汽车理论---第五章汽车操纵稳定性pt(1)分析解析
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汽车理论第五章汽车操纵稳定性pt1分析
→地面不平时有冲击感。
Φr
M r Kr
➢在确定悬架总侧倾角刚度 K Φr 时，要
综合考虑对操纵稳定性和平顺性的影响。
13
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
1）悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩MΦrⅠ
u2 Fsy ms R ayGs
Mr Fsyh
hhsHN hsh1bs Lh2as
14
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
KF h0 r NG r
M Φ r I IF Iu yh 0r
ΔFZ F u y
2
Δ FY
Fl'
Fl
F
' r
Fr
F uy
2
Δ FY ΔFZ
16
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
Φr
M r Kr
➢悬架总侧倾刚度等于 K Φr
M r M r IM r I I M r I I前I、后悬架及横向稳定杆的侧 倾角刚度之和。
:
F z 1 Gbcos
Ghgsin L
令 F z1 0 , 则
Gbcos Ghgsin 0
tg b hg
可见 , 汽车不发生纵翻的极限
坡度角为 :
max arctg
b hg
Gsin Gcos tg max arctg
纵滑发生在纵翻之前——安全判定条件：
18
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
TΦr2
TΦr1
TΦr
19
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
Fsy Fs1yFs2y
Fs1y
Fsy
bs L
Fs2y
Fsy
as L
20
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
Φr
M r Kr
➢在确定悬架总侧倾角刚度 K Φr 时，要
综合考虑对操纵稳定性和平顺性的影响。
13
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
1）悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩MΦrⅠ
u2 Fsy ms R ayGs
Mr Fsyh
hhsHN hsh1bs Lh2as
14
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
KF h0 r NG r
M Φ r I IF Iu yh 0r
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
Φr
M r Kr
➢悬架总侧倾刚度等于 K Φr
M r M r IM r I I M r I I前I、后悬架及横向稳定杆的侧 倾角刚度之和。
:
F z 1 Gbcos
Ghgsin L
令 F z1 0 , 则
Gbcos Ghgsin 0
tg b hg
可见 , 汽车不发生纵翻的极限
坡度角为 :
max arctg
b hg
Gsin Gcos tg max arctg
纵滑发生在纵翻之前——安全判定条件：
18
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
TΦr2
TΦr1
TΦr
19
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
Fsy Fs1yFs2y
Fs1y
Fsy
bs L
Fs2y
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20
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
汽车理论5-1
δsw输入
汽车
横摆角速度
5-1 汽车的操纵稳定性概述
三、人—车闭路系统
2. 闭路控制系统 把汽车与驾驶员作为一个整体来研究，驾驶 员除了需要输入必要的参数，还需要根据汽车输 出的参数反馈到输入中去，可以对汽车操纵稳定 性进行主观评价。 δsw输入
汽车
横摆角速度
驾驶员
5-1 汽车的操纵稳定性概述
三、人—车闭路系统
二、车辆坐标系与转向盘角阶跃 输入下的时域响应
δ
1. 输入种类 ：
阶跃输入 脉冲输入 正弦输入
阶跃
δ
脉冲
t
δ 正弦
t
t
5-1 汽车的操纵稳定性概述
二、车辆坐标系与转向盘角阶跃输入 下的时域响应
2.时域响应
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。 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。
5-1 汽车的操纵稳定性概述
二、车辆坐标系与转向盘角阶跃输入 下的时域响应
4.瞬态响应-包含两个方 面问题：
行驶方向稳定性：即
给以角阶跃输入后汽车 能否达到新的稳定状态 。
响应品质：即到达新
的稳定状态之前其瞬态 响应特性如何。
具体可以考察四方面特 点。
5-1 汽车的操纵稳定性概述
二、车辆坐标系与转向盘角阶跃输入 下的时域响应
评价参量
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
5-1 汽车的操纵稳定性概述
一、汽车操纵稳定性包含的内容
简化： 由多自由度动力学系统—非线性系统简 化为线性系统
汽车理论课件-汽车的操纵稳定性
極限側向加速度 極限車速
發生側滑時的 控制能力
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
評價參量
回至原來路徑 所需時間
操縱穩定性包含的內容
*
汽車理論
第二十五講
主講教師：楊志華
學時：48
第一節 操縱穩定性概述
二、車輛坐標系與轉向盤角階躍 輸入下的時域回應
1.車輛坐標系
右手系
*
第一節 操縱穩定性概述
2.穩態回應特性
➢汽車直線行駛時，急速轉動轉向盤至某一轉角時，停止轉 動轉向盤並維持此轉角不變，即給汽車以轉向盤角階躍輸入。
*
第一節 操縱穩定性概述
2.橫擺角速度頻率回應特性
轉向盤轉角正弦輸 入下，頻率由0→∞變 化時，汽車橫擺角速 度與轉向盤轉角的振 幅比及相位差的變化 規律。
評價參量
➢共振峰頻率。 ➢共振時振幅比。 ➢相位滯後角。 ➢穩態增益。
操縱穩定性包含的內容
*
第一節 操縱穩定性概述
3.轉向盤中間位置操縱穩定性
*
第一節 操縱穩定性概述
瞬態回應的評價指標
1）時間上的滯後
2）執行上的誤差 （ωr1/ωr0）×100％
稱為超調量
3）橫擺角速度的波動 波動的ω ＝2π/T , 取
決於汽車的結構參數
4）進入穩態所經歷 的時間σ
*
第一節 操縱穩定性概述
三、操縱穩定性的研究方法
將汽車作為開路控制系統 人—汽車系統作為閉路系統
轉向盤小轉角、低頻 正弦輸入下，汽車高速 行駛時的操縱穩定性。
評價參量
4.回正性
➢轉向靈敏度。 ➢轉向盤力特性。 ➢轉向功靈敏度。
轉向盤力輸入 下的時域回應。
評價參量
➢回正後剩餘橫擺角 速度與剩餘橫擺角。
汽车理论课后习题答案第五章汽车的操纵稳定性
第五章5. 1 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 =■■故由外倾角引起的前轮侧偏角：:二- k k= _ •05. 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：K=m bL g k Jk、k2变化，原来K兰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二转向半径的比R/R。
；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. ：丄时为不足转向，：•.「-「• 时为中性转向，二丘<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/R0V1时为过多转向；3 . S.M.>0时为不足转向，S.M.=O时为中性转向，S.M.vO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。
5. 6主销内倾角和后倾角的功能有何不同？答：主销外倾角可以产生回正力矩，保证汽车直线行驶；主销内倾角除产生回正力矩外，还有使得转向轻便的功能。
汽车理论-汽车的操纵稳定性
加速行
FZ1↓
k1↓
α1↑
驶时
FZ2↑
k2↑
α2↓
汽车有增加不 足转向的趋势
2
第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系
2）Ft 对α的影响
Ft↑， FY=C，α↑ 随着驱动力的增加，维持 转向所需的FY 将使α↑。
前驱汽车α1 随 Ft 增大而增大 前驱汽车增大了不足转向趋势
3
第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系
四、四个车轮主动制动的控制效果
40
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
五、VSC系统的组成
1）用于向各个车轮施加 制动的执行机构；
2）用于控制驱动力的节 气门执行机构与节气门传 感器；
3）轮速传感器； 4）横摆角速度传感器； 5）侧向、纵向加速度传 感器； 6）转向角传感器； 7）制动主缸压力传感器； 8）ECU。
6
第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系
4）随着驱动力的增加，轮胎回正力矩通常也有所增 加，这也增加了前轮驱动汽车的不足转向趋势。
思考 ➢试分析当汽车用发动机制动时，前轮驱动的汽车趋于 增加不足转向还是减小不足转向？后轮驱动的汽车呢？为 什么？
7
第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系
二、地面切向反作用力控制转向特性 的基本概念简介
一、刚性汽车的准静态侧翻
➢“刚性汽车”是指 忽略汽车悬架及轮胎弹 性变形；“准静态”是 指汽车的稳态转向。
假定 sin cos 1
may hg
mghg
FZi
B
1 2
mgB
0
ay g
1 2
B
hg
FZi mg
hg
B
1 2
FZi mg
汽车理论 课件之第5章 汽车的操纵稳定性
与外倾角变动产生的弹 性侧偏角。 1.弹性侧偏角：垂直载荷 车厢外倾导致转向杆系 运动 2.侧倾转向角：侧向力使 销的转动。 而产生的前轮平面绕主 3.变形转向角：侧向力使 车厢外倾导致悬架导向 杆系 变形而产生的后轮平面 绕垂直地面轴线的转动 。
48
1.
车身侧倾轴线：车厢相对地面转动时瞬 时轴线。 侧倾中心：侧倾轴线通过车厢在前后轴 处横断面的瞬时转动中心。 侧倾中心的位置由悬架的导向机构所决 定。 可用解析和图解两种方法获得侧倾中心。 图解方法是利用可逆原理，即假设车厢 不动而地面相对车厢发生转动，求出地 面相对车厢的瞬时转动中心，它也是车 厢的侧倾中心。
1 2 0 K 0 1 2 0 K 0 1 2 0 K 0
1 2 Ka y L
40
1－ 2
1 2 Ka y L
K 0中性转向
ay
K 0过度转向
a y 0.3 ~ 0.4 g， 1 2与a y不再为线性关系
6
sw const .
K 0不足转向 K＝0中性转向
K 0过度转向
understeering
oversteering
7
r1
T
r0
r (t )
0.95 r 0
1.05 r 0
sw
调量 r0
反应时间
r1最大横摆角速度 r 0稳态横摆角速度
49
Fy
E F
无侧向力 有侧向力
ms g
D
G
Fl
Fr
单横摆臂独立悬架及车 厢
50
C C
mg
Fy
Om
E F
d
48
1.
车身侧倾轴线：车厢相对地面转动时瞬 时轴线。 侧倾中心：侧倾轴线通过车厢在前后轴 处横断面的瞬时转动中心。 侧倾中心的位置由悬架的导向机构所决 定。 可用解析和图解两种方法获得侧倾中心。 图解方法是利用可逆原理，即假设车厢 不动而地面相对车厢发生转动，求出地 面相对车厢的瞬时转动中心，它也是车 厢的侧倾中心。
1 2 0 K 0 1 2 0 K 0 1 2 0 K 0
1 2 Ka y L
40
1－ 2
1 2 Ka y L
K 0中性转向
ay
K 0过度转向
a y 0.3 ~ 0.4 g， 1 2与a y不再为线性关系
6
sw const .
K 0不足转向 K＝0中性转向
K 0过度转向
understeering
oversteering
7
r1
T
r0
r (t )
0.95 r 0
1.05 r 0
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调量 r0
反应时间
r1最大横摆角速度 r 0稳态横摆角速度
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无侧向力 有侧向力
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单横摆臂独立悬架及车 厢
50
C C
mg
Fy
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E F
d
第五章汽车操纵稳定性
路面不可能被压低，车轮下
边缘不可能陷入路面之下，
而是车轮连同整个汽车前部 被向上抬起相应高度h。一 旦外力消失，转向轮就会在
汽车前部重力作用下力图自 动回正到旋转前的中间位置
➢由于主销内倾， 转向时，路面作用在 转向轮上的阻力对主销轴线产生的力矩 减小，从而可减少转向时驾驶员施加在 转向盘上的力，使转向操纵轻便
（A）若轮胎内倾，路面垂直反力F 产生的分力F2向外，增加了轮胎脱 出的可能性。（说明汽车超载是很 危险的，它会大大增加轮胎内倾的 可能性，造成轮胎甩出） （B）轮胎垂直于地面，路面垂直 反力F ，不产生分力。（说明：汽 车要按规定装载，因为有了前轮外 倾，汽车满载后，轮胎基本上垂直 于地面。） （C）只有轮胎外倾，路面垂直反 力F产生的分力F2向内，使得轮胎 紧紧靠在转向节上，提高了轮胎的 工作安全性。
反力 Y 对车轮形成饶主销轴线作用的力矩 M〓F× L，其方向正好与车轮偏转方向相 反。在此力矩作用下，将使车轮回复到原 来中间位置，从而保证汽车能稳定地直线 行驶，故此力矩称为稳定力矩（回正力 矩）。
同理：在汽车转向后的回正过程中，此力矩具有帮助驾 驶员使转向车轮回正的作用，使汽车转向后回正操纵轻 便
主销内倾
定义：当汽车水平停放时，在汽车的横向垂面内，主销轴线与地面垂线的夹 角β为主销内倾角。 作用：①自动回正作用（尤其是在静态下） ②转向轻便
当转向轮在外力作用下绕主
销旋转(假设旋转180°，即 由图b中左边位置转到右边 位置)而偏离中间位置时， 由于主销内倾，车轮的最低 点将陷入路面以下h处，即 定性？即方程的解什么情况下是稳定的?
单横臂独立悬架车厢上的侧倾中心
根据杠杆原理
转向桥
转向轮定位
一、概述：
边缘不可能陷入路面之下，
而是车轮连同整个汽车前部 被向上抬起相应高度h。一 旦外力消失，转向轮就会在
汽车前部重力作用下力图自 动回正到旋转前的中间位置
➢由于主销内倾， 转向时，路面作用在 转向轮上的阻力对主销轴线产生的力矩 减小，从而可减少转向时驾驶员施加在 转向盘上的力，使转向操纵轻便
（A）若轮胎内倾，路面垂直反力F 产生的分力F2向外，增加了轮胎脱 出的可能性。（说明汽车超载是很 危险的，它会大大增加轮胎内倾的 可能性，造成轮胎甩出） （B）轮胎垂直于地面，路面垂直 反力F ，不产生分力。（说明：汽 车要按规定装载，因为有了前轮外 倾，汽车满载后，轮胎基本上垂直 于地面。） （C）只有轮胎外倾，路面垂直反 力F产生的分力F2向内，使得轮胎 紧紧靠在转向节上，提高了轮胎的 工作安全性。
反力 Y 对车轮形成饶主销轴线作用的力矩 M〓F× L，其方向正好与车轮偏转方向相 反。在此力矩作用下，将使车轮回复到原 来中间位置，从而保证汽车能稳定地直线 行驶，故此力矩称为稳定力矩（回正力 矩）。
同理：在汽车转向后的回正过程中，此力矩具有帮助驾 驶员使转向车轮回正的作用，使汽车转向后回正操纵轻 便
主销内倾
定义：当汽车水平停放时，在汽车的横向垂面内，主销轴线与地面垂线的夹 角β为主销内倾角。 作用：①自动回正作用（尤其是在静态下） ②转向轻便
当转向轮在外力作用下绕主
销旋转(假设旋转180°，即 由图b中左边位置转到右边 位置)而偏离中间位置时， 由于主销内倾，车轮的最低 点将陷入路面以下h处，即 定性？即方程的解什么情况下是稳定的?
单横臂独立悬架车厢上的侧倾中心
根据杠杆原理
转向桥
转向轮定位
一、概述：
第五章 汽车操纵稳定性
第一节 概述
车辆坐标系和汽车主要运动形式
第一节 概述
汽车等速圆周行驶：汽车转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应
时域响应
Steady state Transient stat 不足转向 中性转向 过多转向
稳态响应特性
第一节 概述
汽车瞬态响应
4．瞬态响应特性
反应时间—
第二节 轮胎的侧偏特性
轮胎结构与侧偏特性的关系
*垂直载荷的影响
垂直载荷增大，k增大。但垂直载荷太大k反而减小。
第二节 轮胎式和结构参数的影响
a. 子午线胎比斜交胎侧偏刚度高。
b. 扁平比（=轮胎高度H/宽度B）小的轮胎侧偏 刚度大。 c. 胎压大，则侧偏刚度大，但胎压太大侧偏刚度基本不变。试验时，可 通过减少胎压改变稳态试验结果。
2．不足转向： K 0 r ) s u / L 比中性转向时小 r ) s u / L 比中性转向时大 3．过多转向： K 0
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应 汽车稳态横摆角速度增益曲线
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
汽车中性转向
K=0时 ，汽车稳态响应为中 性转向。这时，
第二节 轮胎的侧偏特性
轮胎的侧偏现象
具有侧向弹性的车 轮在垂直载荷为W 的条件下，车轮中 心受到侧向力FY， 地面相应的有侧偏 力时的两种情况：
· 车轮静止不滚动。 · 车轮滚动。
第二节 轮胎的侧偏特性 轮胎的侧偏特性
在侧偏角<5时，侧偏力和侧 偏角成线性关系。这时，
Fy k
式中，k称为侧偏刚度（N/rad）。 为曲线在=0处的斜率。按轮胎 坐标系，侧偏力和侧偏角总是反 号，故侧偏刚度总是负值。
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ΔF Kl 2k s Δs
9
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
Q ks ss
Δss Δst m n
Fa ΔFa
Q ΔQ
Δss
m Δst n
Δss
Δst
Gu 2
FZ n Qm
ks ss m
m FZ ks ss n
m ks st n
悬架总侧倾刚度等于 KΦr
M r M rI M rII M rIII
前、后悬架及横向稳定杆的侧 倾角刚度之和。
18
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
二、侧倾时垂直载荷在左右轮上的重新
分配及其对稳态响应的影响
1.侧倾时垂直载荷在左右轮上的重新分配
工字形车架代表车厢，悬 挂质量为Ms。
地面回到水平位置确 定车厢相对于地面产生侧
倾角Φr时，轮胎外倾
角 ' ' 。
' ' '
26
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
非独立悬架车身侧倾时，前轮外倾角不变。
27
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
纵滑在纵翻之前发生，即：
b max max hg • 统计资料表明，正常装载的汽车，其ψmax值远 超过汽车的爬坡能力，因此不至于发生纵翻 • 但是，如果装载不合理，使汽车的质心过高， 又过分靠后、则有可能发生纵翻。
• 1．汽车在离心力作 用下的侧翻 • 汽车在具有横坡的 弯道上，作等速转向 运动时的受力简图如 图所示。
受到侧向力作用的独立悬架杆系的变形会引起车
轮外倾角的变化。
40
– 汽车的纵翻和纵滑： – 汽车在弯道行驶时的侧翻和整车侧滑： – 汽车在横坡直线行驶时的侧翻和侧滑：
• 1、纵翻
–当汽车等速上坡行驶 时，其受力情况如图 所示。 –当前轮的法向反作用 力FZ1=0时，汽车便开 始绕A点向后翻倾， 通常称为纵翻。
2
m
n
FZ ΔFZ
2
FZ m ks st n
m K l 2 ks n
2
10
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
用虚位移原理确定悬架侧倾角刚度
Fa ΔFa
Q Q
Δ stΔ ss mn源自Gu F Z 2
Gu 2
FZ FZ
21
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
bs FZ 1l B1 Fsy h1 Tr1 Fu1 y hu1 L FZ 1r FZ 1l FZ1l FZ 1l FZ 1l
TΦr1 KΦr1Φr
TΦr2 KΦr2Φr
FZ 2l B2 Fsy
FZ 2r FZ 2l
c 1000 Fy Fy
c — 变形转向角； Fy — 侧向力变形转向系数。
35
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
36
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
37
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
回正力矩变形转向角δa
在回正力矩作用下，悬架和车轮有扭转变形，前、 后轴车轮均发生回正力矩变形转向角δa。 回正力矩变形转向角δa
确定侧倾中心再确定侧倾轴线？
3
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
确定侧倾中心时 ①假定车厢不动，地面和车轮相对车厢转动； ②假定车轮与地面间无相对滑动； ③对四连杆机构会用到三心定理。
O13
2
3 1 4 四连杆机构中相 对两杆的相对运动瞬 心是相邻两杆延长线
O24
的交点。
4
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
1）单横臂独立悬架车厢的侧倾中心
Om
vd
vg
5
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
2）双横臂独立悬架的侧倾中心
Or
vd
D
Ol
Om
G
vg
6
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
双横臂独立悬架的等效单横臂悬架
7
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
2.悬架的侧倾角刚度
定义：车厢侧倾时，单位车厢转角下，悬架系统给车厢
30
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾所引起的车轮外倾角的变化可由下式计算
r r
— 侧倾外倾系数。 r
31
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
四、侧倾转向
车厢侧倾所引起的前转向轮绕主销的转动、后轮绕垂直
于地面轴线的转动，即车轮转角的变动，称为侧倾转向。
车轮的侧倾转向角与车厢侧倾角的关系可以用下式表示
由受力平衡可得 : Gbcos Ghgsin Fz1 L 令Fz1 0, 则 Gbcos Ghgsin 0 b tg hg 可见, 汽车不发生纵翻的极限 坡度角为 :
max
b arctg hg
G sin G cos tg max arctg
3）变形转向角（悬架导向杆系变形引起的车轮转角的变化）。
2
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
一、车厢侧倾
1.车厢侧倾轴线 1）侧倾轴线：车厢相对于地面转动时的瞬时轴线； 2）侧倾中心：侧倾轴线通过前、后轴处横断面上的瞬时转 动中心；其位置由悬架导向机构决定，常用图解法确定。 侧倾轴线是侧倾中心的连线。 想一想：先确定侧倾轴线再确定侧倾中心，还是先
Fr Fuy
r 2 NG
KF NG
M ΦrIII FrEF
Fuy r
Fl
ΔFZ
Fuy 2
'
Fr
Fuy 2
KF h0 r r NG M ΦrIII Fuy h0 r
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Fr
'
ΔFY
ΔFY
ΔFZ
17
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
M r Φr K r
γ+ 不变 侧倾时γ的变
化有三种可能
沿FY侧倾 沿FY相反 方向侧倾
减小 FY
增大
FY -
γ-
FY FYα FYγ
kγ 1 FY FY FYγ k k k
25
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车轮外倾角γ的确定 地面转过Φr确定车轮
相对于车厢外倾角 。
第五章 汽车的操纵稳定性
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
本节将学习弹性侧偏角、 侧倾转向角和变形转向角 等基本概念，分析不同悬架及参数对汽车操纵稳定性的
影响，了解改善汽车操纵稳定性的方法。
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1
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
线性二自由度汽车模型对汽车进行了较多简化，汽车行驶过程中，还应
st Q ss 0
Gu F Δ F Z st Q ΔQ ss 0 Z 2
ΔFZ st ΔQ ss
11
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
用虚位移原理确定悬架侧倾角刚度
Fa ΔFa
Q ΔQ
Δst Δss
15
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
2）侧倾后悬挂质量重力引起的侧倾力矩MΦrⅡ
M ΦrΠ Gs e Gs h r
16
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
3）独立悬架中非悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩MΦrⅢ
Fl '和Fr' 对车身的 力矩即为M ΦrIII Fuy Fr NG r 2
工字形车架分别通过前、
后悬架的侧倾中心m01和m02 与前后轴相铰接，同时又通过
前后悬架的弹性元件分别与前、
后轴相连接。
19
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
TΦr2
TΦr1
TΦr
20
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
Fsy Fs1y Fs2 y
Fs1y bs Fsy L
Fs2 y as Fsy L
车身侧倾后 l r
FY kl kr
kl k r k0 2
FY kl k r
FY 2k 0
k0 k0
0
当车身侧倾严重时，α是增大还是减小？
23
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
1 FZ 2 2
FZ 1
汽车趋于增加不足转向 汽车趋于减少不足转向
bs FZ 1 ( Fsy h1 K r1Φr Fu1 y hu1 ) / B1 L as FZ 2 ( Fsy h2 K r2Φr Fu2 y hu2 ) / B2 L
24
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
三、侧倾外倾——侧倾时车轮外倾角的变化
Φr
M r Φr K r
综合考虑对操纵稳定性和平顺性的影响。
14
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
1）悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩MΦrⅠ
u2 Fsy ms a y Gs R
M r Fsy h
h1bs h2 as h hs HN hs L
总的弹性恢复力偶矩： K Φr
dT dΦr
1）悬架的线刚度
定义：车轮保持在地面上而车厢作垂直运动时，单位车 厢位移下，悬架系统给车厢的总弹性恢复力：
ΔF Kl Δs
8
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
（1）非独立悬架
（2）独立悬架 恢复力 弹性元件 导向杆系约束反力
ΔF 2ks Δs
双横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相
反，有增大侧偏角（绝对值）的作用。
9
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
Q ks ss
Δss Δst m n
Fa ΔFa
Q ΔQ
Δss
m Δst n
Δss
Δst
Gu 2
FZ n Qm
ks ss m
m FZ ks ss n
m ks st n
悬架总侧倾刚度等于 KΦr
M r M rI M rII M rIII
前、后悬架及横向稳定杆的侧 倾角刚度之和。
18
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
二、侧倾时垂直载荷在左右轮上的重新
分配及其对稳态响应的影响
1.侧倾时垂直载荷在左右轮上的重新分配
工字形车架代表车厢，悬 挂质量为Ms。
地面回到水平位置确 定车厢相对于地面产生侧
倾角Φr时，轮胎外倾
角 ' ' 。
' ' '
26
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
非独立悬架车身侧倾时，前轮外倾角不变。
27
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
纵滑在纵翻之前发生，即：
b max max hg • 统计资料表明，正常装载的汽车，其ψmax值远 超过汽车的爬坡能力，因此不至于发生纵翻 • 但是，如果装载不合理，使汽车的质心过高， 又过分靠后、则有可能发生纵翻。
• 1．汽车在离心力作 用下的侧翻 • 汽车在具有横坡的 弯道上，作等速转向 运动时的受力简图如 图所示。
受到侧向力作用的独立悬架杆系的变形会引起车
轮外倾角的变化。
40
– 汽车的纵翻和纵滑： – 汽车在弯道行驶时的侧翻和整车侧滑： – 汽车在横坡直线行驶时的侧翻和侧滑：
• 1、纵翻
–当汽车等速上坡行驶 时，其受力情况如图 所示。 –当前轮的法向反作用 力FZ1=0时，汽车便开 始绕A点向后翻倾， 通常称为纵翻。
2
m
n
FZ ΔFZ
2
FZ m ks st n
m K l 2 ks n
2
10
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
用虚位移原理确定悬架侧倾角刚度
Fa ΔFa
Q Q
Δ stΔ ss mn源自Gu F Z 2
Gu 2
FZ FZ
21
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
bs FZ 1l B1 Fsy h1 Tr1 Fu1 y hu1 L FZ 1r FZ 1l FZ1l FZ 1l FZ 1l
TΦr1 KΦr1Φr
TΦr2 KΦr2Φr
FZ 2l B2 Fsy
FZ 2r FZ 2l
c 1000 Fy Fy
c — 变形转向角； Fy — 侧向力变形转向系数。
35
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
36
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
37
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
回正力矩变形转向角δa
在回正力矩作用下，悬架和车轮有扭转变形，前、 后轴车轮均发生回正力矩变形转向角δa。 回正力矩变形转向角δa
确定侧倾中心再确定侧倾轴线？
3
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
确定侧倾中心时 ①假定车厢不动，地面和车轮相对车厢转动； ②假定车轮与地面间无相对滑动； ③对四连杆机构会用到三心定理。
O13
2
3 1 4 四连杆机构中相 对两杆的相对运动瞬 心是相邻两杆延长线
O24
的交点。
4
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
1）单横臂独立悬架车厢的侧倾中心
Om
vd
vg
5
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
2）双横臂独立悬架的侧倾中心
Or
vd
D
Ol
Om
G
vg
6
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
双横臂独立悬架的等效单横臂悬架
7
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
2.悬架的侧倾角刚度
定义：车厢侧倾时，单位车厢转角下，悬架系统给车厢
30
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾所引起的车轮外倾角的变化可由下式计算
r r
— 侧倾外倾系数。 r
31
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
四、侧倾转向
车厢侧倾所引起的前转向轮绕主销的转动、后轮绕垂直
于地面轴线的转动，即车轮转角的变动，称为侧倾转向。
车轮的侧倾转向角与车厢侧倾角的关系可以用下式表示
由受力平衡可得 : Gbcos Ghgsin Fz1 L 令Fz1 0, 则 Gbcos Ghgsin 0 b tg hg 可见, 汽车不发生纵翻的极限 坡度角为 :
max
b arctg hg
G sin G cos tg max arctg
3）变形转向角（悬架导向杆系变形引起的车轮转角的变化）。
2
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
一、车厢侧倾
1.车厢侧倾轴线 1）侧倾轴线：车厢相对于地面转动时的瞬时轴线； 2）侧倾中心：侧倾轴线通过前、后轴处横断面上的瞬时转 动中心；其位置由悬架导向机构决定，常用图解法确定。 侧倾轴线是侧倾中心的连线。 想一想：先确定侧倾轴线再确定侧倾中心，还是先
Fr Fuy
r 2 NG
KF NG
M ΦrIII FrEF
Fuy r
Fl
ΔFZ
Fuy 2
'
Fr
Fuy 2
KF h0 r r NG M ΦrIII Fuy h0 r
Fl
Fr
'
ΔFY
ΔFY
ΔFZ
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
M r Φr K r
γ+ 不变 侧倾时γ的变
化有三种可能
沿FY侧倾 沿FY相反 方向侧倾
减小 FY
增大
FY -
γ-
FY FYα FYγ
kγ 1 FY FY FYγ k k k
25
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车轮外倾角γ的确定 地面转过Φr确定车轮
相对于车厢外倾角 。
第五章 汽车的操纵稳定性
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
本节将学习弹性侧偏角、 侧倾转向角和变形转向角 等基本概念，分析不同悬架及参数对汽车操纵稳定性的
影响，了解改善汽车操纵稳定性的方法。
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1
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
线性二自由度汽车模型对汽车进行了较多简化，汽车行驶过程中，还应
st Q ss 0
Gu F Δ F Z st Q ΔQ ss 0 Z 2
ΔFZ st ΔQ ss
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
用虚位移原理确定悬架侧倾角刚度
Fa ΔFa
Q ΔQ
Δst Δss
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
2）侧倾后悬挂质量重力引起的侧倾力矩MΦrⅡ
M ΦrΠ Gs e Gs h r
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
3）独立悬架中非悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩MΦrⅢ
Fl '和Fr' 对车身的 力矩即为M ΦrIII Fuy Fr NG r 2
工字形车架分别通过前、
后悬架的侧倾中心m01和m02 与前后轴相铰接，同时又通过
前后悬架的弹性元件分别与前、
后轴相连接。
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
TΦr2
TΦr1
TΦr
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
Fsy Fs1y Fs2 y
Fs1y bs Fsy L
Fs2 y as Fsy L
车身侧倾后 l r
FY kl kr
kl k r k0 2
FY kl k r
FY 2k 0
k0 k0
0
当车身侧倾严重时，α是增大还是减小？
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
1 FZ 2 2
FZ 1
汽车趋于增加不足转向 汽车趋于减少不足转向
bs FZ 1 ( Fsy h1 K r1Φr Fu1 y hu1 ) / B1 L as FZ 2 ( Fsy h2 K r2Φr Fu2 y hu2 ) / B2 L
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
三、侧倾外倾——侧倾时车轮外倾角的变化
Φr
M r Φr K r
综合考虑对操纵稳定性和平顺性的影响。
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
1）悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩MΦrⅠ
u2 Fsy ms a y Gs R
M r Fsy h
h1bs h2 as h hs HN hs L
总的弹性恢复力偶矩： K Φr
dT dΦr
1）悬架的线刚度
定义：车轮保持在地面上而车厢作垂直运动时，单位车 厢位移下，悬架系统给车厢的总弹性恢复力：
ΔF Kl Δs
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
（1）非独立悬架
（2）独立悬架 恢复力 弹性元件 导向杆系约束反力
ΔF 2ks Δs
双横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相
反，有增大侧偏角（绝对值）的作用。