汽车操纵稳定性
汽车的操纵稳定性详解
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。
汽车操作稳定性ppt
02
电动车辆对操作稳定的改进
电动车辆可以通过优化动力系统和悬挂系统设计，提高车辆的操作稳定性，减少振动和摆动。
未来汽车操作稳定性研究方向
深入研究车辆动力学模型，建立更加精确的模型，为操作稳定性控制提供基础。
车辆动力学建模
控制算法优化
传感器融合技术
人机协同控制
深入研究先进控制算法，提高控制精度和响应速度，提高车辆的操作稳定性。
悬挂系统
悬挂系统连接车轮与车身，并负责缓冲路面不平整引起的冲击。独立悬挂和非独立悬挂是两种主要的悬挂系统类型。
转向系统与悬挂系统
车辆动力学研究的是车辆在运动过程中的受力情况，包括重力、惯性力、摩擦力和空气阻力等。
车辆动力学
车辆控制系统是现代汽车的标配，它可以帮助驾驶员更好地控制车辆的行驶状态。ABS、ESP等都是常见的车辆控制系统。
这些新型悬挂系统技术的应用可以显著提高车辆的操控性能和行驶安全性。
例如，电子稳定控制系统（ESC）可以通过传感器检测车辆的动态状态，并通过制动和发动机扭矩干预来调整车辆行驶轨迹。
案例三：新型悬挂系统对操作稳定性的提升
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THANKS
路况因素
车辆结构
车辆的结构设计不合理，如悬挂系统、制动系统等，会导致车辆在行驶过程中产生晃动、摆动等问题，影响操作稳定性。
影响操作稳定性的因素
驾驶员技能
驾驶员的技能水平不足，如对车辆性能不了解、驾驶技巧不熟练等，会导致在行驶过程中出现操作失误、过度操纵等问题，影响操作稳定性。
路况条件
道路的坡度、弯度、路面质量等都会影响车辆的操作稳定性。例如，在湿滑路面行驶时，路面摩擦系数降低，车辆容易打滑，影响操作稳定性。
定义
操作稳定性是评价车辆性能的重要指标之一，直接关系到车辆的行驶安全和乘坐舒适性。
汽车操纵稳定性的影响因素分析
汽车操纵稳定性的影响因素分析首先，车身结构是影响汽车操纵稳定性的重要因素之一、车身结构的稳定性直接影响汽车在行驶过程中的稳定性。
在现代汽车中，多采用刚性车身结构，通过增加车身承受力和减小车身变形来提高操纵稳定性。
此外，也可以通过设置加强材料和合理的技术来增强车身结构的稳定性。
其次，悬挂系统也是影响汽车操纵稳定性的重要因素之一、悬挂系统是汽车传递和吸收路面不平衡的重要组成部分。
合理的悬挂系统可以提供更好的动力传递和路面适应能力，从而增强汽车的操纵稳定性。
常见的悬挂系统包括独立悬挂、麦弗逊悬挂和多连杆悬挂等。
每种悬挂系统都有其特点和适用范围，根据车辆的具体需求选择合适的悬挂系统可以提高操纵稳定性。
此外，轮胎也是影响汽车操纵稳定性的重要因素之一、轮胎是汽车与地面直接接触的部分，其对操纵稳定性的影响非常明显。
轮胎的胎压、胎面宽度、花纹设计等都会对汽车的操纵稳定性产生影响。
保持合适的轮胎胎压和选择适合路面状况的轮胎类型可以提高汽车的操纵稳定性。
此外，制动系统和转向系统也会对汽车的操纵稳定性产生影响。
制动系统的性能直接影响汽车在制动过程中的稳定性，制动系统工作正常、制动力分配合理可以提高汽车的操纵稳定性。
转向系统的灵活性和准确性对汽车的操纵稳定性也有很大的影响，一个优秀的转向系统可以提供更好的转向操控性能，从而提高操纵稳定性。
最后，车辆动力系统也是汽车操纵稳定性的影响因素之一、动力系统的平衡性和输出能力直接影响汽车在行驶过程中的稳定性。
一个动力系统输出平稳、动力响应灵敏的汽车会具有更好的操纵稳定性。
综上所述，影响汽车操纵稳定性的因素有车身结构、悬挂系统、轮胎、制动系统、转向系统和车辆动力系统等。
通过合理选择车辆的配置和维护保养车辆的各个部分，可以提高汽车的操纵稳定性，保证驾驶员和乘客的安全。
《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
（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。
教学课件：第六章-汽车的操纵稳定性
对比仿真结果与实验结果，验证仿真模型的准确性和 有效性，为优化设计提供依据。
06
总结与展望
本章总结
操纵稳定性定义
汽车的操纵稳定性是指驾驶员按照自己的意愿操纵汽车行驶方向和行驶状态的能力，同时 要求汽车能按驾驶员的意图保持稳定的行驶状态，且在行驶过程中具有良好的抗干扰能力 及自动回正能力。
教学课件：第六章-汽车 的操纵稳定性
• 引言 • 汽车操纵稳定性基础知识 • 汽车操纵稳定性分析方法 • 汽车操纵稳定性试验与评价 • 汽车操纵稳定性优化设计 • 总结与展望
01
引言
课程介绍
汽车操纵稳定性是汽车动力学的一个 重要研究方向，涉及到汽车行驶时的 操控性能和稳定性。
本章将介绍汽车操纵稳定性的基本概 念、研究方法以及相关实验，为后续 章节的学习打下基础。
线性二自由度汽车模型通过建立线性微分方程来描述汽车的动态行为，使得数学分 析变得相对简单。
线性二自由度汽车模型广泛应用于汽车操纵稳定性分析和控制系统的设计。
线性二自由度汽车的操纵稳定性分析
横摆运动分析
横摆运动是指汽车绕垂直于地面 的轴线的旋转运动，主要受到前 轮转角、侧向加速度和侧向风的 影响。
侧倾运动分析
影响操纵稳定性的因素
汽车的结构设计、悬挂系统、转向系统、轮胎等都会影响汽车的操纵稳定性。
操纵稳定性评价
通过一系列试验和评价指标来评价汽车的操纵稳定性，如蛇形试验、转向盘角阶跃试验、 稳态回转试验等。
下章预告
第七章内容概述
介绍汽车制动系统的基本组成和 工作原理，以及制动性能的评价 指标和试验方法。
重点与难点
汽车操纵稳定性评价标准
横摆角速度标准
根据不同车速和转向盘转 角下的横摆角速度值，制 定相应的评价 角下的侧向加速度值，制 定相应的评价标准。
汽车操纵稳定性标准
汽车操纵稳定性标准汽车操纵稳定性是指汽车在行驶过程中对驾驶员操纵指令的响应和车辆稳定性的表现。
操纵稳定性标准是衡量汽车安全性能的重要指标之一，对于保障驾驶员和乘客的安全具有重要意义。
首先，汽车操纵稳定性标准受到多种因素的影响。
其中，车辆的悬挂系统、转向系统、制动系统、轮胎和车辆质量等都会对操纵稳定性产生影响。
悬挂系统的设计和调校直接影响了车辆在转弯时的稳定性和平顺性，转向系统的精准度和灵敏度会影响驾驶员对车辆方向的控制，而制动系统的灵敏度和制动距离则直接关系到车辆的操纵安全性。
此外，轮胎的抓地力和车辆质量的分布也会对操纵稳定性产生重要影响。
其次，为了保障汽车操纵稳定性的标准，制定相应的技术规范和测试标准是非常必要的。
在技术规范方面，需要对汽车的悬挂系统、转向系统、制动系统等进行详细的设计要求和性能指标，确保其能够满足操纵稳定性的要求。
在测试标准方面，需要建立相应的测试方法和测试流程，对车辆在不同路况和操纵条件下的操纵稳定性进行全面的测试评估。
只有通过严格的技术规范和测试标准，才能够确保汽车的操纵稳定性达到标准要求。
此外，对于汽车操纵稳定性标准的监督和管理也是非常重要的。
相关部门需要建立健全的监督体系，对汽车制造企业进行定期的检查和评估，确保其生产的汽车能够符合操纵稳定性标准。
同时，还需要建立消费者投诉和举报机制，让消费者能够及时反映汽车操纵稳定性方面的问题，从而促使企业改进产品质量，保障消费者的安全。
总之，汽车操纵稳定性标准是保障汽车安全性能的重要指标，需要综合考虑车辆的悬挂系统、转向系统、制动系统、轮胎和车辆质量等多个因素，制定相应的技术规范和测试标准，并建立健全的监督和管理体系。
只有这样，才能够确保汽车在行驶过程中具有良好的操纵稳定性，保障驾驶员和乘客的安全。
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主销内倾
定义：当汽车水平停放时，在汽车的横向垂面内，主销轴线与地面垂线的夹 角β为主销内倾角。 作用：①自动回正作用（尤其是在静态下） ②转向轻便
当转向轮在外力作用下绕主
销旋转(假设旋转180°，即 由图b中左边位置转到右边 位置)而偏离中间位置时， 由于主销内倾，车轮的最低 点将陷入路面以下h处，即 车轮必须将路面压低距离h 后才能旋转过来，但实际上
反力 Y 对车轮形成饶主销轴线作用的力矩 M〓F× L，其方向正好与车轮偏转方向相 反。在此力矩作用下，将使车轮回复到原 来中间位置，从而保证汽车能稳定地直线 行驶，故此力矩称为稳定力矩（回正力 矩）。
同理：在汽车转向后的回正过程中，此力矩具有帮助驾 驶员使转向车轮回正的作用，使汽车转向后回正操纵轻 便
（A）若轮胎内倾，路面垂直反力F 产生的分力F2向外，增加了轮胎脱 出的可能性。（说明汽车超载是很 危险的，它会大大增加轮胎内倾的 可能性，造成轮胎甩出） （B）轮胎垂直于地面，路面垂直 反力F ，不产生分力。（说明：汽 车要按规定装载，因为有了前轮外 倾，汽车满载后，轮胎基本上垂直 于地面。） （C）只有轮胎外倾，路面垂直反 力F产生的分力F2向内，使得轮胎 紧紧靠在转向节上，提高了轮胎的 工作安全性。
作用：
形成回正力矩，保证汽车直线行驶的稳定性， 并使汽车转向后回正操纵轻便。
（即在动态下车轮有自动回正作用， 且车速越高，回正作用越大）。
分析： 当汽车直线行驶时，若转向轮偶然受到外 力作用而稍有偏转（例如向右偏转，如图 中箭头所示），将使汽车行驶方向向右偏 离。这时由于汽车本身离心力的作用，在 车轮与路面接触点 b处，路面对车轮作用 着一个侧向反作用力Y。
轮胎发生侧偏时，还会产生作用于绕oz轴的力 矩Tz ，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。
说明红色部分受到的侧偏 力比绿色部分受到的侧偏
力大
表示轮胎在地面 印迹上侧偏力的 分布，前后对称
且其横摆角速度增益为与轴距L相等的中性转向汽车横摆角速 度增益的一半。uch称作特征车速，当不足转向量增加时，K 增大，特征车速uch降低。
1、 瞬态响应
1、 瞬态响应
通常也用瞬态响应中的几个参数来表征响应品质的好坏
固有圆频率ωo(单位：弧度/秒)的物理意义：如图，沿曲线上下波动的 振动频率，即ωr以频率ωo在 ωrｏ值上下波动
评价汽车的瞬态响应好不好，依据是什么？ 是大的好还是小的路面之下，
而是车轮连同整个汽车前部 被向上抬起相应高度h。一 旦外力消失，转向轮就会在
汽车前部重力作用下力图自 动回正到旋转前的中间位置
➢由于主销内倾， 转向时，路面作用在 转向轮上的阻力对主销轴线产生的力矩 减小，从而可减少转向时驾驶员施加在 转向盘上的力，使转向操纵轻便
线行驶稳定性的作用.
❖ 区别： 主销后倾角的回正作用随着车速的增高而增大，而主销 内倾的回正作用几乎与车速无关。 主销内倾角越大、转向轮偏转角越大，汽车前部就抬起 得越高，转向轮自动回正的作用就越大。
前轮外倾
1、定义：在汽车的横向平面内，前轮中心平面向外倾斜一个角度α，称 为前轮外倾角。
2．功用 车轮外倾角的功用是提高车轮工作的安全性和转向操纵的轻便性。
什么叫做微分方程的稳定性？即方程的解什么情况下是稳定的?
单横臂独立悬架车厢上的侧倾中心
根据杠杆原理
转向桥
转向轮定位
一、概述：
为了保证汽车直线行驶的稳定性和操纵的轻便性，减少轮胎和其他机 件的磨损， 汽车的四个车轮并不是垂直于地面的，必须考虑许多因素 来确定车轮与地面的角度，即车轮定位。 转向轮定位，就是汽车的每个转向轮、转向节和车桥与车架的安装应 保持一定的相对位置。
❖ 对于两端装有主销的转向桥，汽车转向时，转向车轮会围绕主销轴线偏 转， 但在大多数断开式转向桥中没有主销，采用上、下球头销代替主销， 上、下球头销球头中心的连心线相当于主销轴线，
二、前轮定位参数：
前轮定位参数有四个：主销后倾、主销内倾、前轮外倾、前轮前束
•主销后倾定义：当汽车水平停放时，在汽车 的纵向垂面内，主销上部向后倾斜一个角度r, 称为主销后倾角。
但此力矩也不宜过大，否则在转向时为 了克服此稳定力矩，驾驶员须在转向盘 上施加较大的力（即所谓转向盘沉重）。 因稳定力矩的大小取决于力臂 l 的数值， 而力臂又取决于后倾角 r 的大小，因此， 为了不使转向盘沉重，主销后倾角r 不宜 过大。现在γ一般采用不超过 2-3°的后 倾角。
现代高速汽车由于轮胎气压降低、弹性 增加（因采用扁平低压胎，轮胎变形增 加），而引起稳定力矩增加，因此 r 可 以减小至或接近于零，甚至为负。 γ安装时予以保证，一般不可调。
什么是操纵稳定性？
定义：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 方向行驶，且当受到外界干扰时，汽车能抵抗干 扰而保持稳定行驶的能力
意义 操纵方便性 高速安全性
行驶方向 干扰 直线 路不平 侧风 转弯 货物或乘客偏载
双移线实验
第二节 轮胎的侧偏特性
➢但 β 过大 ,转向时，车轮绕主销偏转 会产生较大的滑动，增加了车轮与路面 的摩擦阻力，反而造成转向沉重。
β角一般不大于8°，但有些车为了提高行驶稳定性和制动稳定性，其主销 内倾角均较大，如奥迪100型轿车14.2°；天津夏利7100型轿车12°±30ˊ。
总结： ❖ 主销后倾和主销内倾都具有使车轮自动回正及保证汽车直
一、轮胎的坐标系
轮胎静止是受到侧偏力
轮胎滚动时受到侧偏力
汽车的纵轴方向没用改变，只是 运动方向发生了变化
❖ 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