操纵稳定性概述
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。
第2页
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。
汽车操纵稳定性
减震器的影响：减震器的作用是当钢板弹簧变形
时，能迅速消减其震动，使汽车平稳行驶。重影响操纵稳定性。 前轴和车架变形：由于车架是汽车的基础，他的 变形会直接影响各部件的连接及配合，从而直接 影响操纵稳定性。
转向系的影响
行驶系
轮胎
悬架和减震器
前轴和车架变形
轮胎的影响：轮胎是影响汽车操纵稳定性的一个
重要因素，增大轮胎的能力，特别是后胎的载荷 能力，例如加大轮胎的尺寸，合适的胎压，会改 善汽车的操纵操纵稳定性。 悬架的影响：悬架的作用是把车架与汽车前后桥 连接在一起，并使车轮在行驶中所承受的冲击力 不直接到车架，以免引起车身的剧烈震动而加速 零件的损坏。
制动系的影响
制动系
制动间隙
前后轮抱死次序
制动间隙：制动间隙不合适，会使汽车制动是发
生跑偏，汽车向制动间隙小的一侧跑偏，从而影 响汽车操纵稳定性。 前后轮抱死次序对操稳性的影响：紧急制动时， 如果汽车后轮制动抱死，汽车后轴将产生严重侧 滑，失去操纵稳定性，而前轮抱死，汽车又失去 转向能力。因此，汽车应安装防抱死系统。
汽车操纵稳定性
汽车操纵稳定性
概念：汽车操纵稳定性，是指在驾驶员不
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（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。
影响汽车操纵稳定性的因素
行驶系的影响
转向系
转向器
转向传动机构
转向器的影响：汽车行驶时，驾驶员对汽车行驶
方向的改变是通过操纵方向盘来实现的，转向盘 的性能直接影响汽车的操纵稳定性。转向器出现 的问题：转向器缺油﹑转向器游隙过大
任务3.1 汽车操纵稳定性能评价指标
任务总结评价
1、汽车操纵稳定性的定义及评价指标 2、汽车的转向特性 3、影响汽车操纵稳定性的因素
任务3.1汽车制动性能评价指标
内容
一、汽车操纵稳定性的定义及评价指 标 二、汽车的转向特性 三、影响汽车操纵稳定性的因素
（一）、汽车操纵稳定性的定义及评价指标
汽车操纵稳定性，是指在驾驶员不感觉过 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（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。
1、汽车运动坐标
2、汽车低速行驶时的转向特性
3、 汽车高速行驶时的转向特性
（三）影响汽车操纵稳定性的因素
1、前轮定位参数的影响 前轮定位参数包括：前轮外倾角、主销内倾角、主销后倾角 和前轮前束（前束角） 2、后悬架结构参数的影响 3、 横向稳定杆的影响 4、轮胎的影响 5、前轴或车架变形的影响 6、悬架的影响 7、传动系的影响
Hale Waihona Puke （一）、汽车操纵稳定性的定义及评价指标
1、方向盘角阶跃输入法下的稳态响应，方向盘角阶跃输入法 下瞬态响应 2、横摆角速度频率响应特性 3、转向盘中间位置操纵稳定性 4、回正性 5、转向半径 6、转向轻便性 7、直线行驶性、侧向风稳定性、路面不平度稳定性 8、典型行驶工况性能 9、极限行驶性能
（二）转向特性
汽车理论课件 第六章 汽车的操纵稳定性
• 操纵性是指汽车能够确切地响应
驾驶员指令的能力。
• 稳定性是指汽车抵抗改变其行驶方向
的各种外界干扰（路面扰动或风扰 动），并保持稳定行驶而不失去控制， 甚至翻车或侧滑的能力。
一 汽车坐标系
• 汽车坐标系及其描述
r横摆角速度( yaw) w垂直速度
p侧倾角速度(roll ) q俯仰角速度( pitch)
汽车理论
Automobile Theory
XXXX大学车辆与动力学院
车辆与动力工程学院
School of Vehicle & Motive Power Engineering
本节课内容提要
本课程的结构、地位和要求； 汽车动力性等六大性能概念；
汽车理论学科发展情况。
车辆与动力工程学院
School of Vehicle & Motive Power Engineering
第二节 汽车转向运动学和动力学
一、无侧偏时的转向运动
cot1
co t 2
OG L
OD L
d L
1 2
2
R0
L
tan
R0
L
二、有侧偏时的转向运动
tan(
1)
AD OD
tan 2
BD OD
R
L
2 1
L R
1
2
三、转向时的受力分析
FY1
mu2 R
b L
cos
1
mu2 R
b L
FY 2
基本要求
• 纪律要求： • 作业：
车辆与动力工程学院
School of Vehicle & Motive Power Engineering
汽车系统动力学复习资料5
5车辆操纵稳定性汽车操纵稳定性的定义：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：直线、转弯干扰：路不平、侧风、货物或乘客偏载汽车系统坐标系及运动形式汽车操纵稳定性输入、输出输入：转向盘角度输入。
响应：时域响应、频域响应。
汽车时域响应分为稳态响应和瞬态响应。
1、转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应：等速直线行驶，急剧转动转向盘，然后维持转角不变，即对汽车施以转向盘角阶跃输入，汽车经短暂的过渡过程后进入等速圆周行驶工况。
2、转向盘角阶跃输入下的瞬态响应：等速直线行驶和等速圆周行驶两个稳态运动之间的过渡过程所对应的瞬间运动响应。
稳态响应特性分类：不足转向、中性转向、过度转向。
转向盘保持一个固定转角不变，缓慢加速或以不同车速等速行驶时，不足转向的汽车转向半径逐渐增大，中性转向的汽车转向半径不变，而过度转向的汽车转向半径逐渐减小。
驾驶员---汽车闭环系统汽车时域响应：把汽车作为开环控制系统的控制特性。
驾驶员－汽车系统闭环控制系统：在汽车行驶过程中，驾驶员根据需要，操纵转向盘使汽车做转向运动。
路面的凹凸不平、侧风、偏载等干扰因素会影响汽车的行驶。
驾驶员则根据道路、交通等情况，通过眼、手及身体感知的汽车运动状况（输出参数），经过头脑的分析、判断（反馈），修正其对转向盘的操纵。
如此不断地反复循环，使汽车能稳定行驶。
汽车操纵稳定性的评价方法1、客观评价法：通过道路试验，用测试仪器测量转向时的汽车系统的物理参数。
试验项目：(1)、蛇形试验：评价汽车的随动性、收敛性、方向操纵轻便性和事故可避性等。
(2)、响应试验(转向盘转角阶跃输入)转向瞬态：评价汽车的动态特性。
(3)、转向瞬态响应试验(转向盘转角脉冲输入)：评价汽车的动态特性。
(4)、转向回正性能试验：评价汽车从曲线行驶自行回复到直线行驶的过渡过程和能力。
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保持稳定的能力，包括直线行驶稳定性、转向稳定性和制动稳定性。
操纵稳定性是汽车安全性的重要指标，直接关系到驾驶员和乘客的行车安全。
因此，制定汽车操纵稳定性标准对于保障交通安全具有重要意义。
首先，汽车操纵稳定性标准应当包括对车辆结构设计的要求。
车辆的结构设计直接影响到操纵稳定性，包括车辆的悬挂系统、转向系统、制动系统等。
悬挂系统应当具有良好的支撑性和减震性能，以保证车辆在行驶过程中不会出现晃动和颠簸。
转向系统应当灵活可靠，能够满足驾驶员的操控需求。
制动系统应当具有良好的制动效果，能够在紧急情况下迅速制动车辆，保证行车安全。
其次，汽车操纵稳定性标准还应当包括对车辆动力系统的要求。
动力系统的稳定性直接关系到车辆的加速和行驶稳定性。
发动机应当具有充足的动力输出，以保证车辆在各种路况下都能够稳定行驶。
传动系统应当平顺可靠，能够有效传递动力，保证车辆的行驶稳定性。
此外，车辆的驱动方式也会对操纵稳定性产生影响，前驱、后驱和四驱车辆在操纵稳定性上会有所不同。
最后，汽车操纵稳定性标准还应当包括对车辆轮胎和制动系统的要求。
轮胎是车辆与地面接触的唯一部件，其性能直接关系到车辆的操纵稳定性。
轮胎的胎面设计应当具有良好的抓地力和排水性能，以保证车辆在各种路况下都能够稳定行驶。
制动系统是车辆行车安全的最后一道防线，其性能直接关系到车辆的制动稳定性。
制动系统应当具有良好的制动效果和抗热性能，以保证车辆在紧急制动时不会出现失控现象。
综上所述，汽车操纵稳定性标准应当全面考量车辆的结构设计、动力系统、轮胎和制动系统等方面的要求，以确保车辆在行驶过程中具有良好的操纵稳定性，保障行车安全。
制定严格的操纵稳定性标准，对于提高汽车行车安全性具有重要意义，也是汽车行业持续发展的重要保障。
《汽车理论》汽车操纵稳定性
(a 2 k1
b 2 k 2 )wr
ak1
0
消除v，便可求出稳态横摆角度增益：
wr
s
1
m L2
u/L
a k2
b k1
u 2
1
u
/L Ku
2
式中：
K
m L2
a k2
b k1
K为稳定性因数，它是表征稳态响应的一个重要参数。
齐✓齐次次方方程 程的通通解解为:
1，wr Cewot sin wo 1，wr C1 C2 ewot
1 2 t
1，w C e C e wo wo 2 1 t
反应时间τ、衰减振动圆频率ω。
横摆角速度频率响应特性评价
共振峰频率f、1Hz时的相位滞后角。
6.2 轮胎的侧偏特性
轮胎的侧偏特性主要是指侧偏力、回正力矩与侧偏角间的 关系。是研究操纵稳定性的基础。
1）轮胎的坐标系
2）轮胎的侧偏现象和侧偏 力—侧偏角曲线
3）轮胎的结构、工作条件 对侧偏特性的影响
b0 Lk1 k2 b1 muak1
上式为单自由度强迫振动微分方程，通常写作：
••
•
•
wr 2w0 wr w02 wr B0 B 1
式中：
w02
h
c / m' /(2w0 m' )
B0 b0 / m'
o称为固有频率 称为阻尼比
B1 b1 / m'
侧偏现象：当车轮有侧向 力作用时，FY 没有达到附着 极限，车轮行驶方向亦将偏 离车轮平面的方向。这就是 轮胎的侧偏现象。
汽车理论第六章
u v
因此有 同理有
ax
u v
t
du dt
v d
dt
u vr
ay
v u
t
dv dt
u d
dt
v ur
对二自由度汽车模型进行受力分析，外力沿y轴 方向的合力以及绕质心的力矩分别为
FY FY1 cos FY 2
M Z aFY1 cos bFY 2
b r
u
整理得
FY
k1(
ar
u
) k2(
br )
u
MZ
ak1 (
a r
u
) bk2 (
br )
u
由牛顿定理
FY
k1(
a r
u
) k2(
br
u
) m(v ur )
MZ
ak1 (
且忽略左、右侧车轮由于载荷的变化引起的轮胎特性的改变以及轮胎回正力 矩的作用； • 6）汽车运动时的驱动力不大，因此不考虑地面切向力对轮胎特性的影响； • 7）不考虑空气动力的作用。
2、线性二 y u u
x
y r
2
V
u2
u
b
第六章 汽车的操纵稳定性
第一节 概述
• 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。
• 稳定性是指汽车抵抗改变其行驶方向
的各种外界干扰（路面扰动或风扰 动），并保持稳定行驶而不失去控制， 甚至翻车或侧滑的能力。
汽车操纵稳定性试验。朱清源解读
图11.14 回正试验几种过程曲线
• • •
(2)稳定时间：稳定时间由松开转向盘的时刻起，至汽车横摆 角速度到新稳态时为止转向盘输入； (3)残留横摆角速度：汽车横摆角速度新稳态值与零线之差即
为残留横摆角速度；
(4)自然频率：由于系统是多自由度的，横摆角速度并不是一 个严格的等圆周运动，相邻振幅的比值也不等于常数(图11.15)。
• 1）陀螺仪：用于汽车运动状态下测动态参数，如汽车行进方位角
• 4）力矩及转角仪：测转向盘转角或力矩；
• 5）五轮仪、磁带机等。
• 稳态回转试验
• 1）试验目的：测定汽车的稳态转向特性及车身侧倾特性； • 2）试验方法：定转向盘转角连续加速法和定转弯半径法。
•
•
1．定转向盘转角连续加速法
为了试验有可比性，消除了初始圆周半径对稳态回转试验的
向盘上的力为一定值，当驾驶员松开转向盘的一瞬间，作用于转
向盘上的力由定值突然变为零。因此，实质上本试验也是转向盘 力阶跃输入的瞬态响应试验，在一定程度上还能反映汽车“路感 ”的好坏。
1．试验数据处理
在汽车转向回正试验中，汽车横摆角速度过渡过程曲线大致有 如图11.14所示的几种情况，其中曲线l、2为发散型，不进行数据处 理；曲线3～7为收敛型，进行数据处理。 • (1)时间坐标原点：由于惯性 作用，驾驶员松手后转向盘 不可能马上转动，因此，开 始一段显现出圆角形状(图 11.14中的AB)，以往是将松 手前的一段直线与松手后的 直线部分进行曲线拟合的(图 11.14中的虚线部分)，其交点 即为时间原点，但这样误差 较大，现改为：在微动开关 时间历程曲线上，以松开转 向盘时微动开关所做的标记 为时间坐标的原点。
驾驶员突然转动方向盘到一定的角度，再立即转回到原来位置，
新能源汽车试验学 第七章 操纵稳定性试验
LOGO 转向盘测力仪
一 试验设备
LOGO
惯性传感器
驾驶机器人
二 测量设备
LOGO
四轮定位仪
轴荷仪
静侧翻试验台
三 数据采集软件
LOGO
•设置数据采集系统的参数，对各个通道进行配置 •控制数据采集开始和结束 •实时显示各通道物理量的值 •将各个通道的物理量以数据文件的形式保存在存储 设备（硬盘或存储卡）中
五 试验场地
LOGO
•操稳道路试验一般车速较高，转弯半径较大，因此需要比较大的场 地
•通常在汽车试验场的直线性能跑道和操稳广场上进行，也可以在铺 装条件较好的飞机跑道上进行
•操稳场地条件比较好的几个试验场，例如： •通用广德试验场 •正新轮胎试验场 •重庆长安汽车试验场 •中汽中心盐城汽车试验场
15
±50 N·m ±100 N·m
±50 /s 0~50 m/s ±10 m/s
±15
±15
±15 m/s2
测量仪器的最大误差 ±2（转角≤180） ±4（转角>180） ±1 N·m ±3 N·m ±0.5 /s ±0.3 m/s ±0.4 m/s
±0.15
±0.5
±0.15 m/s2
一 试验设备
LOGO
第一节 概述
LOGO
•人-车开环系统 •人-车闭环系统
常用仪器 设备
第二节 常用仪器设备
图 整车操纵要求
测量变量
转向盘转角
转向盘力矩
汽车横摆角速度 汽车纵向速度 汽车横向速度 车身侧倾/俯仰
角 汽车质心侧偏角
汽车纵向/侧 向加速度
测量范围
±360
•有些软件可以对数据进行一些简单的预处理和计算 •例如：Dewesoft（左图）、VBOXTools（右图）
汽车操纵稳定性测试实验
操稳性测试
一、理论基础
3． 稳态响应与瞬态响应
1) 系统输入
给转向盘一个角位移输入，称为角位移输入；给 转向盘一个力矩输入，称为力矩输入。
2) 输入种类
有阶跃输入、正弦输入、脉冲输入3种。
阶跃
正弦
脉冲
xua
t
选
t
t
操稳性测试
一、理论基础
3． 稳态响应与瞬态响应
3) 时域响应
(1) 稳态响应：系统输入为周期性或恒定性的， 输出也是周期性或恒定性的，输入和输出之 间相对稳定。
不足转向 过多转向
δ 不变
汽车的三种 稳态转向特性
操稳性测试
一、理论基础
4．操纵稳定性的评价与试验方法
主观评价方法：让试验评价人员根据试验时自己 的感觉来进行评价，即感觉评价。
客观评价方法：通过仪器测出表征性能的物理量 如横摆角速度、侧向加速度、侧倾角及转向力来 评价汽车操纵稳定性，可用室内台架试验，测定 并评价有关操纵稳定的性质，也可通过道路试验， 计测汽车转弯和越线行驶的运动状态。
(2) 瞬态响应：从转向至稳态响应的中间过程， 即系统输入为周期性或恒定性而输出不是周 期性或恒定性，两者不保持相对稳定。
操稳性测试
一、理论基础
3． 稳态响应与瞬态响 应
4) 稳态转向特性
中性转向
不足转向、中性转向、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， 一般的汽车不应该具有过 多转向的特性。
本节主要内容：
简介汽车操纵稳定性能方面理论知识，操纵稳定 性能试验目的和要求，主要仪器设备及其工作原 理，实验步骤。
重点：基础理论、试验数据处理
操稳性测试
一、理论基础
第二章 操纵稳定性分析
第二章操纵稳定性分析1.汽车操纵稳定性是指在驾驶着不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过汽车转向系及转向车轮给定的方向驾驶，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，是汽车动力学的一个重要分支。
操纵性：稳定性反映的是汽车能够遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶的能力。
稳定性：稳定性反映的是汽车在遭遇到外界干扰情况下产生抵抗外界干扰而保持稳定行驶的能力。
2.操纵稳定性的评价指标：稳态转向特性、瞬态响应特性、回正性、转向轻便性、典型行驶工况性能和极限行驶能力等。
仿真时测量变量包括汽车横摆角速度、车身侧倾角、汽车侧向加速度等。
3.汽车操纵稳定性的实验方法（1）Open-Loop Steering Events---开环转向事件1）Ddift---漂移实验2)Fish-Hook---鱼钩转向3）Impulse Steer---转向脉冲输入4）Ramp-Steer---转向斜坡输入5）Single Lane Change---单移线试验6）Step Steer---转向阶跃输入7) Swept-Sine Steer---转向正弦扫频输入（2）Cornering Events---转弯事件1）Braking-In=Turn---转弯制动2）Constant-Radius Cornering---定半径转弯（稳态回转试验）3）Cornering w/Steer Reiease---方向盘撒手转弯（转向回正试验）4）Lift-Turn-In---松油门转弯5）Power-Off Cornering---发动机熄火转弯（3）Straight-Line Events---直线行驶事件1）Acceleration---加速试验2）Braking---制动试验3）Braking on split μ---左右车轮不同路面制动试验4）Maintain---直线稳定试验5）Power-Off Straight Line---发动机熄火直线行驶（4）Course Events---ISO路线行驶1）ISO Lane Change---ISO路线行驶2）3D Road---三维路面行驶（5）Static Quasi-Static Maneuvers---准静态操纵仿真1）Quasi-Static Constant Radius Cornering---准静态定半径转弯2）Quasi-Static Constant Velocity Cornering---准静态恒速转弯3）Quasi-Static Force-Moment Method---准静态力-力矩方法4）Quasi-Static Straight-Line Acceleration---准静态直线加速第三章客车侧倾稳定性试验仿真建模及设计3.1 ADAMS的建模思路3.1.1 ADAMS的软件介绍及理论基础；3.1.2 ADAMS/Car的建模思路；3.2 前悬架动力学模型的建立（双横臂悬架）；3.2.1 双横臂悬架的结构和工作原理；3.2.2 双横臂悬架子系统与转向系统的建立；3.3 后悬架动力学模型的建立（空气悬架）3.3.1 空气悬架的结构和工作原理；3.3.2 不同空气弹簧型式的特点分析；3.3.3 空气弹簧的建立；3.3.4 减震器模型和各轴套的建立；3.3.5 横向稳定杆的建立；3.4 轮胎特性参数的确定；3.5 其他子系统动力学模型的建立3.5.1 制动系统的建立；3.5.2 动力总成及车身的建立；3.6 客车质心位置及个总成部件质量的确定；第四章客车动态侧倾稳定性试验仿真实例及分析4.1 客车动态侧倾稳定性试验方法1）固定转弯半径变车速试验 2）固定车速变转向角试验3）稳态回转试验4）蛇行试验5）转向瞬态响应6）单移线实验4.2 客车动态侧倾稳定性的仿真分析1）客车定半径变车速试验仿真2）客车定车速变转向角试验仿真。
5 汽车的操纵稳定性
第二节 轮胎的侧偏特性
二、轮胎的侧偏现象和侧偏力——侧偏角曲线 1.侧偏力FY
地面作用于车轮的侧向反作用力。
20
第二节 轮胎的侧偏特性
1）在刚性轮上作用侧向力 Fy
c
c
u
u u'
Fy ≤FZ l
Fy＞FZl
u
FY
FY
c
c
➢只有当侧向力 Fy 达到车轮与路面间的侧向附
着极限时，车轮的运动方向才会改变。
21
第二节 轮胎的侧偏特性
2）在ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ性轮上作用侧向力Fy
Fy
俯视图
FY
车轮静止
22
第二节 轮胎的侧偏特性
2）在弹性轮上作用侧向力 Fy
Fy
FY 车轮滚动
23
第二节 轮胎的侧偏特性
侧偏角α
轮胎接地印 迹中心的位移 方向与X轴的 夹角。
α
u
+
FY
0
Y
u α-
X
侧偏力为正时， 产生负侧偏角。
2.侧偏现象
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
斜交轮胎 侧偏刚度小
纤维子午线轮胎
小尺寸轮胎
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第二节 轮胎的侧偏特性
（1）扁平率小，|k|大
B H
扁平率=(H/B)×100%
27
第二节 轮胎的侧偏特性
一些车型轮胎的型号及扁平率
车型 新雅阁
奔驰 S320
奔驰 LORINSER
轮胎型号 普利斯通 205/65R15
❖ 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。
第5章 汽车的操纵稳定性[1]讲诉
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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。
当车速为uch K1时，汽车稳态横摆角速度增益达到最大 值，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。
过多转向 20
K=-0.009s2·m-2
轴距L=3m
中性转向 K=0
稳态横摆增益 r / (。)s1
（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。aa 与 cc的夹角a，即为侧偏角。
c u
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。
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：
《汽车理论》第五章 汽车的操纵稳定性
路面条件 交通状况
气候
驾驶员
驾驶员 的手脚
驾驶员－汽车闭环系统
侧风 路面不平
汽车
五、汽车试验的两种评价方法
➢ 客观评价法
客观评价通过仪器测试能定量评价汽车 性能，且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。
handling performance manuevereability
5.1 概 述 5.2 轮胎侧偏特性 5.3 线性二自由度汽车模型对前轮角输入响应 5.4 汽车操纵稳定性与悬架、转向系的关系
汽车操纵稳定性
汽车的主要性能之一
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
行驶方向 干扰
操纵方便性 直线 路不平 侧风
高速安全性
转弯 货物或乘客偏载
操纵稳定性不好的具体表现
1、 “飘”—汽车自己改变方向。升力或转向系、轮胎、 悬架等问题。 2、“反应迟钝”—转向反应慢。传动比太大。 3、“晃”—左右摇摆，行驶方向难于稳定。 4、“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。 5、“失控”—某些工况下汽车不能控制方向。制动时无 法转向,甩尾，侧滑，侧翻。
*车桥因载荷变形 *汽车转向时的离心力 *路面倾斜 *前轮定位参数的需要
外倾侧向力与外倾角的关系
外倾侧向力
式中：
FY k
FY 为外倾侧向力，它是侧偏角为零、
外倾角为 时的地面侧向反力。
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操纵稳定性包含的内容
10
第一节 操纵稳定性概述
三辆轿车在做 蛇形绕桩性能对 比测试。
11
第一节 操纵稳定性概述
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第一节 操纵稳定性概述
汽车在绕桩（转向）时车身总有一定的倾斜
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第一节 操纵稳定性概述
有些轿车的车身侧倾比较严重
14
第一节 操纵稳定性概述
设计的理念是驾 驶舱永不倾斜
蛇形绕桩测试（视频）
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第一节 操纵稳定性概述
蛇形绕桩测试（视频）
20
第一节 操纵稳定性概述
蛇形绕桩测试（视频）
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第一节 操纵稳定性概述
9.极限行驶能力
圆周行驶极限 侧向加速度
抗侧翻能力
评价参量 评价参量
极限侧向加速度 极限车速
发生侧滑时的 控制能力
评价参量
回至原来路径 所需时间
操纵稳定性包含的内容
26
第一节 操纵稳定性概述
瞬态响应的评价指标
1）时间上的滞后
2）执行上的误差 （ωr1/ωr0）×100％
称为超调量
3）横摆角速度的波动 波动的ω ＝2π/T , 取
决于汽车的结构参数
4）进入稳态所经历 的时间σ
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第一节 操纵稳定性概述
三、操纵稳定性的研究方法
将汽车作为开路控制系统 人—汽车系统作为闭路系统
直线行驶性
7.直线行驶性能
评价参量
转向盘转角和（累计值）
侧向风敏感性 路面不平敏感性
评价参量
侧向偏移
操纵稳定性包含的内容
9
第一节 操纵稳定性概述
8.典型行驶工况性能
蛇行性能 移线性能 双移线性能— 回避障碍性能
评价参量
转向盘转角、转向 力、侧向加速度、横 摆角速度、侧偏角、 车速等。
在汽车性能参数里，往往以应急性能给出。 主要包括：蛇行绕桩速度（满载/空载）、
28
第一节 操纵稳定性概述
四、操纵稳定性的两种试验评价方法
开路系统
人—汽车闭路系统
客观评价法
主观评价法
通过仪器测出横摆角 速度、侧向加速度、侧 倾角及转向力。
让试验评价人员根 据试验时自己的感觉 进行评价。
29
第一节 操纵稳定性概述 本节内容结束 下一节
30
驾驶舱内倾
车身外倾
15
第一节 操纵稳定性概述
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第一节 操纵稳定性概述
一些常见轿车的紧急变线速度
车型 新雅阁
紧急变线速度/（km·h－1）（空载）
97.3
马自达6
120
Audi A4
124.9
Audi A8
131.6
操纵稳定性包含的内容
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第一节 操纵稳定性概述
蛇形绕桩测试（视频）
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第一节 操纵稳定性概述
操纵稳定性包含的内容
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第一节 操纵稳定性概述
6.转向轻便性
评价转动转向盘轻便
程度的特性。
评价参量
包括原地转向轻便性、
低速行驶转向轻便性和高
速行驶转向轻便性。
转向力。 转向功。
目前部分轿车上使用的电动助力转向系统（EPS）， 能很好地兼顾各种车速下行驶时的转向轻便性。
操纵稳定性包含的内容
8
第一节 操纵稳定性概述
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。
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
评价参量
回正后剩余横摆角 速度与剩余横摆角。
达到剩余横摆角速 度的时间。
操纵稳定性包含的内容
6
第一节 操纵稳定性概述
5.转向半径
评价参量：最小转向半径。
一些常见车型的最小转向半径
车型 Audi A4 宝马520i 雷克萨斯LS430
最小转向半径/m（左/右） 5.6/5.6（轴距2650 mm ） 5.65/5.65（轴距2830 mm ） 5.4/5.3（轴距2925 mm ）
转
向
盘 转
sw0
角
时间 t
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第一节 操纵稳定性概述
稳态响应特性有三种类型
不足转向ua R ；中性转向 ua R 不变； 过多转向 ua R 。
25
第一节 操纵稳定性概述
3.瞬态响应特性
转向盘角阶跃输 入前后，直线行驶与 等速圆周行驶这两个 稳态运动之间的过渡 过程是一种瞬态，相 应的瞬态运动响应称 为转向盘角阶跃输入 下的瞬态响应。
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
汽车在转向盘输入或外界干扰输入下的侧向运动响应 随时间而变化的特性称为时域响应特性。
转向盘输入有角位移输入和力矩输入。 外界干扰输入主要是指侧向风和路面不平产生的侧向 力。
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第一节 操纵稳定性概述
二、车辆坐标系与转向盘角阶跃 输入下的时域响应
1.车辆坐标系
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第一节 操纵稳定性概述
2.稳态响应特性
汽车直线行驶时，急速转动转向盘至某一转角时，停止转 动转向盘并维持此转角不变，即给汽车以转向盘角阶跃输入。
转向盘角阶跃输入经短暂时间后，汽车进入等速圆周行驶， 称为转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应。
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第一节 操纵稳定性概述
1.转向盘角阶跃输入下的响应
稳态响应
评价参量
横摆角速度增益— 转向灵敏度。
瞬态响应
评价参量
反应时间。 横摆角速度波动的 无阻尼圆频率。
操纵稳定性包含的内容
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第一节 操纵稳定性概述
2.横摆角速度频率响应特性
转向盘转角正弦输 入下，频率由0→∞变 化时，汽车横摆角速 度与转向盘转角的振 幅比及相位差的变化 规律。
评ห้องสมุดไป่ตู้参量
共振峰频率。 共振时振幅比。 相位滞后角。 稳态增益。
操纵稳定性包含的内容
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第一节 操纵稳定性概述
3.转向盘中间位置操纵稳定性
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。
评价参量
4.回正性
转向灵敏度。 转向盘力特性。 转向功灵敏度。
转向盘力输入 下的时域响应。