15-4汽车操纵稳定性与悬架、转向系

二自由度模型忽略了前、后轴及左、右轮载荷变化、车轮外倾角、悬架导向杆系及悬架变形对轮胎侧偏角的影响。

因此，轮胎弹性侧偏角绝对值的大小取决于整车质心位置和轮胎既无外倾角也无载荷变化下的侧偏刚度。

5.4 汽车操纵稳定性与悬架、转向系roll steer angle compliance steer angle1 弹性侧偏角:垂直载荷和外倾角变动产生弹性侧偏角.2 侧倾转向角:侧向力使车厢外倾导致转向杆系运动而产生前轮平面围绕主销的转动.3 变形转向角:侧向力使车厢外倾导致悬架杆系变形而产生的后轮围绕地面轴线的转动.E车身侧倾轴线：车厢相对地面转动时瞬时轴线。

E侧倾中心：侧倾轴线通过车厢在前后轴处横断面的瞬时转动中心。

roll center E侧倾中心位置由悬架导向机构所决定。

E解析和图解两种方法求侧倾中心。

E图解法利用可逆原理。

假设车厢不动而地面相对车厢发生转动，求出地面相对车厢的瞬时转动中心。

它也是车厢的侧倾中心。

O m:恢复力。

架给车厢的总弹性时，单位车厢位移下悬在地面上作垂直运动悬架线刚度：车轮保持rrd dT K ΦΦ=dSdQ K S =ts s s 'zs s 'z ts str S )n m (k S nmk F m S k Qm n F S n mS m S n S ΔΔΔΔΔΔΔΔΔΔϕΔ2=======t -tire s -spring车身质量非悬挂质量'Δ=δQ虚位移法确定单横摆mQOm臂独立悬架的线刚度1 = (Gs + Gu ) 2 δQ = δSs ks Fz'δϕ rGu 2δS sδFz' δS t = δQ δS s Gs δS t δS s ' ' δ Fz = δ Q Fz n δS t δSt δS s δϕ r = = kl δS δS t = k sδS s s n m 2 δFz δS t δS s 2 ' Gu ' kl = 2k s ( ) （Fz－ + δFz )δSt − (Q + δQ )δS s = 0 δS t 2 mn11/81KΦrdT = dΦ rdΦr悬架侧倾角刚度OmB dΦr 2dΦrK ΦrdQ1 2 = kl′B 2dQdQ = kl′dsBdT B B B = dQ = kl′ dΦ r 2 2 2 2δS s 2 ⎛m⎞ kl′ = k s ( ) = ks ⎜ ⎟ δS t ⎝n⎠2B ds ≈ dΦ r 2 1 dT = k l′B 2 d Φ r 2 1 ′B 2 K Φr = kl 2 Bm 2 1 = ks ( ) n 212/81Φr车厢侧倾角：车厢在侧向力的作用下绕侧倾 轴线的转角。

车厢侧倾角是操纵稳定性和汽车平顺性的重 要参数，是操纵稳定性的重要评价指标。

侧倾角 Φ r 影响汽车 ω r 的动态和稳态响应。

Φ r 过大，会使驾驶员感觉不稳定、不安全、 不舒服。

Φr 过小，在不平路面车厢冲击大。

汽车稳态圆周运动时，车厢的侧倾角为TΦ r Φ r = f (TΦ r , ∑ K Φ r )＝ ∑ K Φr13/81u Fsy = ms R2Gs hsOm1TΦrI = Fsy hh ≈ hs − HN h1 L2 s + h2 L1 s ) = hs − ( L2hHOm 2h2 h1NL1 sLL2 sa y国际单位 m / s ,工程单位 9.81m / s14/812TΦr = Gs e ≈ Gs hΦrΦrehOm Gse ≈ hΦ r15/811 Fl = Fr = r 2 NG KF ' TΦ rIII = − F r EF = − Fuy r NG ( h0 − r ) KF = r NG TΦ rIII = − Fuy ( h0 − r )16/811 Δ FY = Fuy 2FuyFr NG =Fuy 2r TΦ rIIIKF KF (h0 − r ) = = − F r EF = − Fuy r r NG NG'ms gFl 'Eh0 − rK FFuy 2OmKF' rrFrrN GNFuy 2GFl h 0 FΔFz ΔFYΔFYΔFY =17/81TΦrIII = − Fuy (h0 − r )ΔFz1 Fuy 2侧倾力矩由悬挂质量离 心力引起的侧倾力矩 TΦrI 由悬挂重力引起的侧倾 力矩 TΦrII 由非悬挂质量重力引起 的侧倾力矩 TΦrIIITΦr = TΦrI + TΦrII + TΦrIII18/81Fs1 yTΦr1hu1Fsy hϕ GsFu1 yΦrh1ΔF1lB1ΔF1rLFsyL1 sL2 sFs 2 yh2Fs 2 y Fu 2 yTΦr 2hu 2B219/81Fs1 yΔF2lΔF2 rFsy = Fsy 1 + Fsy 2 Fsy 1 Fsy 2 L2 s = Fsy L L1 s = Fsy L悬架作用于车身的恢复力矩T Φ r1 = K Φ r1Φ TΦ r 2 = K Φ r 2 Φr rL2 s ΔFz 1 B1 = Fsy h1 + TΦ r 1 + Fu1 y hu1 L L1 s ΔFz 2 B2 = Fsy h2 + TΦ r 2 + Fu 2 y hu 2 L20/81G4当车轮的外倾倾斜方向与地面的侧向反作用力相一致时，侧偏角绝对值减小；反之，则增大。

4车轮外倾角的增加使车轮的侧向附着性能降低，汽车极限侧向加速度减小。

4车厢侧倾时，车轮相对地面的侧倾角由车轮相对车厢的外倾角和车厢相对地面的侧倾角组成。

4车轮相对地面的外倾角求法：假想让车厢不，这样就动，令地面相对车厢转动一个角度Φr可根据悬架导向杆系的运动学关系，找出车轮相对车厢的相对转动角度，然后让车厢与地面一起，此时地面回复到原来状态，即可确定回转Φr外倾角的数值。

车厢侧倾时车轮外倾角的变化单纵臂非独立悬架双横臂烛式单横臂，a y较小单横臂，a y较大侧倾转向是在侧向力作用下，车厢发生侧倾，而引起车轮偏转，即车轮围绕垂直轴线或转向节主销转动。

后轴转向是因悬架杆系的运动学关系所产生的车轮转向角。

侧倾干涉转向是转向轴因转向杆系和悬架杆系运动学关系干涉所产生的车轮转向角变动。

轴转向是发生侧倾转向时，车轴发生的绕垂直轴线的转动。

运动学侧偏是车轴和车轮围绕垂直轴线的转动与轮胎侧偏之效果一样。

dδ δ = Φr dΦ r dz dΦ r = Bp / 2 dδ dx = = tgθ dΦ r dz侧倾转向系数 dx dδ = Bp / 2dΦ rdzδ = Φ r tgθQ dθΔF1lBpΔF1rθ(a )Bpdδdxdza0dx(C ) (b)31/81dδ δ = Φr dΦ r dz dΦ r = Bp / 2 dδ dx = = tgθ dΦ r dz侧倾转向系数 dx dδ = Bp / 2δ = Φ r tgθ32/81变形转向：悬架导向杆系元件在各种力和力矩 作用下的弹性变形可能引起车轮围绕转向节主 销或垂直地面的轴线的转动。

FY ∂δ δ c＝ 1000 ∂FYFY∂δ 侧向力变形转向系数 ∂FY33/81δ a1Tz Tzδ a2TzTz1 ∂δ δ α＝ Nα T 100 ∂T ∂δ 回正力矩变形转向系数 ∂T N α 回正力矩系数在回正力矩作用 下,车轮和悬架 均发生变化34/81侧倾时，转 向系统与悬 架的运动干 涉将引起转 向轮侧倾干 涉转向。

ΔFZ35/81转向系刚度：由转向盘至转向车轮 之间，包括转向机、传动杆系、固 定座在内的刚度。

在一定的转向盘转角下，转向系刚 度低，转向轮的变形转向角大，增 加了汽车的不足转向趋势；反之， 若刚度大，则不足转向的趋势变 小。

为了获得良好的路感，转向系的刚 度应高一些。

特别是在转向盘在中 间位置小转角范围内应有尽可能高 的刚度。

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