第5章 汽车的操纵稳定性

图4-1-4是一辆仪器设备安装齐全的操纵稳定性试验车的示意图。
二、操纵稳定性道路试验 1、稳态回转试验 2、蛇行试验 3、转向回正性能试验 4、转向轻便性试验 5、瞬态响应试验
稳态回转试验
1、试验的基本原理和意义
¾汽车在车速V行驶时，驾驶员以一个固定的转向盘输入，汽车产生转向运 动。根据汽车本身的固有转向特性（由汽车结构参数决定），其后若干时 间一般会出现两种现象：一种是汽车出现不稳定现象，发生激转（或称甩 尾）；另—种是转向进入稳定状态，即汽车绕某定点转动且角速度不变， 这种现象称汽车进入稳态转向。前一种情况汽车的转向特性称过多转向； 后一种情况汽车的转向特性理论上有两种：—种称中性转向，另一种称不 足转向。
蛇行试验
1、试验的目的和意义
蛇行试验属于驾驶员——汽车——外界环境组合而成的闭路系统性能 试验方法之一。这种试验方法可反映出此闭路系统进行急剧的转向能力， 同时可反映出在此种急剧转向情况下乘员的舒适性和安全性。
蛇行试验
2、引用标准 ①GB／T 12534 汽车道路试验方法通则 ②GB 3730.1 汽车和挂车的术语和定义 车辆类型 ③GB 3730.2 汽车和挂车的术语和定义 车辆质量 ④GB／T 12549 汽车操纵稳定性术语及其定义
稳态回转试验
具体试验方法：
⑴仪器设备：第五车轮、车辆动态测试仪、操纵稳定性现场数据处理系统
⑵试验步骤：
①在试验场地上，用明显颜色画出半径为15m或20m的圆周。
②试验开始之前，汽车应以侧向加速度为3m/s2的相应车速沿画定的圆周行 驶500m以使轮胎升温。
③驾驶员操纵汽车以最低稳定速度沿所画圆周行驶，待安装于汽车纵向对 称面上的车速传感器(第五轮仪)在半圈内都能对准地面所画圆周时，固定 转向盘不动，然后缓缓连续而均匀地加速（纵向加速度不超0.25m/s2）， 直至汽车的侧向加速度达到6.5m/s2（或车速不能再升高而出现甩尾、或轮 胎发出尖叫声）为止。记录整个过程。

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。

第 五 章5．1一轿车(每个)前轮胎的侧偏刚度为-50176N ／rad 、外倾刚度为-7665N ／rad 。

若轿车向左转弯，将使两前轮均产生正的外倾角，其大小为40。

设侧偏刚度与外倾刚度均不受左、右轮载荷转移的影响．试求由外倾角引起的前轮侧偏角。

答： 由题意：F Y =k α+k γγ=0故由外倾角引起的前轮侧偏角：α=- k γγ/k=-7665⨯4/-50176=0.61105．2 6450轻型客车在试验中发现过多转向和中性转向现象，工程师们在前悬架上加装前横向稳定杆以提高前悬架的侧倾角刚度，结果汽车的转向特性变为不足转向。

试分析其理论根据(要求有必要的公式和曲线)。

答： 稳定性系数：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=122k b k a L m K 1k 、2k 变化，原来K ≤0,现在K>0,即变为不足转向。

5．3汽车的稳态响应有哪几种类型?表征稳态响应的具体参数有哪些?它们彼此之间的关系如何(要求有必要的公式和曲线)？ 答： 汽车稳态响应有三种类型 ：中性转向、不足转向、过多转向。

几个表征稳态转向的参数：1．前后轮侧偏角绝对值之差(α1-α2);2. 转向半径的比R/R 0;3．静态储备系数S.M.彼此之间的关系见参考书公式（5-13）（5-16）（5-17）。

5．4举出三种表示汽车稳态转向特性的方法，并说明汽车重心前后位置和内、外轮负荷转移如何影响稳态转向特性？答：方法：1.α1-α2 >0时为不足转向，α1-α2 =0时为中性转向，α1-α2 <0时为过多转向；2. R/R0>1时为不足转向，R/R0=1时为中性转向，R/R0<1时为过多转向；3 .S.M.>0时为不足转向，S.M.=0时为中性转向，S.M.<0时为过多转向。

汽车重心前后位置和内、外轮负荷转移使得汽车质心至前后轴距离a、b发生变化，K也发生变化。

5．5汽车转弯时车轮行驶阻力是否与直线行驶时一样？答：否，因转弯时车轮受到的侧偏力，轮胎产生侧偏现象，行驶阻力不一样。

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。