汽车的转向特性
多轴汽车的转向系统
第六章多轴汽车的转向系统汽车转向系（Steering System）是用来控制汽车行驶方向、保证汽车直线行驶并灵活改变行驶方向的总成系统。
多轴汽车的转向行驶性能包括转向机动性和转向行驶稳定性等性能。
这些性能都具有非常重要的地位。
汽车转向系的基本要求有：1）转向必须安全可靠。
2）要有正确的运动规律，保证稳定的行驶方向，准确执行驾驶人的意志，保证具有良好的稳态转向特性，防止车身侧倾时过大地牵动车轮转向。
3）多轴汽车应保证具有良好的机动性能，具有较小的转弯半径、转向通道和轨迹差等机动性参数。
4）应保证驾驶操作轻便，以减轻驾驶人的劳动强度。
转向时施加在转向盘上的手力，中型车不得超过360N，重型车和多轴越野车不得超过450N，必要时须加装助力和动力系统。
5）转向盘的回转圈数要尽可能减少，且应具有自动回正能力;特别在车轮受到地面冲击时，不可产生过大的反冲力，一般都应安装阻尼装置，以防止反冲和摆振。
6）对于多轴汽车动力分组转向的后组，必须安装可靠的锁死装置，以确保高速行驶的稳定性和安全性。
多轴汽车的转向系统较为复杂，问题很多，本书仅在介绍转向模式和转向形式的基础上着重介绍转向机动性、转向稳定性和转向轻便性。
第一节转向模式和转向形式一、转向模式所谓转向模式，是指在不同工况下的转向驾驶模式，包括常态转向驾驶、瞬心在后轴线上的转向驾驶、斜向驾驶，90°驾驶、原地回转驾驶、横向驾驶以及复位驾驶七种模式，具体如图6-1所示。
二、转向形式转向形式，是指转向的类型和方式。
例如选用何种转向器，是否装有助力和动力系统，特别是全轮转向，还是部分车轮转向。
在部分车轮（轴）转向中，哪些车轮（轴）是转向轮（轴），哪些是非转向轮（轴）等。
多轴汽车一般都采用机械传递，选用循环球式转向器，装有防振阻尼装置和助力装置以及动力转向系统，且具有应急转向功能。
随着车轴数的增多，转向系统越来越复杂，普遍采用分组动力转向和转向轴与非转向轴的棍合转向，即“转-非”混合或“转-随”混合。
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。
主观评价_转向性能
直道行驶的转向特性
项目
7.3.2响 应特性
行驶轨迹变化
车辆在稳定直线 行驶状态下，施 加正弦或者无规 则转向输入。转 角幅度从很小开 始逐渐增大，直 到车身产生明显 侧向运动。改变 车速后重复该工 况
速度范围
30km/h到 最高车速
评价内容
研发目标
车辆为保持行 驶路线采取的 转向动作，其 产生的车身响 应
转向回正的运 动学设计（主销 后倾、主销内倾）
轮胎特性（车轮 和轮胎尺寸，特 征参数，如轮胎 侧偏刚度等）
直道行驶的转向特性
项目 行驶轨迹变化 速度范围 评价内容
研发目标 影响因素
7.3.4转 向中位 感觉
车辆在不同车速 下保持直线行驶 状态，使车辆轻 微转向，以获得 最小的行驶路线 改变（根据车速 的不同，方向盘 转角介于3-10度 之间）。方向盘 在转动后首先会 回正。在其它行 驶工况中也将撒 手松开方向盘
0.00
Lateral Acceleration (g)
N300 Coil Initial Design (Design Mass, PAS) Optimised Coil Sprung (PAS) Optimised Coil Sprung (NO PAS)
Target (Design Mass) Suzuki APV (Design Mass) N300 Coil Initial Design (Design Mass, No PAS)
车辆应该自 发且线性的 对转向输入 做出响应。 时间和相位 延迟或车辆 的过度响应 都应避免
影响因素
静态和动态转向传 动比
伺服转向的转向特 性曲线
侧倾支承（弹簧、 稳定杆、阻尼）
前、后桥的侧倾运 动学
汽车的轴转向效应-概述说明以及解释
汽车的轴转向效应-概述说明以及解释1.引言1.1 概述汽车的轴转向效应是指在汽车行驶过程中，由于前后轮胎与地面之间的角度差异和力的分配不均匀，导致车辆在转弯时产生的一种现象。
这种效应会对汽车的操控性能、驾驶安全以及悬架系统的设计产生重要影响。
在汽车行驶过程中，前后轮胎的转向角度会因为车辆转弯而不同，前轮通常会形成一个较大的转向角度，而后轮则会形成一个相对较小的转向角度。
这是因为在转弯的过程中，车辆必须具备前轮导向和后轮驱动两个基本条件，才能保持稳定的行驶状态。
这种轴转向效应会对汽车的行驶产生直接的影响。
首先，它会影响车辆的操控性能。
由于前后轮的转向角度差异，车辆在转弯时会产生一定的侧滑现象，导致驾驶员在操控方向盘时需要更多的力量来保持车辆的稳定。
其次，轴转向效应还会对车辆的转向性能产生影响。
由于转向角度的不同，前后轮在转向时产生的相对力量也会不同，这可能导致车辆转向的不均衡，甚至产生不稳定的状况。
此外，轴转向效应还会对车辆的驾驶安全产生重要的影响。
不正确的轴转向会导致车辆的稳定性下降，增加侧滑和失控的风险，尤其是在高速行驶或紧急转弯时。
因此，汽车制造商和悬架系统设计师需要充分了解和考虑轴转向效应，以提高车辆的操控性和驾驶安全。
总而言之，汽车的轴转向效应是一项重要的研究课题，对于汽车的操控性能、驾驶安全以及悬架系统的设计具有重要意义。
了解和应用轴转向效应的原理和影响，对改善汽车的操控性能和驾驶安全具有重要的意义。
对于未来发展，我们可以进一步研究和探索轴转向效应的机理，并结合新的技术和材料，不断提升汽车的驾驶性能和安全性。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式进行阐述：文章结构部分旨在介绍本文的整体框架和内容安排，以帮助读者更好地理解文章的组织和逻辑。
首先，本文将分为三个主要部分，即引言、正文和结论。
在引言部分，将通过概述、文章结构和目的，引导读者对本文的主题有一个整体的认识。
一开始将简要概述轴转向效应的背景和重要性，接着介绍文章的结构和内容安排，最后明确本文的目的，即探讨轴转向效应对汽车行驶的影响。
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。
04第四章 汽车转向系统动力学
4.3.2 驾驶员对转向盘的操纵作用与汽 车运动稳定性
现实中的k h 只能取兼顾二者的 适当值。 具体表现在，驾驶员在操纵汽车高速行使 时，既不是紧握乃至完全固定转向盘从而 使k h 很大，也不是完全从转向盘撒手而使 k h为0，而是以适当的力度轻轻握住转向 盘，从而获得合适的k h 。可以说，驾驶员 轻轻搭在转向盘上的 手、腕的作用是使汽 车运动更趋稳定。
（4-9）
（4-10）
式中：前轮转向角、前后轮各侧偏角以及各侧偏力 如图4-6a所示；
m,Iz——汽车质量、绕质心C的转动惯量；
lf、lr——质心C至前、后轴的距离。
又参照图4-6b，可以分别确定各车轮侧偏角为：
f 1 tan f 1
f 2 tan f 2
V l f r V d f r 2
lf d Ih 2k f ( r ) Th 2 dt V
（4-2）’’
当 时：
d 2 mV 2(k f kr ) m V (l f k f lr kr )r 2k f 0（4-30） dt V
dr 2(l f k f lr kr ) I Z dt
（4-19）
dr 2(l ek f l k ) 2(l f ek f lr kr ) I Z r 2l f ek f dt V
2 f 2 f r
比较式（4-19）、（4-20）与 （4-15）、（4-16）可知，前者实际上 相当于是用e kf 和a分别代替后者的kf 和 .
r
（4-61）
车速80km/h，1g=9.8m/s2 图4-18 与前轮转角成比例的后轮转向对汽车侧向加速度响应的影响
超载对汽车转向特性的影响分析
图３ ２ ０ ０ ７ ． ３ ． Ｈ Ｅ Ａ Ｖ Ｙ Ｔ Ｒ Ｕ Ｃ Ｋ 《重型汽车》 １５
汽车安全 Ｑ ｉ ｃ ｈ ｅ ａ ｎ ｑ ｕ ａ ｎ
图４
把等效模型前、后轴作为隔离体（见图３ 、图４ ），列出下 式，可求出左右车轮垂直反力的变动量。
ΔＦｚ１ＬＢ１＝Ｆｓ１ ｈ１＋ＴΦ１＋Ｆｕ１ ｈｕ１ （４） ΔＦｚ１Ｌ ＝－ ΔＦｚ１ｒ
２ 车轮载荷重新分配后对轮胎侧偏刚度（绝对值）的 影响
根据轮胎侧偏特性可知，轮胎的侧偏刚度与它的垂直载荷 有关，在某一载荷下达到最大值，大于或小于这个载荷时，侧 偏刚度均下降，就一根车轴而言，在无侧向力作用于汽车时， 车轴左、右车轮的垂直载荷均为Ｗ０，如图５所示。
每个车轮的侧偏刚度均为ｋ０，在有侧向力作用于汽车和地 面有相应的侧向反作用力Ｆｙ作用于两轮胎时，若设左、右车轮
Ｆｓ２ ＝ Ｆｓａ ｓ／Ｌ 前、后悬架作用于车厢的恢复力矩为
ＴΦ１＝ＫΦ１Φ （２ ） ＴΦ２＝ＫΦ２Φ （３ ） 式中，Ｋ Φ１ 、Ｋ Φ２ 为前、后悬架的侧倾角刚度；Φ为侧倾角
图１
把汽车简化为如图１所示的模型。工型车架代表车厢（悬挂 质量），Ｍｓ为车厢质量。工字型车架由前后铰链连接于侧倾轴 线ｍ０１、ｍ０２上，经由弹性元件支承于刚性的前后轴上。在分析 时，把静止状态下汽车的重力及相应的四个车轮的地面垂直反
ｈｕ１、ｈｕ２——前、后非悬挂质量质心离地面高度； ｈ１、ｈ２——前、后侧倾中心高度 作用在前后轴左右轮上的垂直反力，是静止状态下的垂直 反力及由侧倾引起的垂直反力变动量之和。这个变动量在外侧 车轮是增加垂直反力的，而在内侧车轮则是减少垂直反力。因 此，我们可以求出车轮垂直载荷的重新分配，垂直载荷变动量 大小等于作用于车轮上垂直反力变动量的大小。 从上述式子可以看出，汽车在超载情况下，侧倾时垂直载 荷在左右车轮的重新分配的变动量会比正常装载要大，变动量 的大小是由装载的质量、装载位置、装载高度、行驶速度等决 定。
§汽车的转向特性
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。
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
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。
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。 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。 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。
汽车转向系统发展趋势
汽车转向系统发展趋势一、本文概述随着汽车工业的飞速发展和科技的不断进步，汽车转向系统作为车辆操控性能的重要组成部分，其发展趋势日益受到业界的关注。
本文旨在探讨汽车转向系统的发展历程，分析当前市场上的主流技术，以及预测未来的发展趋势。
我们将从转向系统的基本原理、传统转向系统的不足、新型转向系统的出现以及未来可能的技术革新等方面进行深入探讨。
通过本文的阐述，希望能够为汽车工程师、设计师以及行业内的研究人员提供有益的参考，共同推动汽车转向系统技术的持续发展。
二、传统转向系统及其局限性传统汽车转向系统主要依赖于机械连接来实现驾驶员对车轮的操控。
这种系统通常由方向盘、转向柱、转向器、转向拉杆和转向节等组成，通过一系列的齿轮和连杆机构将驾驶员的转向动作传递到车轮，实现车辆的转向。
这种转向方式在技术上相对成熟，生产成本也相对较低，因此在过去的汽车制造中得到了广泛应用。
然而，传统转向系统也存在一些局限性。
其转向比固定，无法根据车速、路况等因素进行自适应调整，导致驾驶体验不够灵活。
传统转向系统对驾驶员的转向操作反馈有限，驾驶员很难从转向操作中直接感知到车轮与地面的接触情况，这在一定程度上影响了驾驶的安全性。
随着汽车科技的快速发展，尤其是在自动驾驶和电动汽车领域的突破，传统转向系统已经无法满足这些新兴技术的需求。
例如，自动驾驶汽车需要更精确的转向控制以实现更高级的驾驶辅助功能，而电动汽车则需要更高效的转向系统以减轻车辆的能源负担。
因此，传统转向系统的局限性已经越来越明显，亟待进行技术升级和创新。
三、电动助力转向系统（EPS）的兴起与发展随着科技的进步和环保理念的深入人心，电动助力转向系统（EPS）逐渐成为汽车转向系统的发展趋势。
EPS系统以电动机为主要动力源，通过电子控制系统实现对转向系统的助力，具有节能环保、性能稳定、安全可靠等优点。
EPS系统的兴起，主要得益于电动技术和电子控制技术的快速发展。
相比于传统的液压助力转向系统（HPS），EPS系统无需油泵、油管等液压元件，结构更简单，维护更方便。
转向性能参数
转向系性能参数一、转向器的效率功率P 1从转向轴输入，经转向摇臂轴输出所求得的效率称为正效率，用符号η+表示，η+=(P 1—P 2)／P l ；反之称为逆效率，用符号η-表示，η- =(P 3—P 2)／P 3。
式中，P 2为转向器中的摩擦功率；P 3为作用在转向摇臂轴上的功率。
为了保证转向时驾驶员转动转向盘轻便，要求正效率高。
为了保证汽车转向后转向轮和转向盘能自动返回到直线行驶位置，又需要有一定的逆效率。
为了减轻在不平路面上行驶时驾驶员的疲劳，车轮与路面之间的作用力传至转向盘上要尽可能小，防止打手又要求此逆效率尽可能低。
1．转向器的正效率η+影响转向器正效率的因素有：转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量等。
(1)转向器类型、结构特点与效率 在前述四种转向器中，齿轮齿条式、循环球式转向器的正效率比较高，而蜗杆指销式特别是固定销和蜗杆滚轮式转向器的正效率要明显的低些。
同一类型转向器，因结构不同效率也不一样。
如蜗杆滚轮式转向器的滚轮与支持轴之间的轴承可以选用滚针轴承、圆锥滚子轴承和球轴承等三种结构之一。
第一种结构除滚轮与滚针之间有摩擦损失外，滚轮侧翼与垫片之间还存在滑动摩擦损失，故这种转向器的效率ly+仅有54％。
另外两种结构的转向器效率，根据试验结果分别为70％和75％。
转向摇臂轴轴承的形式对效率也有影响，用滚针轴承比用滑动轴承可使正或逆效率提高约10％。
(2)转向器的结构参数与效率 如果忽略轴承和其它地方的摩擦损失，只考虑啮合副的摩擦损失，对于蜗杆和螺杆类转向器，其效率可用下式计算)tan(tan 00ρααη+=+ （7--1） 式中，αo 为蜗杆(或螺杆)的螺线导程角；ρ为摩擦角，ρ=arctanf ；f 为摩擦因数。
2．转向器逆效率η-根据逆效率大小不同，转向器又有可逆式、极限可逆式和不可逆式之分。
路面作用在车轮上的力，经过转向系可大部分传递到转向盘，这种逆效率较高的转向器属于可逆式。
汽车转向系统动力学
4-1 概述
时域响应 频域响应
表征汽车的操纵稳定性
时域响应:汽车在转向盘输入或外界侧向干扰输 入下的侧向运动响应。 频域响应:车辆在转向角为正弦输入下的响应。
时域响应
不随时间变化的稳态响应 随时间变化的瞬态响应
4-1 概述
驾驶员---汽车系统
路面条件 交通状况
气候
驾驶员
驾驶员 的手脚
侧风 路面不平
4-2 汽车转向系统数学模型
Y向力平衡 对质心取 矩
4-2 汽车转向系统数学模型
4-2 汽车转向系统数学模型 角位移输入
力输入
转向力 轮胎 汽车
稳态响应
瞬态响应
4-3 稳态响应（稳态转向特性）
➢ 稳态响应：前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响 应---等速圆周运动
➢ 评价指标：稳态横摆角速度增益（转向灵敏度）
30
4-4 瞬态响应
一些欧洲与日本轿车的ω0值与K值
4-4 瞬态响应
阻尼比ζ
m a2k1 b2k2 Iz k1 k2 2L mIzk1k2 (1 Ku2 )
上式表明， ζ随以下
因素而变：
轮胎侧偏刚度↑ ζ
↑
汽车质量↓ ζ ↑
转动惯量↓ ζ ↑
轴距↓ ζ ↑
汽车车速↓ ζ ↑
32Leabharlann 4-5 横摆角速度频率响应特性
➢ 横摆角速度频率响应特性：以前轮转角δ 为 输入、汽车横摆角速度ωr为输出
4-1 概述
汽车转向系统动力学:是研究驾驶员给系统以转向指 令后汽车在曲线行驶中的运动学和动力学特性
汽车的操纵稳定性问题: ➢ “贼”
➢ 反应迟钝
➢ “飘” ➢ 失去控制 ➢ 丧失路感
转向盘输入有两种形式： ➢给转向盘作用一个角位移—角位移输入（角输入） ➢给转向盘作用一个力矩—力矩输入（力输入）
汽车的操纵稳定性分析和评价指标
32
以上分析可知： 具有适度不足转向的汽车具有良好的操作稳定性； 过度的不足转向会加剧轮胎的磨损。
FY k
k—侧偏刚度。
FY一定时希望侧 偏角越小越好，所 以 |k| 越大越好。
（1）扁平率小，k大 （2）垂直载荷大，k大 （3）轮胎气压高，k大
垂直载荷过 大时，轮胎与 地面接触区的 压力分布不均 匀，使 k反而有 所减小。
18
α一定时， W大，FY大。
FY = k ，即k 大。
19
（3）轮胎气压高，k大
20
（4）FX 越大，FY 越小
FY1
FY2
FX2
FX1
21
（5）路面干湿状态
22
轮胎胎面、路面粗糙程度、水层厚度与滑水现象的关系
转向油泵
转向减振器 转向直拉杆 转向器 转向摇臂
转向横拉杆
转向油管 转向控制阀
转向节臂
3
4
5
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
6
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。
7
4.1 汽车的转向特性
➢轮胎的侧偏特性 ➢汽车的转向特性
一、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。
8
1）在刚性轮上作用侧向力 F y
c
c
u
u
u'
转向操纵性检测
2.原地检测
A检验要求： 转向盘的最大转向力不得大于 120N。
B 检验方法：汽车转向轮置于转角盘上，转动转向 盘，使转向轮达到汽车制造厂规定的最大转角， 在此转向的全过程中，用转向力测试仪测量转动 转向盘的操纵力。
转向盘测力仪：
结构：操纵盘、主机箱、传感器、连接叉和定位杆 等部分。
原理：将转向盘测力仪的中心对准被测车辆的转向 盘中心，并与转向盘连接牢固，然后转动仪器的 操纵盘，使转向盘带动汽车的转向系统以实现转 向轮的转向。同时，微机处理器读取测力传感器 输出的最大电信号，并根据转向盘的直径换算成 圆周上的切向操纵力显示在主机箱的窗口或打印 出来。
汽车的转向操纵稳定性检测
汽车转向操纵性的评价指标：
1．转向盘最大自由转动量、转向半径。 2．转向轻便性。 3．转向灵敏度：汽车横摆角速度与方向盘转
角的比值。 4．转向回正能力：转向后自动回正能力。 5．直线行驶特性：自动维持直线行驶能力。 6．抗侧翻能力。
一、转向操纵性的一般要求
1、转向盘的最大自由转动量 是指汽车转向轮保持直线行驶位置静止不动时，轻轻左右晃 动转向盘测得的游动角。
机械台架部分由两个基本测试单元组成，每个 测试单元都能在台架轨道上借助电机的正反转而 独立的左右移动，以适应不同的汽车轮距和不同 的行驶路线。每个测试单元都有一个可以转动的 圆盘，圆盘的下方连接有一个角度传感器，用来 记录车轮转动的角度，从而实现对转向轮转角的 检测。
转角仪结构图
驱动电机
减速机
限位开关
A检验要求：最大设计车速大于或等于100km/h的汽车：20° 最大设计车速小于100km/h的汽车：30°
B检验方法： 1)汽车保持直线向前状态,置于平坦干燥和清洁的硬质路面上； 2)将转向力-角仪安装在转向盘上； 3)转动转向盘至一侧有阻力止，再转至另一侧有阻力止，测出
汽车理论名词解释
《汽车理论》1、汽车的动力性的评价指标：最高车速、加速时间、最大爬坡度。
4、汽车的燃油经济性评价指标： L/100km和MPG或mile/Usgal. 。
6、汽车的稳态转向特性分为三种类型：不足转向，中性转向，过多转向。
8、汽车支承通过性评价指标：牵引系数TC，牵引效率TE，燃油利用指数E f。
10、汽车试验的两种评价方法：客观评价法和主观评价法。
11、汽车的附着力决定于：附着系数和驱动轮法向反作用力。
12、确定汽车传动系的最大传动比时，要考虑：最大爬坡度，附着率，汽车最低稳定车速。
13、为了模拟实际的汽车运行状况而进行的油耗实验中，室内实验我国用 4工况，载货汽车室外道路实验时，一般 6工况。
15、制动效能的恒定性，制动使汽车的方向稳定性是汽车制动性的评价指标。
在道路上进行制动实验时，一般要测定汽车的制动距离，制动减速度、制动时间参数。
16车厢侧倾时，若非独立悬架汽车的转向系统与悬架运动学上关系不协调时，将引起侧翻现象。
17、汽车操纵稳定性的道路实验转向轻便性常用的评价参数：转向盘最大转矩，转向盘最大作用力，转向盘作用功。
1、评价制动效能的指标：制动距离，制动减速度、制动时间参数。
2、汽车通过性几何参数：最小离地间隙，纵向通过角，接近角，离去角，最小转弯半径。
3、汽车平顺性评价指标：加权加速度均方根值，撞击悬架限位概率，行驶安全性。
4、汽车的制动性评价指：制动效能、制动效能的恒定性、制动时的方向稳定性。
5、汽车常用原地起步加速时间、超车加速时间来表明汽车的加速能力。
6、汽车的稳态转向特性的三种类型：不足转向，中性转向，过多转向。
7、平顺性评价指标：加权加速度均方根值，撞击悬架限位概率，行驶安全性。
8、平顺行驶实验中一般要测定悬挂系统的部分：固有频率和阻尼比。
9、一般汽车的最大爬坡度在30%左右，即16.7º。
10、越野汽车的最大爬坡度为60%，即31º。
11、发动机转速特性曲线分为发动机外特性曲线和发动机部分负荷特性曲线。
汽车的主观评价标准
汽车的主观评价1. 乘坐舒适性评价1.1 连续激励(Continuous Events)车辆行驶在不平路面上造成汽车的振动，路面分为Smooth road和Rough Road。
Smooth Road包括：非常平滑的路面、微量路面激励、少量连续或不连续激励的路面。
Rough Road是指：有波长不等的凸起路面，起伏和Dips路面造成车辆剧烈的振动。
Primary Ride/Body motion由于路面不平引起的车辆低频振动，判断你感受到的车体垂直振动、俯仰量，是否有车辆间断漂浮的感觉，是否有车体加速度的迅速改变，是否感受到由于车体侧倾造成头部横向颠簸不舒服的感觉。
Secondary Ride/Vibration (high frequency)振动由各种不平路面激励引起，驾驶员和乘客可从座垫、靠背、方向盘、地板、变速杆等。
判断路面激励造成的持续和不规则的车体俯仰及垂向运动，如车辆好象是在直接Copy不平路面，或感觉到象是与车轮一起跳动，或路面冲击使驾驶员臀部在座椅上跳动。
考察车体、副车架、悬架、动力总成和座椅的振动谐波，考察方向盘和转向柱的振动谐波。
是否感觉到车辆在传递路面冲击给乘客。
1.2 间断激励(Discrete Events)间断激励是指每次路面冲击的产生间隔足够长的距离，这样在下次冲击来之前，车辆的振动已充分衰减，如路面凸块、铁路交叉口、斜坡、路面凹坑、路面连接处、减速带等。
间断激励造成汽车以下振动：一阶振动(Primary/Bump)当汽车通过Bump或Dips路面时车体的刚体振动响应。
是否Bump造起乘客加速度的突然改变，是否清晰地感受到或听到撞击悬架限位块引起的冲击或声音。
冲击(impacts)考察车辆隔离路面个别剧烈冲击的能力。
车辆是否有强烈的振动或剧烈的路面冲击能否被车辆平滑地吸收，是否有伴随冲击的噪音产生，冲击是否使车体上下运动速度迅速改变，考察冲击发生后振动衰减的幅度。
汽车的中性转向点[整理版]
![汽车的中性转向点[整理版]](https://img.taocdn.com/s3/m/3b64721f78563c1ec5da50e2524de518964bd3a4.png)
1.汽车的中性转向点：使汽车前后轮产生同一侧偏角的侧向力作用点称为中性转向点。
3.汽车的转向灵敏度：汽车在等速行驶时没在前轮角阶跃输入下进入的稳态响应就是等速圆周运动。
常用输出与输入的比值，如稳态时横摆角速度与前轮转角之比来评价稳态响应。
这个比值称为稳态横摆角速度增益，也称转向灵敏度，以符号ωr/δ）s来表示。
4.间隙失效：由于汽车与越野地面间的间隙不足而被地面拖住，无法通过的情况称为间隙失效。
分为：顶起失效，触头失效，拖尾失效。
5.汽车的悬挂质量分配系数ε：定义ε=ρ²y/ab，并称为悬挂质量分配系数。
当ε=1时，联系质量m2c=0；在ε=1的情况下，前、后轴上方车身部分的集中质量m2f、m2r的垂直方向运动时相互独立的。
6.动力因数为：驱动力Ft减去空气阻力Fw与汽车重力G比7.汽车行驶时一定收到的阻力：空气阻力Fw和滚动阻力Ff.8.汽车的加速能力通过：起步加速时间和超车加速时间来表明9.汽车的动力性指标主要是：（1）汽车的最高车速Umax（2）汽车的加速时间t（3）汽车的最大爬坡度imax。
10.汽车的通过性是指汽车能以足够高的平均车速通过各种坏路和无路地带及各种障碍的能力.11.某种轿车的越过壕沟的宽度能力由前轮决定，其越过壕沟的宽度为Ld=，越台能力取决于后轮。
12.汽车的制动距离：它指的是汽车速度为Ua。
时，从驾驶员操纵制动控制装置（制动踏板）到汽车完全停住为止所驶过的距离。
13.汽车的平顺性：汽车的平顺性主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内，因此平顺性主要根据乘员主观感觉的舒适性来评价。
14.稳态横摆角速度增益：横摆角速度与前轮转角之比或称转向灵敏度.15.汽车的制动效率为：车轮将要抱死的制动强度与被利用附着系数的比值16.车辆坐标系中的三个角速度分量名称为：俯仰角速度，侧倾角速度，横摆角速度17.汽车的空气阻力系数在0.26——0.6之间.18.汽车行驶条件：驱动力条件：Ft》Ff+Fi+Fw，附着条件Ft《Fzφφ19.对于汽车的横向振动来说，人最敏感的频率为0.5—2Hz,纵向为4—8Hz20.滑动附着系数出现在滑动率为15%—20%21.影响汽车燃油经济性的主要因素有哪些？答：1）使用方面：①行驶车速的选择②档位的选择③挂车的应用及正确的保养与调整；（2）汽车结构方面：①缩减轿车总尺寸和减轻质量②提高发动机燃油经济性③适当增加传动系传动比及提高效率④改进汽车外形和轮胎设计。
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（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。
4、 回正力矩（绕轴的力矩）
生
图4.6 回正力矩的产
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。
希望通过学习，大家能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。这 也是我们本堂课学习的目标。
§4 汽车操纵稳定性
重点 车辆坐标系的有关术语，影响侧
偏特性的因素，轮胎回正力矩与侧偏特性 的关系；汽车的稳态转向特性及其影响因 素
§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，
§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。
（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
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，)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：
§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。
难点 影响侧偏特性的因素，轮胎回正
力矩与侧偏特性的关系；汽车的稳态转向 特性及其影响因素
§4 汽车操纵稳定性
§4.1 汽车的转向特性 一、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
§4 汽车操纵稳定性
图4.1 车轮坐标系
图4.1示出车轮的坐标系，其 中车轮前进方向为轴的正方向， 向下为轴的正方向，在轴的正 方向的右侧为轴的正方向。
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。
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。
（1）车轮平面 垂直于 车轮旋转轴线的轮胎中分平面。
（2）车轮中心 车轮旋 转轴线与车轮平面的交点。
（3）轮胎接地中心 车 轮旋转轴线在地平面（平面） 上的投影（轴），与车轮平面 的交点，也就是坐标原点。
（4）翻转力矩 地面作用于轮胎 上的力，绕轴的力矩。图示方向 为正。
（5）滚动阻力矩 地面作用 于轮胎上的力，绕轴的力矩。图 示方向为正。