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§4.1汽车的转向特性

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汽车转向系统结构及特点PPT课件

汽车转向系统结构及特点PPT课件
常流式液压动力转向器工作示意图 a)右转弯时 b)左转弯时 c)直线行驶时
三、动力转向器
1. 齿轮齿条式液压动力转向器
2. 循环球式动力转向器
循环球式动力转向器由循环球式的机械转向器、动力缸、 转阀式转向控制阀、行程卸荷阀、部分管路等组成。
循环球式汽车动力转向器
（1）转向控制阀的作用是控制转向液压油的流向、实 现转向助力。
转向直拉杆
3. 转向横拉杆
转向横拉杆用钢管制成，其两端切有螺纹，一端为右旋， 一端为左旋，与横拉杆接头旋装连接。
4. 转向节臂和梯形臂
转向节臂和梯形臂 1—左转向梯形臂 2—转向节 3—锁紧螺母 4—开口销 5—转向节臂 6—键
二、与独立悬架配用的转向传动机构
与独立悬架配用的转向传动机构示意图
要实现正确的转向，必须有一个转向中心，同时满足 内转向轮偏转角β 和外转向轮偏转角α 的关系是：
ctgα=ctgβ+B/L 式中： B——两主销中心距离，
L——汽车轴距。
第二节 转向操纵机构 学习目标
1.掌握转向操纵机构的工作原理。 2.掌握转向操纵机构主要零部件的结构。
转向操纵机构的作用是产生转动转向器所必需的操纵 力，并具有一定的调节和安全性能。
三、转向管柱
1. 可分离式安全转向操纵机构
上海桑塔纳轿车可分离式安全转向操纵机构 a)正常工作位置 b)转向盘受撞击时转向操纵机构工作情形 1—下转向轴 2—上转向轴 3—转向管柱 4—可折叠安全元件
5—转向盘 6—凸缘 7—驱动销 8—半月形凸缘盘
2. 缓冲吸能式转向操纵机构
钢球滚压变形管柱
波纹管
2. 转阀式转向控制阀
通过阀体绕其轴线转动来控制油液流量的转向控制阀， 称为转阀式转向控制阀，简称转阀。

第四章汽车转向操纵系统动力学

第四章汽车转向操纵系统动力学

m0 h c b1 b0
式中 m0 mIz ；
h [mD Iz A]；
c mB (AD B2 ) ；
(4 16)
b1 mLa K1；
b0 LK1K 2
回主目录
如果令 r ，则式(4-16)可写成
m0r hr cr b1 b0
(4 17)
这是一个强迫振动的二阶微分方程，可进一步改写为
K
此时
max ch 2L
回主目录
此最大值为轴距L相等的中性转向汽车横摆角
速转代度向轿增量车益增把的加特一时征半，车，即速此设K增时计大为，c6h特5称~征为1车0特0速k征m车/ hch速之。降间当低。不，足当
3. K<0 此时式(4-9)中的分母小于1，横摆角速度增益
比中性转向时大，随着车速的增加，曲线将
回主目录
在国外把这一比值称为静态储备系数S·M(Static
Margin)， S M La La K 2 La (4 13)
L
K1 K 2 L
当中性转向作用点
C
与质心重合时，
n
La
L'a
S M 0 中性转向( a1 a2 )
当质心在中性转向作用点之前， La L'a
S M 0 不足转向( a1 a2 )
先将式(4-5)、(4-6)改写成下式 ：
A BB DK1aK m1(Iz)
式中 A K1 K 2
B (La Ka1 Lb Ka2 )
D (La 2 K1 Lb 2 K 2 )
(4 14)
(4 15)
回主目录
由式(4-15)得
( I z
D
K1
)
B
代人式(4-14)中消去 ，最后可整理成的微分方程：

汽车电动助力转向特性分析-标准排版的本科论文

汽车电动助力转向特性分析-标准排版的本科论文

汽车电动助力转向特性分析摘要：汽车电动助力转向系统(Electric Power Steering System简称EPS)是近年来发展起来的种新型动力转向系统，具有节能、质量轻、安全、环保等一系列优点，正逐步取代传统的液压助力转向系统，成为未来汽车转向系统的发展方向，其出现并迅速成为世界汽车技术研究的热点。

汽车转向系统的发展经历了从简单的纯机械转向系统、液压助力转向系统，电控液压助力转向系统，到更为节能、操纵性能更好的电动助力转向系统这几个阶段。

本文论述了EPS的特点、工作原理、结构组成、国内外的研究现状，通过对EPS各组成部分和汽车转向系统的分析出了EPS性能评价指标，并对三种助力特性曲线的特点进行了分析和比较。

EPS系统作为今后汽车转向系统的发展方向，这给EPS带来了更加广阔的应用前景。

关键词：电动助力转向；特性；发展Electric Power Steering Characteristics were AnalyzedAbstract ：EPS is a new type of automobile steering system，which has the advantages of saving fuel，light，safety and producing less pollution. EPS is taking the place of HPS gradually and becoming the trend of steering system. It is rapidly become the hotspots in the research of automobile technology of the world.The developing process of steering system has experienced several phases from the simple Mechanical Steering System, Mechanical-Hydraulic Steering System to Electric-Hydraulic Steering System，till the Electric Power Steering System(EPS) with lower energy consumption and higher performance.The article discusses the characteristics of EPS，working principle，composition and the research status of domestic and abroad. Through the analysis of components of EPS system and the steering system, then the state function of the combination system model was deduced and the model for simulation was built in this paper. Given the EPS performance evaluation，analysis and compare the three types of assist characteristic，and then design a new type of assist curve in order to reduce the steering force which based on the parameters of a certain type of car. EPS has a great use in future.Keyword: Electric power steering Characteristic Development目录1 绪论 (1)1.1研究的目的和意义 (1)1.2国内外发展状况 (3)1.2.1国外发展状况 (3)1.2.2 国内发展状况 (4)2转向系统的概述 (6)2.1转向系统的发展过程 (6)2.1.1机械式转向系统 (6)2.1.2液压式助力转向系统(HPS) (7)2.1.3电液式助力转向系统(EHPS) (8)2.2电动助力转向系统 (10)2.2.1电动助力转向系统的结构 (10)2.2.2电动助力转向系统的工作原理 (11)2.2.3电动助力转向系统的类型 (13)2.2.4电动助力转向的关键技术 (14)2.2.5电动助力转向系统的优点 (15)3 电动助力转向系统受力与性能分析 (17)3.1电动助力转向系统受力 (17)3.2 理想转向盘力矩的研究 (18)3.3电动助力转向系统性能的主要评价指标 (19)3.3.1 转向回正能力评价 (19)3.3.2 转向轻便性评价 (19)3.3.3 转向盘中间位置操纵稳定性评价 (20)3.3.4 转向盘振动评价 (20)3.3.5 转向路感及路感强度 (21)4 电动助力转向助力特性研究 (22)4.1助力特性曲线定义 (22)4.2转向助力特性曲线设计概述 (22)4.3电动助力特性曲线类型 (23)4.3.1直线型 (24)4.3.2折线型 (25)4.3.3曲线型 (25)4.4不同助力特性曲线参数的影响 (26)5 结论与发展 (29)5.1结论 (29)5.2发展 (29)参考文献 (30)1绪论随着我国经济的持续发展，人民生活水平不断提高，汽车渐渐走入人们生活中，成为现代步伐的工具，而随着汽车保有量的增加以及由此带来的一系列问题，使得“安全、节能、环保”成为未来汽车发展的三大主题。

4-1 汽车的转向特征(一)

4-1 汽车的转向特征(一)

4-1 汽车的转向特征（一）导入新课：操纵稳定性包括操纵性和稳定性，操纵性的破坏常常会引起翻车和侧滑，而车辆侧滑有时也可使操纵失灵。

随着我国道路条件的不断改善和高速公路里程的不断增加，汽车的行驶速度越来越高，汽车的操纵稳定性日益受到重视。

一、操纵稳定性汽车操纵稳定性是指在驾驶员不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶员通过转向系及转向轮给定的方向行驶，切当与到外界干扰时，能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。

二、轮胎侧偏是指汽车转向时轮胎滚动方向与车轮平面发生偏离的现象，是指侧向力和侧偏角之间的关系。

由于现代汽车都采用有弹性的充气轮胎，特别是越来越多地采用低压轮胎，所以轮胎具有较大的弹性。

当轮胎受到横向力时，就会发生一个横向的变形，使轮胎接触地面的中心相对于理论上的接地中心出现一个侧向的偏离，从而使轮胎的实际滚动方向与车轮平面偏离一个角度。

这个角度，叫做轮胎侧偏角。

轮胎抵抗侧偏的能力，叫做侧偏刚度。

侧偏刚度越大，侧偏角就越小。

三、影响轮胎侧偏的因素轮胎的侧偏角和侧偏刚度，对汽车的操纵稳定性有密切的关系。

理论和实践证明，轮胎的侧偏刚度越大，汽车的操纵稳定性就越好。

1、轮胎结构大尺寸轮胎、子午线轮胎、低断面轮胎的侧偏刚度都较大。

轮胎的扁平率是指轮胎的断面高度H与断面宽度B之间的比值，即H/B（%）。

扁平率较小，轮胎侧偏刚度较大。

目前不少轿车采用60（60%）系列的轮胎，而追求高性能的运动型轿车采用扁平率为50或40的轮胎。

2、轮胎工作条件1）垂直载荷轮胎垂直载荷增大后，侧偏刚度也随之增大；但当垂直载荷过大时，轮胎与地面之间的接触区的压力极不均匀，轮胎的侧偏刚度反而有所减小。

2）侧向力与切向力在一定的侧偏刚度下，驱动力增加，侧偏力减小，这是由于驱动力增加后，轮胎侧向弹性发生了改变。

当驱动力相当大，以至于接近附着极限时，轮胎的侧偏力将很小。

车辆在制动时也有同样的变化。

3）轮胎充气压力随着充气压力的提高，轮胎弹性下降，侧偏刚度增大。

§4.1汽车的转向特性

§4.1汽车的转向特性
当K＞0时，横摆角速度增益比中性转向时小，即前轮 转过相同的角度，汽车横摆角速度ω要小些，是一条低于 中性转向汽车稳态响应线，后来又向下弯曲的曲线。具有 这样特性的汽车，称为不足转向汽车。K值越大，不足转 向量越大。
课堂小结
一、操纵稳定性 二、轮胎的侧偏特性 轮胎的侧偏特性是研究汽车操纵稳
定性理论的出发点。 1、轮胎的坐标系与术语 （1）车轮平面 （2）车轮中心 （3）轮胎接地中心 （4）翻转力矩 （5）滚动阻力矩 （6）回正力矩 （7）侧偏角 （8）外倾角
二、轮胎的侧偏现象 轮胎的侧偏特性 三、 回正力矩（绕轴的力矩）
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把汽车作为开路系统进行分析时见图4.7
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图4.7 作为开路系统的汽车简图
改变汽车运动状态的输入量（或称 “干扰”），主要来自三个方面：
1、驾驶员通过力（力矩）操纵或位置 （转角）操纵转向盘，使前轮转向；
2、空气动力作用（如横向风）； 3、路面不平等对汽车的作用。
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图4.5 垂直载荷对侧偏特性的影响 a)图 b) 图
轮胎的型式和结构参数对轮胎侧偏特性有 显著影响。尺寸较大的轮胎，侧偏刚度一 般较大。尺寸相同的子午线轮胎和斜交轮 胎相比，子午线轮胎具有较大的侧偏刚度。 同一型号、同一尺寸的轮胎，帘布层越多、 帘线与车轮平面的夹角越小、气压越高、 侧偏刚度越大。另外，轮辋的型式对侧偏 刚度亦有影响。装有宽轮辋的轮胎，侧偏 刚度较大。
（7）侧偏角 轮胎接地中心位 移方向（车轮行驶方向）与轴的夹 角。图示方向为正。
（8）外倾角 平面与车轮平面 的夹角。图示方向为正。
2、轮胎的侧偏现象 如果车轮是刚性的，在车轮中心垂直于车轮

液压式四轮转向系统

液压式四轮转向系统
• 前轮转角比例车速感应型 在动力传至后轮转向轴之前， 与前者基本相同，但后轮的执行机构由相位控制部分 和动力补助部分构成。动力补助部分以油压为动力， 由后轮滑阀和动力缸构成。相位控制部分能实现对后 轮同相位或逆相位的控制。
第3章 四轮转向和电动转向
• 9、四轮转向（4WS）控制种类 • （1）机械控制式 • （2）机械+电子控制式 • （3）电子控制液压工作式 • （4）液压控制液压工作式 • （5）电子控制电动工作式 • 10、举例说明4WS的控制原理 （1）机械控制式（本田公司4ws系统）
第3章 四轮转向和电动转向
4.1 四轮转向技术
12、4WS今后发展趋势
对4WS提出异议的理由： （1）转向性能没有明显改善。 （2）性能上仅有微小改变，但结构很复杂 （3）实用性技术目前还没有达到成熟的地步。 如果把研制费花在提高轮胎性能和改善悬架设计会收到更 好的效果。 13、各公司的4WS系统特性比较
机械式四轮转向系统是最早开发的四轮转向系统的一种。它包括前轮的齿
轮齿条转向系和前后转向系之间的传动轴。随着前轮偏转，转向力通过传动轴
传到后轮。机械式四轮转向系统中有时也为后轮加装第二套转向器来帮助转向。
属于转向传感型，其后轮的偏转与车速无关，只与方向盘转角有一定关系。
当方向盘转角约为120左右，后，从油泵出来的油液直接流入电磁阀，车速传感器， 转角传感器分别将车速和前轮转角信号输入计算机。按计算机指 令，控制油液流入后轮执行机构。
• 前轮转角传感型：为了把前轮转角传给后轮，在前轮 齿轮齿条式转向器的齿条轴上，安装了后轮转向齿轮， 其角位移，通过中间传动轴，传给后轮转向器。后轮 具有小转角同相转向，大转角逆相转向的功能。在微 小转向的高速行驶时，形成了同相转向，获得了行驶 稳定性，在大转角转向的极低速行驶时，变成逆相转 向，获得了小半径转向性能。

汽车的转弯特性

汽车的转弯特性汽车的操纵稳定性直接关系到汽车的行驶安全，已成为衡量现代汽车的主要性能之一。

汽车操纵稳定性包含两个方面∶操纵性和稳定性。

操纵性是指汽车及时准确地执行驾驶者指令的能力，反映了汽车与驾驶者配合的程度；稳定性是指汽车受到外界扰动后，维持或迅速恢复原运动状态的能力，反映了汽车运行状况的稳定程度。

操纵性与稳定性有密切关系，操纵性不良往往会导致汽车侧滑、甩尾甚至翻车，稳定性不好常会造成汽车失控，因此，人们常将操纵性与稳定性联系在一起，称为汽车操纵稳定性。

汽车操纵稳定性最关键的问题是汽车的方向稳定性。

任何汽车在转向时都有转弯半径，设R为汽车纵向对称面至瞬时转向中心O的距离。

例如图示L为轴距，K为两前轮主销轴线的距离，β为外侧转向轮转角。

则R近似为 L/sinβ。

如果转向轨迹圆偏离R，就发生不足转向或过度转向的现象。

谈到到不足转向和过度转向，会涉及侧偏角这个名词。

汽车高速行驶开始转向时，因受汽车向前行驶的惯性作用，汽车会对转向产生瞬时抵抗，便产生了轮胎侧偏角，即汽车行驶方向与车轮朝向所成的夹角。

车轮的侧偏角除了由轮胎的侧偏特性造成外，还由悬架的结构因素所造成，例如悬架的刚度和几何特性等。

汽车转弯时，前后轮都会产生侧偏角。

如果前后轮侧偏角相等，则汽车实际转弯半径等于方向盘转角对应的转弯半径，称为"中性转向"；如果前轮侧偏比后轮大，汽车实际转弯半径大于方向盘转角对应的转弯半径，称为"不足转向"；如果后轮侧偏比前轮大，汽车实际转弯半径小于方向盘转角对应的转弯半径，称为"过度转向"。

中性转向虽然能较好地利用侧向力（与车轮前进方向垂直的分量），达到最大的转向速度，但却削弱了驾驶者对汽车稳定的主观感觉，无法预计汽车的制动甩尾。

而过度转向当车速达到某一极限时，转向半径会急剧减少，汽车会发生激转，致使操纵困难或失去操纵，甚至导致事故。

不足转向产生相对较大的转向半径，侧向力减弱，汽车具有自动恢复直线行驶的良好稳定性，操纵容易。

转向特性的几个等价评价指标及习题解答

ωr δ
ω r δ
s
ω δ
r

=
s
u / L 1 + k ⋅ u
2
∴
ωr δ
)
s
| u = u ch =
1 2
(
u ch L
)
而中性转向时， 而中性转向时，当 u = u ch 时，
∴
ωr δ s u =uch
)|
=( )
u ch L
所以， 所以，
∴
ωr k =0 δ s u =u ch
)|
转弯半径之比R/R0: 转弯半径之比
♦ 推导汽车的转弯半径之比
R/R0与稳定性因数 的关系： 与稳定性因数k的关系 的关系： R0为车速很低且方向盘转 角保持不变时汽车的转向半径， 角保持不变时汽车的转向半径， 此时， 因满足条件： 此时， 因满足条件： 车速很低； 车速很低； 侧向加速度a 较小； 侧向加速度 y较小； 轮胎侧偏角接近零； 轮胎侧偏角接近零；
∴ | α1 | − | α 2 |= | a y | ⋅L ⋅ k
工程上，常用前/ 工程上，常用前/后轮侧偏角之差表示汽车 稳态响应。 稳态响应。 可见，汽车的三种转向特性： 可见，汽车的三种转向特性：
– 当k>0时，| α 1|-| α 2 |>0, 汽车为不足转向； 汽车为不足转向； 时 – 当k=0时，| α 1|-| α 2 |=0, 汽车为中性转向； 汽车为中性转向； 时 – 当k<0时，| α 1|-| α 2 |<0, 汽车为过多转向； 时 汽车为过多转向；
=2
( )| )
ωr k >0 δ s u =uch
临界车速求解
解答： 解答： ω u r = L 2 可知， 可知， 由 δ s 1 + ku ωr 必须1+ku2 要使 → ∞ 必须 δ s

车辆的转向特性与阿卡曼转向原理的分析

( 1) 如图 4所示, 汽车 在低 速状态 下做 固定圆 周旋 转运 动。然后使转向盘转角固定后, 提高车速。这 样, 车速 越快越 被卷入内侧的称为过 度转向 ( O S); 被挤到外侧 的称为不 足转 向 ( U S); 未发生 变化 的称 为中间 转向 ( neutra l steer), 开 始为 不足转向 U S, 中途又变为 过度转向 O S的称为反 转向 ( reuerse steer)。
后置后轮驱动 ) , 因发动 机装在 后部, 故转向 特性一 般为过 度 转向 ( O S)。
图 6为汽车不足转向时的转向特性测 量结果。该图 显示 当汽车最初在半径 R0 = 20. 92m 时, 进行低速圆周旋转运动状 态, 加速时的离心力与转弯半径比 R /R 0的变化趋势。
当车速为 23km /h时, 产生的离心力为 0. 2G, 转弯半 径增 至 1. 1倍。当车速为 44km /h时, 所产生的 离心力为 0. 5G, 转 弯半径增加到 1. 4倍, 说明该车的转向 特性为不足转向。
转向装置是一 种通 过改 变前 轮的 方向 (侧 滑角 ) 来增 加 或减少 CF, 使车辆以旋 转速 度 V, 沿 旋转 半径 R, 做 圆周运 动 的力 (离心力 与向心力 ), 取得平衡 装置。
图 1 作用在进 行圆周旋转运动 图 2 侧滑的轮胎产 生
车辆上的 力的关系
的侧抗力
图 3 侧滑角与侧抗力的关系
关键词: 车辆; 转向原理; 转向特性; 阿卡曼; 几何原理
中图分类号: U 461. 5+ 1
文献标识码: A
文章编号: 1007- 4414( 2007 ) 04- 0036 - 03
Analysis of turn ing characteristic and the princip le of A ckerm an turn ing for veh icle

4-1 汽车的转向特征(二)

4-1 汽车的转向特征（二）导入新课：为是汽车转向时所有轮胎都保持纯滚动，减小轮胎磨损和提高汽车行驶的稳定性，汽车所有轮胎必须在同一瞬时围绕转向中心做曲线运动。

进行新课：一、稳态专项特性汽车操纵稳定性的重要特性“稳态转向特性”有中性转向特性、过度转向特性、不足转向特性。

二、中性转向特性当汽车以一定的车速转弯行驶，转向盘的转角保持不变时，汽车行驶的圆周半径也是不变的。

这时，如果让汽车逐渐加速，将会出现几种特性：有的会偏离圆周运动轨迹，向内、外跑偏，有的会保持原来的圆周运动轨迹，不跑偏。

转向加速时仍保持原有圆周运动轨迹的转向特性，叫做中性转向。

中性转向特性的汽车在本身和外界条件变化时（例如在后面装载的行李重），就容易转变为过多转向，难以操纵。

三、过多转向特性转向加速时向内跑偏，减小圆周运动半径的转向特性，叫做过多转向，或过度转向。

过多转向的原因是，后轮胎的侧偏角大于前轮胎的侧偏角，后轮按前轮行进的方向先滑动，所以转弯半径变小。

有过多转向特性的汽车，操纵稳定性不好。

这是因为，在汽车直线行驶时，受到侧向力后，车轮发生侧偏，但由于前轮的侧偏角小，汽车将向侧向力的反方向转弯，同时产生一个与侧向力同向的离心力，加重侧偏。

即使侧向力消失，离心力仍将使车轮侧偏，转向半径继续减小，只有将转向盘向侧偏方向转过某个角度，汽车才能恢复原方向行驶。

当车速较高时，还可能发生转向半径急剧减小的“激转”现象，汽车完全失去操纵而导致严重事故。

因此，这种汽车很难操纵，只有一些运动轿车才具有过多转向特性。

四、不足转向转向加速时向外跑偏，加大圆周运动半径的转向特性，叫做不足转向。

不足转向的原因是，后轮胎的侧偏角小于前轮胎的侧偏角，后轮按前轮行进的方向后滑动，所以转弯半径变大。

有适度不足转向的汽车，具有良好的操纵稳定性。

这是因为，在汽车直线行驶时，受到侧向力后，车轮发生侧偏，但由于前轮的侧偏角大，汽车将向侧向力的方向转弯，同时产生一个与侧向力反向的离心力，减轻侧偏。

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2、什么是弹性轮胎的侧 偏特性？侧偏刚度的物理 意义是什么？
复习提问： 1、什么是汽车的操纵性？ 2、什么是汽车的稳定性？ 3、规定轮胎的术语有哪些？ 导入语： 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。 提问：
（2）车轮滚动时 接触印迹的长轴线，不只是和车轮平面 错开一定距离，而且不再与车轮平面平行。图5.5b示出车 轮的滚动过程中，车轮平面上点Al、A2、A3、…依次落 在地面上，形成点、、…，点、、的连线与的夹角，即为 侧偏角。车轮就是沿着方向滚动的。显然，侧偏角的数值 是与侧向力有关的。
图4.3 轮胎的侧偏现象
4、 回正力矩（绕轴的力矩）
图4.6 回正力矩的产生
在轮胎发生侧偏时，还会产生图 4.3所示作用于轮胎绕轴的力矩。 圆周行驶时，是使转向车轮恢复到 直线行驶位置的主要恢复力矩之一， 称为回正力矩。
回正力矩是由接地面内分布的微元侧向反力产生的。由图 5.5可知，车轮在静止时受到侧向力后，印迹长轴线与车 轮平面平行，错开Δh，即印迹长轴线上各点的横向变形 （相对于平面）均为Δh，故可以认为地面侧向反作用力 沿线是均匀分布的。车轮滚动时，印迹长轴线不仅与车轮 平面错开一定距离，而且转动了角，因而印迹前端离车轮 平面近，侧向变形小；印迹后端离车轮平面远，侧向变形 大。可以认为，地面微元侧向反作用力的分布与变形成正 比，故地面微元侧向反作用力的分布情况如图5.8b所示， 其合力的大小与侧向力相等，但其作用点必然在接地印迹 几何中心的后方，偏移某一距离e，e称为轮胎拖距，就是 回正力矩。
a)静止 b)滚动
3、 轮胎的侧偏特性
图4.4 轮胎的侧偏特性
图4.4所示为一轮胎的侧偏力～侧偏角关系曲线。 曲线表明，侧偏角不超过3°～4°时，可认为与 成线性关系。随着的增大，增大较快，轮胎产生 滑移。汽车正常行驶时，侧向加速度一般不超过 （0.3～0.4）g，侧偏角不超过4°～5°，故可 认为侧偏力与侧偏角成线性关系，可用下式表示：
图4.5 垂直载荷对侧偏特性的影响
a)图 b) 图
轮胎的型式和结构参数对轮胎侧偏特性有 显著影响。尺寸较大的轮胎，侧偏刚度一 般较大。尺寸相同的子午线轮胎和斜交轮 胎相比，子午线轮胎具有较大的侧偏刚度。 同一型号、同一尺寸的轮胎，帘布层越多、 帘线与车轮平面的夹角越小、气压越高、 侧偏刚度越大。另外，轮辋的型式对侧偏 刚度亦有影响。装有宽轮辋的轮胎，侧偏 刚度较大。
Fy k
（4.1）
式中 k——侧偏刚度[N/（°）]，其值应为负值， 汽车用低压轮胎k值在300～1000N/(°）。
试验表明，潮湿地面上最大侧偏力减小，但直 线段的侧偏刚度无多大变化。
垂直载荷对侧偏特性有很大影响。图 4.5表明，垂直载荷增大后，最大侧偏 力增加。侧偏刚度随垂直载荷的增加 而加大。这是因为，轮胎的垂直载荷 越大，附着力就越大，轮胎侧滑的倾 向就越小，最大侧偏力增大。但垂直 载荷过大时，轮胎产生剧烈的径向变 形，侧偏刚度反而有所下降。
把汽车作为开路系统进行分析时见图4.7
图4.7 作为开路系统的汽车简图
改变汽车运动状态的输入量（或称 “干扰”），主要来自三个方面：
1、驾驶员通过力（力矩）操纵或位置 （转角）操纵转向盘，使前轮转向；
2、空气动力作用（如横向风）； 3、路面不平等对汽车的作用。
汽车大多数行驶状况下，其侧向加速度 不超过0.3～0.4g，可以把它看作一个线性 动力学系统来分析。线性系统一个重要标 志是可以运用叠加原理，可以把一个复杂 的输出量，分解为简单的输入量，或者有 多个输入量时，可按单个输入量求解，然 后加以叠加。
图4.2 有侧向力作用时刚性车轮的滚动
当车轮有侧向弹性时，即使没有达到附着极限，车轮行驶 方向也将偏离车轮平面的方向，这就是轮胎的侧偏现象。 下面讨论具有侧向弹性车轮，在垂直载荷为的条件下，受 到侧向力作用后的两种情况：
（1）车轮静止不动时 由于车轮有侧向弹性，轮胎发生侧 向变形，轮胎与地面接触印迹长轴线与车轮平面不重合， 错开Δh，但仍平行于，如图4.2a所示。
汽车的“等速圆周行驶”稳态响应，是评价汽车操纵稳 定性的重要特性之一，称为汽车的“稳态转向特性”。汽 车的稳态转向特性分成三种类型：不足转向、中性转向和 过多转向。在圆周行驶时，驾驶员使转向盘保持一个固定 的转角，令汽车以不同固定车速行驶，若行驶车速高时， 汽车的转向半径R增大，这种汽车具有不足转向的特性。 若汽车的转向半径R不变，这种汽车具有中性转向的特性。 若转向半径愈来愈小，则具有过多转向的特性。只有具有 适度不足转向的汽车，才有良好的操纵稳定性。汽车不能 具有过多转向特性。具有中性转向特性的汽车也不好，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 汽车通常会转变为过多转向特性而失去稳定。人们已经习 惯于驾驶具有不足转向特性的汽车，知道如何通过转向机 构使汽车遵循期望的路径行驶。
§4 汽车操纵稳定性
所以一辆操纵性能良好的汽车必须要具备以下的能力： （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。
图4.9 二自由度汽车模型
图4.9是一个由前后两个具有侧向弹性的弹簧（轮胎） 支承于地面、具有侧向及横摆的二自由度汽车模型。下 面分析中令固结于汽车上的动坐标系原点与汽车重心重 合。
图4.10 汽车的稳态横摆增益曲线
当K=0时，。即稳态横摆角速度增益与车速u成线性关系 如图4.10所示。具有这种特性的汽车，称为中性转向汽车。 这个关系就是汽车轮胎无侧偏角时的转向关系。
（6）回正力矩 地面作用于轮胎 上的力，绕轴的力矩。图示方向为 正。
（7）侧偏角 轮胎接地中心位 移方向（车轮行驶方向）与轴的夹 角。图示方向为正。
（8）外倾角 平面与车轮平面 的夹角。图示方向为正。
2、轮胎的侧偏现象
如果车轮是刚性的，在车轮中心垂直于车轮 平面的方向上作用有侧向力。当侧向力不超过车 轮与地面的附着极限时，车轮与地面没有滑动， 车轮仍沿着其本身行驶的方向行驶；当侧向力达 到车轮与地面间附着极限时，车轮与地面产生横 向滑动，若滑动速度为Δu，车轮便沿某一合成速 度u′方向行驶，偏离了原行驶方向，如图4.2所示。
除了稳定性因数K外，为了试验分析计算的方便，常 引用别的参数来表征汽车的稳态转向特性。
总之，汽车稳态转向特性，取决于稳定性 系数K的数值。把汽车简化为二个自由度模
型进行分析时，K值取决于重心位置、轴距 及前后轮侧偏刚度的匹配。当重心向前移 动或
当K＞0时，横摆角速度增益比中性转向时小，即前轮 转过相同的角度，汽车横摆角速度ω要小些，是一条低于 中性转向汽车稳态响应线，后来又向下弯曲的曲线。具有 这样特性的汽车，称为不足转向汽车。K值越大，不足转 向量越大。
当K＜0时，横摆角速度增益比中性转向时大，即前轮 转过相同的角度，汽车横摆角速度要大。具有这样特性的 汽车，称为过多转向汽车。随车速增加，曲线向上弯曲。 K值越小，过多转向量越大。
在增加时，接地印迹内地面微元侧向反作 用力的分布情况如图5.8c所示。增大至一 定程度时，接地印迹后部的某些部分便达 到附着极限，反作用力将沿345线分布。随 着的进一步加大，将有更多部分达到附着 极限，直到整个接地印迹发生侧滑，因而 轮胎拖距会随着侧向力的增加而逐渐变小。
课堂小结
一、操纵稳定性 二、轮胎的侧偏特性 轮胎的侧偏特性是研究汽车操纵稳
§4 汽车操纵稳定性 §4.1 汽车的转向特性
姜泽林
§4 汽车操纵稳定性
任务引入 汽车在其行驶过程中，会碰到各种复 杂的情况，有时汽车会沿直线行驶，有时汽车会 沿曲线行驶（如弯路）。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。对不对？这些都要求汽 车有操纵上的稳定，因此今天我们通过分析影响 汽车操纵稳定性各方面的因素，掌握他们的检测 方法，为我们今后的工作打下扎实的基础。
由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 车辆响应称为稳态响应与瞬态响应。例如给等速 直线行驶的汽车以前轮角阶跃输入，即急速转动 前轮，然后维持前轮转角不变，一般汽车经过短 暂时间后，将进入等速圆周行驶。一定车轮转角 下的等速圆周行驶状态便是一种稳态。而等速直 线行驶与等速圆周行驶间的过渡过程便是瞬态。
§4 汽车操纵稳定性
说明 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。
§4 汽车操纵稳定性
提问：
有哪些因素会影响汽车的操纵稳定 性呢？
§4.1 汽车的转向特性
如：轮胎、转向装置、悬架等。 本堂课我们我们就对这些因素一一进行分析，
有哪些因素会影响到汽车的操纵稳定性呢？
重点
1、了解和掌握汽车的转向特性 2、了解和掌握汽车转向轮的振动
难点
汽车的转向特性
§4.1汽车的转向特性
四、汽车的转向特性 驾驶员操纵转向盘使汽车转向时，要通过眼睛、手和身
体等感知汽车的转向效果，并经过头脑比较和判断，修正 转向盘的操纵，这是通过驾驶员把系统的输出，反馈到输 入而构成一个人工闭路系统。如不计入驾驶员的反馈作用， 便称为开路系统。 它的特点是系统的输出参数对输入控制没有影响。由于 驾驶员的反馈作用十分复杂，作为闭路系统研究仍很不成 熟，这里只把汽车作为一个开路系统，研究转向盘输入时 汽车的运动。