直线行驶位置的主要恢复力矩 之一，称为回正力矩。
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：
（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）；
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
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
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
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 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。
第五章 汽车的操纵稳定性
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。
§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。 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。
（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。 的夹角a，即为侧偏角。 aa 与 cc
变速演示
§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
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
方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应： r 稳态横摆增益曲线 ) 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： r 瞬态横摆响应曲线 t或 100% t .反应时间 r0 衰减振动圆频率0
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
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 度为z轴上的分量——横摆角速度 r 等等（参看图5-1）
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。
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。 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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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
FY-曲线在 =0。处的斜率称为侧偏刚度k，FY=ka 显然轮胎的最大侧偏力决定于附着条件，即垂直载荷。
三、轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响 尺寸较大的轮胎有较高的侧偏刚度。 轮胎断面高 H与轮胎断面宽 B之比H/B×100% 称为扁 平率。 垂直载荷增大后，侧偏刚度随垂直载荷的增加而加大， 但垂直载荷过大时，轮胎产生很大的径向变形，侧偏刚 度反而有所减小。 轮胎的充气压力对侧偏刚度也有显著影响。随着气压 的增加，侧偏刚度增大，但气压过高后刚度不再变化。 行驶车速对侧偏刚度的影响很小。
当纵向力相当大时，侧偏力显著下降。因为此时接近 附着极限，切向力已耗去大部分附着力，而侧向能利用的 附着力很少。由图还可看出，这组曲线的包络线接近于一 椭圆，一般称为附着椭圆。 路面有薄水层时，由于滑水现象（hydroplaning）,会 出现完全丧失侧偏力的情况 四、回正力矩——绕OZ轴的力矩 Tz是使转向车轮回复到直线行驶位置的主要恢复力矩 之一，称为回正力矩。
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：
（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）；
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
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
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
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 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。
第五章 汽车的操纵稳定性
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。
§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。 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。
（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。 的夹角a，即为侧偏角。 aa 与 cc