第五章汽车的操纵稳定性
汽车理论课件第五章
X轴和Y轴的交点就是坐标系原点O。 ➢ Z轴过原点O，垂直于地平面，以
向上为正方向。
正方向标示、而非
注意：
“受力实况”P164
• 由于车轮有外倾角γ（或上下跳动），车轮平面不一定垂直于地面；
• 由于轮胎有侧偏角α，X轴未必指向车轮速度方向。
• 钢丝子午线轮胎比尼龙子午线轮胎的侧偏刚度还要大些。
➢ 相同种类的轮胎，尺寸较大的轮胎具有较高的侧偏刚度。 ➢ 降低高宽比（扁平率），轮胎的侧偏刚度会显著提高。如图5-12
高宽比—轮胎断面高与轮胎断面宽之比，即H/B 。
解读轮胎规格：
• 降低高宽比还可以提高轮胎与地面的附着能力， 车辆的驱动、制动和极限转向能力会得到提高。 “追求高性能的运动型轿车”P174
➢ 在同一FZ作用下， FX和FY之间服从附 着椭圆关系。
➢ 由A到B，对应滑动率s的增大， FX和 FY的变动规律符合第四章的结论。
汽车理论 吉林大学汽车工程学院
17
§5-2 轮胎的侧偏现象与侧偏特性
6.行驶速度
➢ 在正常车速范围内时，速度的变 化对轮胎侧偏特性的影响很小。
➢ 车速很高时，侧偏刚度随着车速 的升高而下降，尤其是侧偏角较 大时。 这并不是行驶速度本身造成的，
L
P165
汽车理论 吉林大学汽车工程学院
6
§5-1 概述
上述 “理想刚性”条件，有些是不符合实际的。汽车系统存在
一些实际特性，使得：
②
① 各车轮的实际指向（即轮胎坐标 系的X轴）并不总是与各自的 “名义指向”完全重合；
② 各车轮的实际行驶方向也并不一 定沿着其轮胎坐标系的X轴方向。
汽车理论5.3
1 2 。
21
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
2）转向半径的比R/R0
已知 R R0 1 Ku 2
R 1 Ku 2 R0
K=0， R/R0=1，汽车具有中性转向特点； K>0， R/R0>1，汽车具有不足转向特点；
K<0， R/R0<1，汽车具有过多转向特点。
8
1 u
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
二、前轮角阶跃输入下汽车的稳态响应
—等速圆周行驶 1.稳态响应
稳态时ωr为定值
0 v
r 0
代入运动微分方程式得
v 1 k1 k2 ak1 bk2 r k1 mur u u v 1 2 ak1 bk2 a k1 b 2 k2 r ak1 0 u u
2
度的影响。
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
2.两轮汽车模型及车辆坐标系 y
x
3
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
3.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
（1）
（2）
由式（2）得
r I Z
1 2 a k1 b 2k2 r ak1 u ak1 bk2
28
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
求导后得
1 2 r a k1 b 2 k 2 r ak1 I Z u ak1 bk 2
第二节传动系性能试验-第五章汽车操纵稳定性试验(.pdf
二、操纵稳定性道路试验 1、稳态回转试验 2、蛇行试验 3、转向回正性能试验 4、转向轻便性试验 5、瞬态响应试验
稳态回转试验
1、试验的基本原理和意义
¾汽车在车速V行驶时，驾驶员以一个固定的转向盘输入，汽车产生转向运 动。根据汽车本身的固有转向特性（由汽车结构参数决定），其后若干时 间一般会出现两种现象：一种是汽车出现不稳定现象，发生激转（或称甩 尾）；另—种是转向进入稳定状态，即汽车绕某定点转动且角速度不变， 这种现象称汽车进入稳态转向。前一种情况汽车的转向特性称过多转向； 后一种情况汽车的转向特性理论上有两种：—种称中性转向，另一种称不 足转向。
蛇行试验
1、试验的目的和意义
蛇行试验属于驾驶员——汽车——外界环境组合而成的闭路系统性能 试验方法之一。这种试验方法可反映出此闭路系统进行急剧的转向能力， 同时可反映出在此种急剧转向情况下乘员的舒适性和安全性。
蛇行试验
2、引用标准 ①GB／T 12534 汽车道路试验方法通则 ②GB 3730.1 汽车和挂车的术语和定义 车辆类型 ③GB 3730.2 汽车和挂车的术语和定义 车辆质量 ④GB／T 12549 汽车操纵稳定性术语及其定义
稳态回转试验
具体试验方法：
⑴仪器设备：第五车轮、车辆动态测试仪、操纵稳定性现场数据处理系统
⑵试验步骤：
①在试验场地上，用明显颜色画出半径为15m或20m的圆周。
②试验开始之前，汽车应以侧向加速度为3m/s2的相应车速沿画定的圆周行 驶500m以使轮胎升温。
③驾驶员操纵汽车以最低稳定速度沿所画圆周行驶，待安装于汽车纵向对 称面上的车速传感器(第五轮仪)在半圈内都能对准地面所画圆周时，固定 转向盘不动，然后缓缓连续而均匀地加速（纵向加速度不超0.25m/s2）， 直至汽车的侧向加速度达到6.5m/s2（或车速不能再升高而出现甩尾、或轮 胎发出尖叫声）为止。记录整个过程。
汽车理论课后习题答案 第五章 汽车的操纵稳定性
第 五 章5．1一轿车(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 α+k γγ=0故由外倾角引起的前轮侧偏角：α=- k γγ/k=-7665⨯4/-50176=0.61105．2 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：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=122k b k a L m K 1k 、2k 变化，原来K ≤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(α1-α2);2. 转向半径的比R/R 0;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.α1-α2 >0时为不足转向，α1-α2 =0时为中性转向，α1-α2 <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/R0<1时为过多转向；3 .S.M.>0时为不足转向，S.M.=0时为中性转向，S.M.<0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。
汽车理论
第五章汽车的操纵稳定性.概念：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。
既影响汽车驾驶的操纵方便程度，而且也是决定高速汽车安全行驶的一个主要性能，称之为‘高速车辆的生命线’。
在汽车操纵稳定性的研究中，常把汽车作为一控制系统，求出汽车曲线行驶的时域响应与频域响应，并以他们来表征汽车的操纵稳定性。
汽车曲线行驶时的时域响应系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。
转向盘输入有两种形式：角位移输入（角输入）和力矩输入（力输入）。
驾驶员实际驾驶车辆时，对转向盘的输入是同时加入的。
外界干扰输入主要是指侧向风与路面不平产生的侧向力。
基本内容及评价所用物理参量：基本内容主要评价参量转向盘角阶跃输入下的稳态响应~转向特性转向盘角阶跃输入下的瞬态响应表征汽车操纵稳定性的角位移输入下的时域响应横摆角速度增益~转向灵敏度反应时间、横摆角速度波动的无阻尼圆频率横摆角速度频率响应特性表征汽车操纵稳定性的基础特性共振峰频率、共振峰振幅比、相位滞后角、稳态增益转向盘中间位置的操纵稳定性转向盘小转角、低频正选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~转向盘转矩梯度、转向功灵敏度回正性转向盘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转向半径评价汽车机动灵活性的物理参量最小转向半径转向轻便性是评价转动转向盘轻便程度的特性原地转向轻便性低速行驶转向轻便性高速行驶转向轻便性转向力、转向功直线行驶性能直线行驶性侧向风敏感性汽车直线行驶时在外界侧向路面不平敏感性干扰输入下的时域响应转向盘转角和累积值侧向偏移侧向偏移典型行驶工况性能如实的反映汽车的操纵蛇行性能稳定性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、车速等极限行驶能力是指汽车处于正常行驶与异圆周行驶极限侧向加速度常运动之间的运抗侧翻能力动状态下的特性表征汽车安全发生侧滑时的控制性能行驶的极限性能极限侧向加速度极限车速回至原来路径所需时间汽车是一个由若干部件组成的物理系统。
汽车理论 汽车操纵稳定性与转向系的关系
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
2.转向系刚度与转向车轮的变形转向
➢在转向盘至转向车轮之间，包括转向器、转向杆系与 转向器固定处在内的刚度，称为转向系（角）刚度。
➢转向系刚度低，前转向轮的变形转向角大，增加了汽 车的不足转向趋势。
➢转向系刚度高，高速行驶时的“路感”较好。
16
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系 本节内容结束 下一节
中型 其他 前轴 动力
运动型 其他 后轴 手动
-0.038 -0.054 -0.071 -0.045 -0.109
0.96
0.95 1.57 0.90 1.90
27.5
18.5 25.1 20.5 20.6
3.94
2.27 3.46 2.43 4.09
15.9
8.4
12.4
7.9
20.3
13
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
6
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
➢主销位置几何参数，如主销内倾角、主销后倾角、主销拖距、接 地面上主销偏置距、车轮中心主销拖距等，对转向盘力特性、回正性 能、直线行驶性等都有显著影响。
7
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
二、不同工况下对操纵稳定性的要求
➢汽车在原地、 小半径弯道低速行 驶时，要防止转向 盘过于沉重；
17
1）驾驶者通过转向盘控制前轮绕主销的转角，从而 操纵汽车的运动方向。
2）凭借转向盘的反作用力， 将整车及轮胎的运动、 受力状况反馈给驾驶者，以获得“路感”。
➢转向盘的输入有两种方式：角输入和力输入。
3
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
2.转向盘力特性
➢转动转向盘时 所需要的力随汽车 运动状况而变化的 规律，称为转向盘 力特性。
汽车理论第五_课后习题答案正确
第五章汽车的操纵稳定性5.1 一轿车（每个）前轮的侧偏刚度为-50176N/rad.外倾刚度为-7665N/rad«若轿车向左转弯，将使前轮均产生正的外倾角，其大小为4度。
设侧偏刚度与外倾刚度均不受左、右轮负载转移的影响，试求由外倾角引起的前轮侧偏角。
解：有外倾角时候的地而侧向反作用力为F Y=ka + k y y（其中k为侧偏刚度,k「为外倾刚度，丫为外倾角）于是，有外倾角引起的前轮侧偏角的大小为：代入数据，解得a, ==0.611 rad,期外由分析知正的外倾角应该产生负的侧偏角，所以由外倾角引起的前轮侧偏角为-0.611 rad o5.2 6450N轻型客车在试验中发现过多转向和中性转向现象，工程师们在悬架上加装横向稳左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。
试分析英理论依据（要求有必要的公式和曲线）。
答：由课本P138-140的分析知，汽车稳态行驶时，车厢侧倾角决左于侧倾力矩M枷和悬架总的角刚度工K軒, 即0广一。
前、后悬架作用于车厢的恢复力矩增加：% =00, T沁=匕』「其中K歸,K卯2分别为前、后悬架的侧倾角刚度，悬架总的角刚度工K”为前、后悬架及横向稳立杆的侧倾角刚度之和。
由以上的分析易知，当增加横向稳立杆后汽车前悬架的侧倾角刚度增大，后悬架侧倾角刚度不变，所以前悬架作用于车厢的恢复力矩增加（总侧倾力矩不变），由此汽车前轴左、右车轮载荷变化量就较大。
由课本图5-46知在这种情况下，如果左右车轮轮胎的侧偏刚度在非线性区，则汽车趋于增加不足转向量。
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？答：汽车的稳态响应有三种类型，即中性转向、不足转向和过多转向。
表征稳态响应的参数有稳定性因数，前、后轮的侧偏角角绝对值之差（＜z,-a2）,转向半径的比R/R＜）,静态储备系数SM等。
它们之间的彼此关系为：« =丄（⑦-％）（⑷为侧向加速度的绝对值）；—=1 4- Kir :&S.M.二一--（k t,灼分别为汽车前、后轮的侧偏刚度，"为汽车质心到前轴的距禽，L为前、后轴之间的距k} +k2 L5.4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：表示汽车稳态转向特性的参数有稳左性因数，前、后轮的侧偏角绝对值之差（冬-&2），转向半径的比R/R（“ 静态储备系数S.M.等。
《汽车理论》教案5-汽车操纵稳定性
《汽车理论 A》教案（章节备课）
章节 教学目的 和要求
教学重点
教学难点
教学进程 （含教学 内容、时间 分配、教学 方法、辅助 手段）
第五章 汽车的操纵稳定性
理论授课时间 14 学时
1. 了解汽车操纵稳定性的评价体系
2. 掌握车辆坐标系和轮胎坐标系的有关术语
3. 掌握轮胎侧偏现象产生的原因和影响侧偏特性的因素
达式
3
《汽车理论 A》教案
Kl
2Kl
2ks
m 2 n
悬架侧倾角刚度的概念和表达式
Kr
1 2
KlB2
1 2
ks
Bm n
2
4）车厢的侧倾角
车厢的侧倾角对操纵稳定性和行驶平顺性的影响
侧倾力矩的三部分的计算与分析
侧倾力矩的计算是本章的难点，强调理解侧倾时车厢的受力分
析 （2）侧倾时垂直载荷在左、右侧车轮上的重新分配及其对稳态 响应的影响（25’） 1）侧倾时垂直载荷在左、右侧车轮上的重新分配分析 2）车轮垂直载荷重新分配对轮胎侧偏刚度和稳态响应的影响 提出实际问题：横向稳定杆起什么作用？为何通常在轿车的前 悬架加装横向稳定杆？
悬架，请问该车的前、后悬架悬架应采用哪种悬架？分析说明其道理。 什么是侧倾转向？为何有些轿车后轮也设计有前束角？ 什么是变形转向？为何回正力矩作用的总效果一般是趋向不足转向？ 第 7 次课预习思考题 什么是汽车的纵向稳定性？汽车纵向稳定性条件是什么？ 什么是汽车的横向稳定性？汽车横向稳定性条件是什么？ 什么是侧向稳定性系数？比较各种类型车辆的侧向稳定性系数，及其影响因素
5. 了解汽车操纵稳定性与悬架的关系
6. 掌握汽车行驶的纵向和横向稳定性条件
汽车理论(第五版) 第五章(6-9节)
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
1.切向力对 r的影响 切向力对ω 切向力对
8
第六节 汽车操纵稳定性与传动系的关系
2.切向力控制方法 切向力控制方法
1）总切向反作用力控制
ABS就是总制动力控制，保证较佳的滑动率，提 就是总制动力控制，保证较佳的滑动率， 就是总制动力控制 高制动时汽车的方向稳定性。 高制动时汽车的方向稳定性。 TCS 是总驱动力控制，防止出现过大的滑转率， 是总驱动力控制，防止出现过大的滑转率， 提高驱动时汽车的方向稳定性。 提高驱动时汽车的方向稳定性。
பைடு நூலகம்
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第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
六、装有VSC系统汽车的试验结果
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第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
六、装有VSC系统汽车的试验结果
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第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
本节内容结束
下一节
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第五章 汽车的操纵稳定性
第八节
汽车的侧翻
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第八节 汽车的侧翻
汽车侧翻是指汽车在行驶过程中绕其纵轴线转动90° 汽车侧翻是指汽车在行驶过程中绕其纵轴线转动 ° 或更大的角度， 或更大的角度，以至车身与地面相接触的一种极其危险的 侧向运动。 侧向运动。
28
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
起始车速为110km/h时正弦 时正弦 起始车速为
起始车速为140km/h时正弦 时正弦 起始车速为
& 转向角输入下的 β − β 曲线
& 转向角输入下的 β − β曲线
29
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
汽车理论最新版课件5.4-5.6
➢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
➢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。
28
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
1.试验方法
➢汽车以100km/h的速度作正弦曲线的蛇形行驶，正弦 运动的周期为5s，最大侧向加速度为0.2g。
➢车上装有转向盘转角、转向盘转矩、车速和横摆角 速度等传感器。
50
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
51
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
2.转向盘力输入方面的评价指标
52
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
➢工字形车架代表车厢，悬 挂质量为Ms。
➢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 Fs2y
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
2Leabharlann 31➢四连杆机构中相
4
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
思考题
汽车理论思考题第五章1、 何为汽车的操纵稳定性？什么是弹性轮胎的侧偏特性？影响侧偏特性的因数有哪些？1）汽车的操纵稳定性是指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传动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的能力。
2）侧偏特性指侧偏力，回正力矩与侧偏角之间的关系3）影响因素有：轮胎的高宽比、轮胎的垂直载荷、充气压力、胎面及其粗糙程度，干湿状况2、 汽车的稳态转向特性分为几种类型？汽车应具有那种性质的转向特性？为什么？1）汽车的稳态转向特性分为三种：不足转向、中性转向、过多转向。
2）操纵稳定性良好的汽车应具有适度的不足转向特性，不应具有过多转向特性，也不应具有中性转向特性。
因为在使用条件变动时有可能转变为过多转向。
3、 什么是汽车的稳定性因数？有几种方式可以判定或表征汽车的稳态转向特性？稳定性因数;221()m a b K L k k =-。
四种判定方式：稳定性因数，特征车速和临界车速、前后轮侧偏角绝对值之差、转向半径的比、静态储备系数。
4、 什么是汽车的特征车速和临界车速？什么是中性转向点？1）特征车速，此时汽车稳态横摆角速度增益达到最大值。
临界车速，此时稳态横摆角速度增益趋于无穷大。
2）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。
5、 汽车的瞬态响应有几个特点？评价瞬态响应品质的参数有哪些？瞬态响应的稳定条件是什么？1）t=0，Wr=0；t=8时，Wr(8)=Wr0，即横摆角速度最后趋于稳态横摆角速度Wr0；在t=0-8之间，Wr(t)是衰减函数，阻尼比越大，衰减越快。
2）几个参数：横摆角速度Wr 波动时的固有频率Wo 、阻尼比、反应时间、达到第一峰值Wr1的时间。
3）稳定条件：01,0W ξξ=>收敛；阻尼比大于1-不足转向、过多转向（车速不高稳定，否则不稳定）。
6、 什么是车厢侧倾轴线？侧倾中心？1)车厢相对地面转动时的瞬时轴线称为车厢侧倾轴线。
第5章 汽车的操纵稳定性
汽车的等速圆周行驶 等速圆周行驶，即汽车方向盘角阶跃输入下进 等速圆周行驶 入的稳态响应。一般也称它为汽车的稳态转向特性 稳态转向特性，汽车 稳态转向特性 的稳态转向特性分为三种类型：不足转向 中性转向 不足转向、中性转向 不足转向 中性转向和过 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。一般汽车不应具有过多转向特性，也不应具有中性转 向特性，因为中性转向汽车在使用条件变动时，有可能转 变为过多转向特性。 常用方向盘角阶跃输入下的瞬态响应来表征汽车的操 纵稳定性。
五、有外倾角时轮胎的滚动
γ
汽车两前轮有外倾角，滚动时前轴以Fy的力将两前轮拉住沿 同一方向滚动，与此同时轮胎接地面中产生一与Fy方向相反的 侧向反作用力，这就是外倾侧向力 Yγ 。 外倾侧向力F 外倾侧向力 根据轮胎坐标系的规定，kr为负值称作外倾刚度，单位为 N/rad或N/（°） （1）A、B、C为三条相互平行的直线，故可认为在各种外 倾角下，轮胎侧偏刚度均为k。 （2）侧偏角为零时的地面侧向力便是外倾侧向力FYγ,图519a是试验得到的外倾侧向力与外倾角的关系曲线，二者成线 性关系，即 FYγ=kγγ 。当外倾角为正值时（见A线），FYγ 为负 值。有外倾角时实验所得轮胎侧向力与侧偏角的关系如下图519。
§5-1 概 述
一、汽车操纵稳定性包含的内容 1、在汽车操纵稳定性的研究中，常把汽车作为一 控制系统，求出汽车曲线行驶的时域响应 频率响应 时域响应与频率响应 时域响应 特性，并以它们来表征汽车的操纵稳定性能。 特性 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 角位移输入，简称为角输入 角输入；给方向盘作 角位移输入 角输入 用一个力矩，称为力矩输入 力矩输入，简称为力输入 力输入。 力矩输入 力输入 3、方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应 方向盘 方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应及方向盘 方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应 角阶跃输入下的瞬态响应，就是表征汽车操纵稳定性 角阶跃输入下的瞬态响应 的方向盘角位移输入下的时域响应。回正性 回正性是一种方 回正性 向盘力输入下的时域响应。
汽车理论课后习题答案
由（3） （6）可得：
汽车 工业 学院 版权
得R
当 a y = 0.4 g 时，由 α1 − α 2 = L ⋅ k ⋅ | a y |
R0
=2
（1）
（2）
2
（3）
(4)
⇒ d Φ = 2 kt ⋅ p ⋅ p ⋅ d Φ ⇒ k Φr = dTφ dφ = 2 kt p 2
(6)
k Φr
⎛ mp ⎞ = 2k s ⎜ ⎟ ⎝ n ⎠
⇒u=
（m/s） ， （k=0,1,2,3……）
即u =
10 (2k + 1)
（m/s）
ua = 3.6 ⋅
10 36 = (2k + 1) 2k + 1
(2) 求 λ
由 f = u ⋅ n ⇒ f0 = u ⋅
⇒λ =
得： λ =
湖北
5 (2k + 1)
u 1 10 = ⋅ f 0 2 (2k + 1)
kγ = −7665 N / rad ， kα = −50176 N / rad ， γ = +4 0
由外倾产生的侧偏角的变化：
习题 5-2： 解答：设汽车以相同的速度和半径转弯，则汽车加装横向稳定杆前后汽车的侧翻力矩应 相同（忽略因质心偏移产生的侧翻力矩差异） 加装前：前后悬架刚度 kφr1 、 kφr 2 、 φ ，总侧翻力矩为 M φ ， 则 M φ1 = kφr1 ⋅ φ ， M φ 2 = kφr 2 ⋅ φ
湖北
（1） 由 S .M =
S .M 增大，增加不足转向特性；重 心后移，a 增加，S .M 减小，减少不
足转向特性； （2） 内外侧车轮负荷变化会使车轮平均
′ < k 0 ，这种变化 侧偏刚度减小， k 0
中职教育-《汽车实验学》第二版课件：第五章 汽车基本性能试验(四).ppt
第四节 操纵稳定性试验
• 2.试验方法 • 稳态回转试验有两种试验方法，定转向盘转角连
续加速法和定转向半径法。这两种方法具有同等 效力，试验结果都予以承认。 • 1）定转向盘转角连续加速法 • 优点:是试验是一个连续过程，容易记录到汽车转 向特性的转折点，如汽车在多大侧向加速度时由 不足转向变为中性转向或过多转向，以至发生侧 滑等。由于试验是连续进行的，汽车转2～3周即 可完成整个试验。
第四节 操纵稳定性试验
• 汽车操纵稳定性是指驾驶员在不感到过分紧张、疲劳的条 件下，汽车遵循驾驶员通过转向系及转向车轮给定的方向 行驶，在遇到外界干扰时，能够抵抗干扰而保持稳定行驶 的能力。
• 汽车是在一个复杂的环境中行驶的。由于受道路、交通状 况的影响，汽车有时直线行驶，有时沿曲线行驶。出现意 外情况时驾驶员还要做出紧急转向、制动等操作，以求避 免事故。此外，汽车行驶中还不断受到地面不平和风力等 外界因素的干扰。因此汽车应具备良好的操纵稳定性能。
第四节 操纵稳定性试验
• 2.试验数据的处理及评价指标 • 1）转向盘转角阶跃输入试验数据处理 • 各测量变量的稳态值，采用进入稳态后的均值。若汽车前
进速度的变化率大于5％，或转向盘转角的变化超出平均 值的10％，本次试验无效。 • （1）稳态侧向加速度值，按下述两种方法之一确定： • （2）横摆角速度与侧向加速度的响应时间； • （3）横摆角速度峰值响应时间； • （4）横摆角速度超调量为： • （5）横摆角速度与侧向加速度总方差，分别按下式确定： • （6）“汽车因素”TB，由横摆角速度峰值响应时间乘以 汽车质心稳态侧偏角求得。
第四节 操纵稳定性试验
• 2）转向盘转角脉冲输入试验数据处理 • 在一次试验中，所记录的汽车车速和转向盘转角时间历程
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。
汽车理论教学课件-汽车的操纵稳定性-提高操纵稳定性的电子控制系统
3）还应对汽车施加纵向减速力。
21
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
三、各个车轮制动力控制的效果
22
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
三、各个车轮制动力控制的效果
23
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
四、四个车轮主动制动的控制效果
24
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
五、VSC系统的组成
10
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
一、极限工况下前轴侧滑与后轴侧滑的特点
起始车速120km/h、频率0.6Hz的转向角正弦输入下的响应
11
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
结论
1）当正弦输入转向角超过后轮侧偏角突然增大，汽车失去稳定性；
2）汽车是否稳定决定于汽车（质心）侧偏角与汽车侧偏
Quadrasteer
技术极大地缩
小了大型车辆
的转向半径， 使得这些车辆 具有紧凑型轿 车的转向半径。
3
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
2.车辆稳定性控制系统（VSC或称ESP）
系统是以ABS为基础发展而成的。 基本工作原理是：在大侧向加速度、大侧偏角的极限
工况下，利用左右两侧制动力之差产生的横摆力偶矩来防
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
六、装有VSC系统汽车的试验结果
27
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
本节内容结束
下一节
28
VSC（ESP）的作用
后轴侧滑出
现甩尾现象 抑制后轮侧滑 加大外侧车
轮的制动力
8
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
提高操纵稳定性的各种电子控制系统的有效工作区域
侧倾刚度 分配控制 驱动力 分配控制
大学_汽车理论第四版(余志生著)课后答案下载
汽车理论第四版(余志生著)课后答案下载汽车理论第四版(余志生著)课后答案下载本书为全国高等学校机电类专业教学指导委员会汽车与拖拉机专业小组制订的规划教材，并于“九五”期间被教育部立项为“普通高等教育九五部级重点教材”和“面向21世纪课程教材”，于“十五”期间被教育部立项为“普通高等教育十五国家级规划教材”。
本书根据作用于汽车上的外力特性，分析了与汽车动力学有关的汽车各主要使用性能：动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性、行驶平顺性及通过性。
各章分别介绍了各使用性能的评价指标与评价方法，建立了有关的动力学方程，分析了汽车及其部件的结构形式与结构参数对各使用性能的影响，阐述了进行性能预测的基本计算方法。
各章还对性能试验方法作了简要介绍。
另外，还介绍了近年来高效节能汽车技术方面的新发展。
本书为学生提供了进行汽车设计、试验及使用所必需的专业基础知识。
汽车理论第四版(余志生著)：推荐理由点击此处下载汽车理论第四版(余志生著)课后答案汽车理论第四版(余志生著)：书籍目录第4版前言第3版前言第2版前言第1版前言常用符号表第一章汽车的动力性第一节汽车的动力性指标。
第二节汽车的驱动力与行驶阻力一、汽车的驱动力二、汽车的行驶阻力三、汽车行驶方程式第三节汽车的驱动力，行驶阻力平衡图与动力特性图一、驱动力一行驶阻力平衡图二、动力特性图第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率一、汽车行驶的附着条件二、汽车的附着力与地面法向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力四、附着率第五节汽车的功率平衡第六节装有液力变矩器汽车的动力性参考文献第二章汽车的燃油经济性第一节汽车燃油经济性的评价指标第二节汽车燃油经济性的计算第三节影响汽车燃油经济性的因素一、使用方面二、汽车结构方面第四节装有液力变矩器汽车的燃油经济性计算第五节电动汽车的研究一、混合动力电动汽车的特点二、混合动力电动汽车的结构三、混合动力电动汽车的节油原理四、能量管理策略五、实例分析一一丰田混合动力电动汽车Prius六、电动汽车的动力性计算第六节汽车动力性、燃油经济性试验一、路上试验二、室内试验参考文献第三章汽车动力装置参数的选定第一节发动机功率的选择第二节最小传动比的选择第三节最大传动比的选择第四节传动系挡数与各挡传动比的选择第五节利用燃油经济性-加速时间曲线确定动力装置参数一、主减速器传动比的确定二、变速器与主减速器传动比的确定三、发动机、变速器与主减速器传动比的确定参考文献第四章汽车的制动性第一节制动性的评价指标第二节制动时车轮的受力一、地面制动力二、制动器制动力三、地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系四、硬路面上的附着系数第三节汽车的制动效能及其恒定性一、制动距离与制动减速度二、制动距离的分析三、制动效能的恒定性第四节制动时汽车的方向稳定性一、汽车的制动跑偏二、制动时后轴侧滑与前轴转向能力的丧失第五节前、后制动器制动力的比例关系一、地面对前、后车轮的法向反作用力二、理想的前、后制动器制动力分配曲线三、具有固定比值的前、后制动器制动力与同步附着系数四、前、后制动器制动力具有固定比值的汽车在各种路面上制动过程的分析五、利用附着系数与制动效率六、对前、后制动器制动力分配的要求七、辅助制动器和发动机制动对制动力分配和制动效能的影响八、制动防抱装置第六节汽车制动性的试验参考文献第五章汽车的操纵稳定性第一节概述一、汽车操纵稳定性包含的内容二、车辆坐标系与转向盘角阶跃输入下的时域响应三、人一汽车闭路系统四、汽车试验的两种评价方法第二节轮胎的侧偏特性一、轮胎的坐标系二、轮胎的侧偏现象和侧偏力-侧偏角曲线三、轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响四、回正力矩一一绕OZ轴的力矩五、有外倾角肘轮胎的滚动第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应一、线性二自由度汽车模型的运动微分方程二、前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应一一等速圆周行驶三、前轮角阶跃输入下的瞬态响应四、横摆角速度频率响应特性第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系一、汽车的侧倾二、侧倾时垂直载荷在左、右侧车轮上的'重新分配及其对稳态响应的影响三、侧倾外倾一一侧倾时车轮外倾角的变化四、侧倾转向五、变形转向一一悬架导向装置变形引起的车轮转向角六、变形外倾一一悬架导向装置变形引起的外倾角的变化第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系一、转向系的功能与转向盘力特性二、不同工况下对操纵稳定性的要求三、评价高速公路行驶操纵稳定性的试验一一转向盘中间位置操纵稳定性试验四、转向系与汽车横摆角速度稳态响应的关系第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系一、地面切向反作用力与“不足-过多转向特性”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第七节提高操纵稳定性的电子控制系统一、极限工况下前轴侧滑与后轴侧滑的特点二、横摆力偶矩及制动力的控制效果三、各个车轮制动力控制的效果四、四个车轮主动制动的控制效果五、VSC系统的构成六、装有VSC系统汽车的试验结果第八节汽车的侧翻一、刚性汽车的准静态侧翻二、带悬架汽车的准静态侧翻三、汽车的瞬态侧翻第九节汽车操纵稳定性的路上试验一、低速行驶转向轻便性试验二、稳态转向特性试验三、瞬态横摆响应试验四、汽车回正能力试验五、转向盘角脉冲试验六、转向盘中间位置操纵稳定性试验参考文献第六章汽车的平顺性第一节人体对振动的反应和平顺性的评价一、人体对振动的反应二、平顺性的评价方法第二节路面不平度的统计特性一、路面不平度的功率谱密度二、空间频率功率谱密度C。
《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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或
rtB 02 0 A 1 e 0 t co t sA 2 e 0 t sitn 0
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三、瞬态响应
（2）表征瞬态品质好坏的参数 a)固有圆频率
0
c m
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40
三、瞬态响应
增益曲线
（2） r s
增益
（3）稳定性因数 K
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五、时频响应的评价指标
2．方向盘角阶跃输入下的瞬态响应
（1） r t 或
（2）反应时间
r r0
100%t
曲线
（3）衰减圆频率 2 T
3．横摆角速度频率响应特性
（1）共振峰频率f
（2）1 Hz时的相位滞后角
过多转向汽车，02 0 的车速为临界车速 u cr 。
uucr020，不稳定。
ucr
1 ，与稳态响应的临界车速是一样的。
K
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四、频率响应特性
1． r 频率响应特性 ：幅频特性、相频特性
2．富氏变换：
sw
汽 车 A f f
r 2 0 r 0 2r B 1 B 0
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第三节结束！
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（2）表征瞬态品质好坏的参数 b)阻尼比 h 2 0 m
c)反应时间
d)峰值反应时间
arctg
0
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三、瞬态响应
2． r 瞬态响应的稳定条件 ：
（1） 1 时，只要 0就收敛。
（2）
1
时，
2 0
应为正值，即 02 0 。
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3．侧偏力—侧偏角曲线
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16
四、侧偏特性的影响因素
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17
四、侧偏特性的影响因素
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51
第四节 提高操纵稳定性的电子控制系统
思考题 就你所知……有哪些 ？
本节应了解的内容 4WS、VSC（自学内容）
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52
解方程可得稳态横摆角速度增益，即转向灵敏度：
r
s
uL
1Lm2ka2 kb1u2
uL
1Ku2
其中 —稳定性因数（s2m-2）
K
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二、稳态响应
2．稳态响应的三种类型
K=0
—
中性转向： r
s
u L
K>0 — 不足转向： r u
s L
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四、侧偏特性的影响因素
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四、侧偏特性的影响因素
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四、侧偏特性的影响因素
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四、侧偏特性的影响因素
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12
第二节 轮胎的侧偏特性
一、基本概念 二、轮胎坐标系
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13
三、侧偏现象/侧偏曲线
1．侧偏力—车轮中心 沿Y轴方向作用有 侧向力 F y
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2．侧偏现象—车轮行驶方向偏离车轮平面的方向。
3．表征稳态响应的参数
R （2）转向半径的比值 R 0
当 0时， R 0
L
R ur 1 uK u L2u 1K 2u L1K2u R 0
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三、瞬态响应
1． r 瞬态响应：
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7
三、人—车闭路系统
1.开路（环）系统 2.闭路（环）系统
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第一节 概述
四、汽车实验的两种评价方法
1．实车试验/驾驶模拟器 2．客观评价/主观评价
五、时频响应的评价指标
1．方向盘角阶跃输入下的稳态响应
（1）
r
s
_
ua
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一、数学模型
2．模型
ak11kkb22k u 1u 1aa1k2k1b2kb 2kr2kram1kv uI zrr
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29
二、稳态响应
1．稳态响应
稳态时：r const， 则线、角加速度均为零。
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22
五、回正力矩 Tz Fy e
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23
五、回正力矩
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五、回正力矩
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25
第二节结束！
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四、频率响应特性
3．评价汽车操纵稳定性的5个参数
（1）Af f 0，即稳态增益，a 。
（2）共振峰频率 f r 。
（3）共振时的增幅比b a ，对应超调量。
（4）低频时的相位滞后角应小些，f0.10。 （5）高频时的相位滞后角应小些，f0.6 小些 。
第五章汽车的操纵稳定性
引言
1. 操纵稳定性 2. 操纵稳定性涉及工况 3. 操纵稳定性的重要性
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2
二、车辆坐标系与时域响应
1．车辆坐标系
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5
二、车辆坐标系与时域响应
2．时域响应
Steady state Transient stat
，特征车速 u ch
1 K
K<0
—
过多转向： r
s
u L
，临界车速 ucr
1 K
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二、稳态响应
2．稳态响应的三种类型
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二、稳态响应
2．稳态响应的三种类型
汽车应具有适度的不足转 向特性？？
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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
思考题 怎样简化为……模型 ？
本节应掌握的内容 1. 假设条件 2. 公式推导 3. 时域响应特性、频域响应特性
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一、数学模型
1．假设
前轮转角输入 平面运动 线性轮胎 两轮摩托车。
3．稳态响应特性
不足转向 中性转向 过多转向
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二、车辆坐标系与时域响应
4．瞬态响应特性
反应时间— 、
超调量— rs r010% 0 波动频率— 2 T 稳定时间—
r 9% 5 1% 0 r5 0
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前轮转角： L R
转向半径：R L
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二、稳态响应
3．表征稳态响应的参数（1） 12
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※ 作业
证明
：
R
L
1 2
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二、稳态响应
（1）推导
瞬态时，二自由度方程的两个未知数可以是 r
和 ，通过消元法消去
数微分方程。
，得到
r
的一元二阶常系
由常微分方程的性质或解法—先得到其通解和特
解，最后得到正常汽车（小阻尼）的 r t 。
rtB 020 C e0 tsin t 0
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式中r －－ r t的富氏变换。
－－ t 的富氏变换。