汽车操纵稳定性
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。
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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》课件
06
汽车操纵稳定性案例分析
案例一：某品牌汽车操纵稳定性优化案例
要点一
总结词
要点二
详细描述
通过优化悬挂系统和转向系统，提高汽车操纵稳定性
该品牌汽车通过改进悬挂系统和转向系统的设计和参数， 实现了在各种路况下都能够保持较好的操纵稳定性。具体 措施包括采用先进的悬挂系统、优化转向齿条和齿轮的设 计、改善轮胎的抓地力等。这些改进使得汽车在高速行驶 、紧急变道和弯道行驶时更加稳定，提高了驾驶的安全性 和舒适性。
汽车操纵稳定性是评价汽车性能的重要指ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ之一，它涉及到汽车的操 控性、安全性、舒适性等多个方面，对驾驶员的驾驶体验和行车安全 具有重要影响。
汽车操纵稳定性的重要性
03
提高行车安全性
提高行驶稳定性
提高乘坐舒适性
良好的汽车操纵稳定性可以提高驾驶员对 汽车的操控信心，减少因失控而引发的交 通事故。
良好的汽车操纵稳定性可以使汽车在行驶 过程中保持稳定，减少侧滑、失稳等现象 的发生，提高行驶安全性。
案例二：某品牌汽车控制系统优化案例
总结词
通过先进的控制系统，提高汽车操纵稳定性
详细描述
该品牌汽车采用了先进的控制系统，如电子稳定程序和 牵引力控制系统，来提高汽车的操纵稳定性。这些系统 通过实时监测车辆的动态特性和驾驶员的操作，自动调 整发动机输出和制动系统的制动力，以保持车辆的稳定 性和控制性。通过这些控制系统的优化，该品牌汽车在 各种驾驶条件下都能够提供更好的操纵性能和安全性。
良好的汽车操纵稳定性可以使汽车在行驶 过程中更加平顺，减少颠簸和振动，提高 乘坐舒适性。
汽车操纵稳定性的历史与发展
历史回顾
早期的汽车由于没有转向助力、悬挂系统等装置，操纵稳定 性较差。随着技术的不断发展，汽车操纵稳定性逐渐得到改 善。
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
（4）用转向半径表示汽车稳态转向特性
（5）用静态储备系数S·M来表征汽车稳态转向特性
S M a' a k2 a L k1 k2 L
3.汽车稳态转向特性对操纵稳定性的影响
汽车不能具有过多转向特性。汽车具有中性转向特性 也不好，因为汽车本身或外界使用条件的某些变化，中性 转向特性的汽车常会转变成过多转向特性而使操纵稳定性 变差。不足转向特性的汽车转向灵敏性较差，汽车的不足 转向性不可过大。因此，只有具有适度不足转向特性的汽 车，才具有良好的操纵稳定性，才能保持行车安全。《机 动车运行安全技术条件》（GB7258-2004）规定，汽车（三 轮汽车除外）应具有适度的不足转向特性。
6.4.2 轮胎
1.轮胎气压 2.轮胎结构型式
6.4.3 汽车驱动方式
转向时随施加于轮胎上切向力的增加， 轮胎的侧偏刚度减小，使汽车产生的侧偏角增 大。因此，后轮驱动的汽车转向时施加驱动力， 后轮侧偏刚度减小，使后轮侧偏角增加，有减 小不足转向、向过多转向转化的趋势。前轮驱 动的汽车转向时施加驱动力，前轮侧偏刚度减 小，使前轮侧偏角增加，有增加不足转向的作 用。
第三节
汽车稳态转向特性与瞬态响应
主讲教师：刁立福
由转向盘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， 相应的汽车响应称为稳态响应与瞬态响应。
6.3.1 汽车稳态转向特性
1.汽车稳态转向的几何关系
L R
(1
2)
2.汽车稳态转向特性的表示方法
（1）用汽车稳定性因数表示汽车稳态转向特性
过多转向特性增加。 对载货汽车来说，由于后轮载荷的变化常比前轮载
荷变化大3～4倍，因而如果在一定的侧向加速度下，空 载时前轮侧偏角往往比后轮侧偏角大；那么满载时后轮 侧偏角则往往比前轮侧偏角大得多。因此，加大后轴载 荷会增大汽车的过多转向的倾向，这可以说是所有汽车 的共同的特性。而载货汽车由于其后轴载荷变化幅度大， 所以重载时往往出现过多转向的倾向。
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对驾驶员操纵指令的响应和车辆稳定性的表现。
操纵稳定性标准是衡量汽车安全性能的重要指标之一，对于保障驾驶员和乘客的安全具有重要意义。
首先，汽车操纵稳定性标准受到多种因素的影响。
其中，车辆的悬挂系统、转向系统、制动系统、轮胎和车辆质量等都会对操纵稳定性产生影响。
悬挂系统的设计和调校直接影响了车辆在转弯时的稳定性和平顺性，转向系统的精准度和灵敏度会影响驾驶员对车辆方向的控制，而制动系统的灵敏度和制动距离则直接关系到车辆的操纵安全性。
此外，轮胎的抓地力和车辆质量的分布也会对操纵稳定性产生重要影响。
其次，为了保障汽车操纵稳定性的标准，制定相应的技术规范和测试标准是非常必要的。
在技术规范方面，需要对汽车的悬挂系统、转向系统、制动系统等进行详细的设计要求和性能指标，确保其能够满足操纵稳定性的要求。
在测试标准方面，需要建立相应的测试方法和测试流程，对车辆在不同路况和操纵条件下的操纵稳定性进行全面的测试评估。
只有通过严格的技术规范和测试标准，才能够确保汽车的操纵稳定性达到标准要求。
此外，对于汽车操纵稳定性标准的监督和管理也是非常重要的。
相关部门需要建立健全的监督体系，对汽车制造企业进行定期的检查和评估，确保其生产的汽车能够符合操纵稳定性标准。
同时，还需要建立消费者投诉和举报机制，让消费者能够及时反映汽车操纵稳定性方面的问题，从而促使企业改进产品质量，保障消费者的安全。
总之，汽车操纵稳定性标准是保障汽车安全性能的重要指标，需要综合考虑车辆的悬挂系统、转向系统、制动系统、轮胎和车辆质量等多个因素，制定相应的技术规范和测试标准，并建立健全的监督和管理体系。
只有这样，才能够确保汽车在行驶过程中具有良好的操纵稳定性，保障驾驶员和乘客的安全。
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
汽车操纵稳定性概述(教案)
第四章 汽车操纵稳定性第一节 概述汽车操纵性，是指驾驶员以最少的修正而能维持汽车按给定的路径行驶以及按驾驶员愿望转动转向盘来改变汽车行驶力向的能力。
可通过考察下列关系来评价操纵性能的好坏：(1)在规定车速下，车辆质心曲线轨迹与转向盘转角的关系；(2)以规定角速度迅速转动转向盘后，车辆转向横摆角速度随时间的变化关系；(3)车辆在圆周行驶时其转向盘上的作用力与车辆侧向加速度的关系。
(4)为保证规定速度行驶的车辆轨迹曲率半径能按规定要求变化，而必须施加在转向盘上的作用力。
汽车操纵稳定性，是指汽车抵抗力图改变其位置或行驶方向的外界影响的能力。
汽车在行驶过程中，受到外界干扰，会产生运动参数的变化。
如果外界干扰消失后，车辆运动参数能恢复到原状态，即称这种运动状态是稳定的。
对于一定结构的车辆，汽车运动状态是否稳定与汽车速度有密切的关系，所以车辆稳定性可用临界车速来衡量。
汽车速度超过临界值，汽车行驶就处于不稳定状态。
汽车操纵稳定性不仅影响汽车驾驶操作的方便程度，而且也是决定汽车高速行驶安全的一个重要性能。
5.1汽车操纵稳定性的基本内容5.1.1 基本定义汽车操纵稳定性需要采用较多的物理参量从多方面来进行评价。
表5-4给出了汽车操纵稳定性的基本内容及评价所用物理参量。
在汽车操纵稳定性的研究中，常把汽车作为一个控制系统，求出汽车曲线行驶的时域响应和频域响应，并以它们来表征汽车的操纵稳定性能。
汽车曲线行驶的时域响应，是指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。
转向盘输入有角输入和力输入两种形式。
给转向盘作用一个角位移，称为角位移输入简称角输入；给转向盘作用一个力矩，称为力矩输入，简称力输入。
在实际驾驶车辆时，驾驶员对转向盘同时加入这两种输入。
外界侧向干扰输入主要是指侧向风与路面不平产生的侧向力。
表5-4中的转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应及转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转向盘角位移输入下的时域响应。
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'
第五章汽车的操纵稳定性
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。
1.转向盘角阶跃输入下的响应稳态响应--横摆角速度增益—转向灵敏度。
瞬态响应--反应时间。
横摆角速度波动的无阻尼圆频率。
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--共振峰频率。
共振时振幅比。
相位滞后角。
稳态增益。
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--⌝转向灵敏度。
转向盘力特性。
转向功灵敏度 4.回正性转向盘力输入下的时域响应--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。
5.转向半径--最小转向半径 6.转向轻便性评价转动转向盘轻便程度的特性。
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。
7.直线行驶性能直线行驶性--转向盘转角和（累计值）侧向风敏感性，路面不平敏感性-=侧向偏移 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--转向盘转角、转向力、侧向加速度、横摆角速度、侧偏角、车速等。
9.极限行驶能力圆周行驶极限侧向加速度--极限侧向加速度 抗侧翻能力--极限车速发生侧滑时的控制能力--回至原来路径所需时间 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 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。
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）
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。
汽车操纵稳定性检测
路况条件
道路类型
不同类型的道路如柏油路、水泥路、土路等对车 辆操纵稳定性有不同的影响。
道路坡度
道路坡度会使车辆产生额外的分力，影响操纵稳 定性。
道路曲线
道路曲线会使车辆产生离心力，影响操纵稳定性 。
05
汽车操纵稳定性提升措施
车辆性能改进
优化悬挂系统
悬挂系统对车辆的操纵稳定性有着重要影响。通过改进悬挂系统 的设计和参数，可以提高车辆的操纵稳定性和乘坐舒适性。
汽车操纵稳定性检测
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目录
• 汽车操纵稳定性检测概述 • 汽车操纵稳定性检测系统 • 汽车操纵稳定性检测实验 • 汽车操纵稳定性影响因素 • 汽车操纵稳定性提升措施 • 汽车操纵稳定性检测案例分析
01
汽车操纵稳定性检测概述
定义与重要性
定义
汽车操纵稳定性检测是指对汽车在行驶过程中，驾驶员按照预定目标和路线进行 操纵的能力进行评估和测试。
03
汽车操纵稳定性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ测实验
实验准备与步骤
实验目的
检测汽车的操纵稳定性，确保车辆在行驶过程中具有良好的操控性能和安全性。
实验设备
测试仪器、测试软件、车辆等。
实验准备与步骤
实验步骤 1. 准备实验场地，确保路面平坦、无障碍物，并按照要求设置测试区域。
2. 对测试仪器进行校准，确保测试数据的准确性。
重要性
汽车操纵稳定性是影响行车安全的重要因素，不良的操纵稳定性可能导致交通事 故的发生。通过对汽车操纵稳定性的检测，可以评估车辆的安全性能，为驾驶员 提供可靠的驾驶依据，同时为车辆的维修和改进提供数据支持。
检测目的和意义
目的
汽车操纵稳定性检测的目的是评估车辆在行驶过程中的操控性能，判断车辆在 高速行驶、紧急变道、转向等情况下是否稳定可靠，以保障行车安全。
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
26
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。
《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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第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
运 动 学 分 析
确定汽车 质心（绝对） 加速度在车辆 坐标系的分量 ax和ay。
沿Ox轴速度分 量的变化为
u u cos u v vsin
ucos ucos u vsin vsin
O
FYγ-
第二节 轮胎的侧偏特性
轮胎外倾角及产生的原因
*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
第二节 轮胎的侧偏特性
外倾侧向力FYγ
FYγ k γ
-
-
+
kγ－外倾刚度。
第二节 轮胎的侧偏特性
α一定时，γ 越大，FY越大。 增加的FY是由 γ作用的结果。
第二节 轮胎的侧偏特性
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
考虑到 θ很小并忽略二阶微量
ucos ucos u vsin vsin u v
上式除以Δt并取极限得
du d vr ax v u dt dt
ur ay v
同理可得
当车轮有侧向弹性时，即使FY没有
达到侧向附着极限，车轮行驶方向也
u 将偏离车轮平面的方向。
第二节 轮胎的侧偏特性
3.FY－α曲线
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。
第二节 轮胎的侧偏特性
轮胎的尺寸、型式和结构参数对侧偏刚度有显著影响。
大尺寸轮胎
第一节 概述
赛车负升力翼
第一节 概述
制动跑偏
第一节 概述
ABS系统对比试验
第一节 概述
车辆稳定性控制系统 （VSC）作用
第一节 概述
四轮转向系统4WS作用
第一节 概述
汽车操稳性引起的事故
南充 成都
4.29交通事故轨迹图
第一节 概述
汽车在绕桩（转向）时车身总有一定的倾斜
第一节 概述
有些轿车的车身侧倾比较严重
操纵稳定性包含的内容
第一节 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 ）
大尺寸轮胎
子午线轮胎
钢丝子午线轮
侧偏刚度大
斜交轮胎
侧偏刚度小 纤维子午线轮胎
小尺寸轮胎
第二节 轮胎的侧偏特性 轮胎结构与侧偏特性的关系
扁平率小，k大
H B
扁平率=(H/B)×100%
第二节 轮胎的侧偏特性
第二节 轮胎的侧偏特性
第二节 轮胎的侧偏特性
轮胎气压的影响 轮胎气压高，k大
第二节 轮胎的侧偏特性
稳态响应
横摆角速度增益— 转向灵敏度。
评价参量
反应时间。 横摆角速度波动的
瞬态响应
无阻尼圆频率。
操纵稳定性包含的内容
第一节 概述
2.横摆角速度频率响应特性
转向盘转角正弦输 共振峰频率。 共振时振幅比。
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。
评价参量
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
二自由度汽车动力学分析
FY FY 1cos FY 2 M Z aFY 1cos bFY 2
考虑到δ角较小 cos 1
FY 1 k11
FY 2 k2 2
FY k11 k 2 2 M Z ak11 bk 2 2
下的瞬态响应。
第一节 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
第一节 概述
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
有 外 倾 时 FY γ 与 、 的 关 系 α
1）α=0
FY FYγ k γ
2 ） α ≠0 FY FYα FYγ k k γ 3）有γ，FY=0，即a点
k k γ 0
k γ k
第二节 轮胎的侧偏特性
γ过大对汽车产生不
外倾时产生的回正力矩
良影响
第二节 轮胎的侧偏特性
轮胎的侧偏现象
因轮胎侧向弹性，车轮受侧向力的作用使轮心速度方向偏离 车轮平面的现象。侧向力因转向、路面倾斜、风力等引起。转向 引起的侧向力总是指向汽车内侧。侧偏角总是位于和侧偏力指向 相反的一侧。
第二节 轮胎的侧偏特性
外倾角γ 过轮胎坐标系原点的 垂线与车轮平面的夹角 Z 正回正力矩TZ 正外倾角 γ 车轮行驶方向
第二节 轮胎的侧偏特性
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。
第二节 轮胎的侧偏特性
2）在弹性轮上作用侧向力 Fy
Fy
俯视图
FY
车轮静止
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'
u
c
Fy FZ l
Fy FZ l
垂直载荷的影响
垂直载荷大，k大
第二节 轮胎的侧偏特性
α一定时， W大，FY大。
FY = k ，即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。
第二节 轮胎的侧偏特性
纵向力与侧偏特性的关系
FX 越大，FY 越小
FY1
FY2 FX2 FX1
第二节 轮胎的侧偏特性
汽车轮胎
摩托车轮胎
第二节 轮胎的侧偏特性
轮 胎 特 性 参 数 的 正 负 规 定
第二节 轮胎的侧偏特性
外倾角对操稳性的影响
外倾角增大会影响最大地面侧向反力，降 低极限侧向加速度，故高速汽车转弯时应使 前外轮尽量垂直于地面。
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应 汽车模型的简化
*忽略转向系统的影响，直接以前轮转角为输入。
路面干湿状况对侧偏特性的影响
第二节 轮胎的侧偏特性
轮胎胎面、路面粗糙程度、水层厚度与滑水现象的关系
路面有薄 水层时，由于 滑水现象，会 出现完全丧失 侧偏力的情况。
第二节 轮胎的侧偏特性
第二节 轮胎的侧偏特性
回正力矩TZ
轮胎发生侧偏时，会产生作用于轮胎绕 OZ轴的力矩，该力矩称为回正力矩。
操纵稳定性包含的内容
第一节 概述
6.转向轻便性
评价转动转向盘轻便
程度的特性。
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。
评价参量
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
第一节 概述
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”—转向反映慢。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。
第二节 轮胎的侧偏特性
FY FY
e
e
FY
e—轮胎 拖距。
轮胎拖距 变大
车轮静止时受到 侧向力
车轮运动时受到侧向力 （侧向力较小）
车轮运动时受到侧向力 （侧向力较大）
第二节 轮胎的侧偏特性
轮 胎 的 回 正 力 矩 与 侧 偏 特 性
第二节 轮胎的侧偏特性
有外倾角时的轮胎滚动
+
Z X
Fy
Y
向外滚开的趋势
c
只有当侧向力 Fy 大于（或等于）车轮与路面
间的侧向附着力时，车轮的运动方向才会改变。
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
第二节 轮胎的侧偏特性
侧偏角α
FY + u
0
Y
侧偏力为正时，
轮胎接地印 迹中心的位移 方向与X轴的 夹角。
α
X
产生负侧偏角。
α
2.侧偏现象
*不考虑振动、侧倾、俯仰运动，认为汽车只作平行
于地面的运动； *不考虑轮胎切向力、外倾角、空气阻力的影响；
*忽略左右轮胎载荷变化引起的侧偏特性变化；
*忽略轮胎回正力矩； *认为轮胎侧偏特性处于线性范围；
*认为汽车沿x轴速度不变。
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应 y 两 轮 汽 车 模 x 型 及 车 辆 坐 标 系
第一节 概述
设计的理念是驾 驶舱永不倾斜
第一节 概述
第一节 概述
错误地在前、后轴混装子午线轮胎和斜交轮胎。具有过多转向特性的 汽车，在转向时达到一定车速(称为“临界车速”)时，将会出乎意外地 向转向内侧激转，造成事故。 该车转向系统相关零部件间累计间隙过大，方向盘自由行程严重超差， 而又未及时维修(或维修质量不佳)，未排除故障，带病运行，导致该车 行驶中前束值或大或小不断变化，使汽车行驶处于极不稳定状态，这也 加剧了过多转向的趋势。 该车左后轮制动器因左后半轴油封损坏，齿轮油漏入左后轮制动器而 导致该轮制动器工作失效。不均衡制动力造成的回转力矩。
稳态响应特性
第一节 概述