汽车理论第五章
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汽车理论课件第五章
➢ 车轮旋转轴线在地平面上的投影 线为Y轴，以向左为正方向。
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
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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。
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。
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§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
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§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。
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§5-1 概述
定义：在驾驶员不感到过分紧张、疲劳的 条件下，汽车能够遵循驾驶员通过转向系 及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外 界干扰时，抵抗干扰保持稳定行驶的能力 ，简称操稳性。 操稳性包括：
操纵性 稳定性
邹旭东 zxd@
第五章 汽车的操纵稳定性
操稳性包括操纵性和稳定性
操纵性：即汽车确切响应驾驶员指令的能力。 看汽车实际运动参量和驾驶员要求的运动参量 之间的接近程度和渐进过程时间的长短。 稳定性：即汽车抵抗改变其运动方向的各种外 界干扰并保持稳定行驶不失去控制甚至翻车和 侧滑的能力。看汽车受干扰后的实际运动参量 与受干扰前运动参量之间的接近程度和渐进过 程时间的长短。
第五章 汽车的操纵稳定性
一、汽车操纵稳定性包含的内 容 基本内容 主要评价参量
6.转向轻便性（原地、低速、 高速） 7.直线行驶性 侧风敏感性 路面不平敏感性 8.典型行驶工况性能——真实 反映操稳性 9.极限行驶能力——极限安全 行驶性能 转向力、转向功 转向盘转角和 侧向位移 转向盘转角、转向力、侧向 加速度、横摆角速度、侧偏 角、车速等 极限侧向加速度、极限车速 、恢复时间
第五章 汽车的操纵稳定性
二、车辆坐标系与转向盘角阶跃输入 下的时域响应
x：移动：前进速度u，加速度a 转动：侧倾角p，侧倾角速度ωp y：移动：侧向速度v，侧向加速度a 转动：俯仰角q，俯仰角速度ωq z：移动：垂直速度w，垂直加速度i 转动：横摆角r，横摆角速度ωr 在研究操纵稳定性时，假定前进速度u不变，忽略侧 倾角速度ωp、垂直速度w和俯仰角速度ωq。
邹旭东 zxd@
第五章 汽车的操纵稳定性
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：第五章 汽车的平顺性、通过性
▪ 弹性元件的弹性特性是指作用在悬架上的载荷与 其变形之间的关系。
▪ 如果悬架的刚度是常数，则其，变形与所受载荷 成正比，其弹性特性可由一直线表示所以，这种 悬架称为线性悬架，一般钢板弹簧、螺旋弹簧悬 架均属此类。
▪ 采用线性悬架的汽车，往往不能满足行驶平顺性 的要求。
▪ 因为在使用中，汽车的有效载荷，特别是公共汽 车和载货汽车的有效载荷变化较大，载荷的变化 将导致空载、满载的车身振动偏频发生较大的差 异，空载的振动频率过高，使汽车的平顺性变坏。
▪ 减小悬架刚度是降低车身自振频率的一个有力措施。如 用悬架的静挠度来表示其刚度，现代轿车悬架的静挠度 一般为150～200mm(高级轿车的静挠度有达300mm以上的)， 载货汽车的静挠度一般在70～120mm左右。
▪ 悬架的刚度太小，会增加非悬挂质量的振动位移，大振 幅的振动有时会使车轮离开地面，因此，过软的弹性元 件也是不可取的。
▪ 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，对于载货汽车还包括保持货物完好 的性能，它是现代高速汽车的主要性能之一。
▪ 汽车的平顺性可由图6-1所示的“路面一汽车一 人”系统的框图来分析。
▪ 路面不平度和车速形成了对汽车振动系统的“输 入”，此“输入”经过由轮胎、悬架、座垫等弹 性、阻尼元件和悬挂、非悬挂质量构成的振动系 统的传递，得到振动系统的“输出”是悬挂质量 或进一步经座椅传至人体的加速度，此加速度通 过人体对振动的反应——舒适性来评价汽车的平 顺性。
▪ 为了改善这种状况，近代汽车的悬架常采 用非线性悬架，即其刚度可随载荷的变化 而变化。这种悬架亦称为变刚度悬架。这 种悬架可以有较大的静挠度，而在载荷较 大时，刚度急剧增大，使汽车的侧倾和纵 向角振动减轻，限制了悬架和车身碰撞的 可能，保证汽车具有较好的行驶平顺性。
汽车理论第五章
r r ) s a 2） 稳态横摆角速度增益曲线 、车速 u＝22.35m/s 时的转向灵敏度 加速度为 0.4g 时的前、后轮侧偏角绝对值之差 a1-a2 与转 弯半径的比值 R/R0(R0=15m)。 4） 车速 u＝30.56m/s 时，瞬态响应的横摆角速度波动的固有（圆）频率ω0、阻尼比ζ、 反应时间τ与峰值反应时间ε。 34. 稳态响应中横摆角速度增益达到最大值时的车速称为特征车速 uch。证明： 特征车速 性转向汽车横摆角速度增益的一半。 35. 计算题 20 中轿车在车速 ua=110km/h 下，频率由 0～3Hz 的频率响应特性（画图时采用 双对数坐标，横坐标为输入频率的对数值，纵坐标为增益的分贝值）。 36. 已知某 4×2 小客车前、后单胎，总质量 2010kg，轴距 L 为 3.2m，其轴荷分配前轴为 每个后轮胎侧偏刚度 k2 为-37485K/rad。 53.5%， 每个前轮胎侧偏刚度 k1 为-38142N/rad， 试确定该车的稳态转向特性是哪种？如果该车以 36km/h 车速、方向盘转向角为 330 度 （转向系总传动比 i=22） ？ （悬 做定向圆周行驶时， 求此时汽车的横摆角速度ωr 是多少 架侧倾的影响不予考虑）。 37. 已知一汽车总质量为 2150kg，轴距为 2.8m，前、后单胎，其轴荷分配：前轴荷为 54%， 后轴荷为 46%，现前后轮装用不同轮胎，每个前轮的侧偏刚度为 46800N/rad，每个后
uch 1 / K ，且在特征车速时的稳态横摆角速度增益，为具有相等轴距 L 中
轮侧偏刚度为 38650N/rad，试确定该车的稳态转向特性的性质及其特征车速或临界车 速是多少(km/h)？
28. 何谓转向系统和纵置钢板弹簧悬架的运动干涉？如何减少这种干涉？ 29. 画出汽车操纵稳定性试验的仪器框图。 30. 试述汽车侧翻的评价指标。 31. 一轿车（每个）前轮胎的侧偏刚度为－38142N/rad、外倾刚度为－37485N/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 2°。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。 32. 6450N 轻型客车在试验中发现过多转向和中性转向现象，工程师们在前悬架上加装前横 向稳定杆以提高前悬架的侧倾刚度，结果汽车的转向特性变为不足转向。试分析其理 论根据（要求由必要的公式和曲线）。 33. 二自由度轿车模型的有关参数如下： 总质量 绕 Oz 轴转动惯量 轴距 质心至前轴距离 质心至后轴距离 前轮总侧偏刚度 后轮总侧偏刚度 转向系总传动比 试求： 1） 稳定性因数 K、特征车速 uch。 m＝2120kg Iz=4105kg.m2 L=3.048m a=1.463m b=1.585m k1=63743N/rad k2=-113205N/rad i=22
汽车理论最新版课件第5章
62
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
ax
du dt
v d
dt
u vr
同理可得
ay v ur
63
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
4.二自由度汽车动力学分析
+
Z
X
Fy
Y
O
向外滚开的趋势
- FYγ
52
第二节 轮胎的侧偏特性
1.外倾侧向力FYγ
FY-γ kγ-+
kγ－外倾刚度。
53
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。
54
第二节 轮胎的侧偏特性
2.有外倾时FY与γ、α的关系
1）α=0
FY FYγ kγ
➢本节还将介绍操纵稳定性的研究方法及试验评价 方法。
2
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。
3
第一节 操纵稳定性概述
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 ）
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
ax
du dt
v d
dt
u vr
同理可得
ay v ur
63
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
4.二自由度汽车动力学分析
+
Z
X
Fy
Y
O
向外滚开的趋势
- FYγ
52
第二节 轮胎的侧偏特性
1.外倾侧向力FYγ
FY-γ kγ-+
kγ－外倾刚度。
53
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。
54
第二节 轮胎的侧偏特性
2.有外倾时FY与γ、α的关系
1）α=0
FY FYγ kγ
➢本节还将介绍操纵稳定性的研究方法及试验评价 方法。
2
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。
3
第一节 操纵稳定性概述
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 ）
汽车理论第五章
1.制动效能
指汽车在良好路面上以一定初速度制动到停车所 驶过的距离、制动时汽车的减速度或制动力的大小
2.制动效能的恒定性
抗热衰退性能：汽车在高速行驶或下长坡道时制动
性能的保持程度。
抗水衰退性能：是指汽车涉水后对制动性能的保持
能力
3 .汽车制动时的方向稳定性
指制动时汽车按给定路径行驶的能力。
制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力时，则 汽车将偏离给定的行驶路径。这时，汽车的制动方 向稳定性能不佳。
一、制动减速度与地面制动力
• 在不同路面上，地面制动力为
•
FXb= bG
故汽车能达到的制动减速度amax（m/s2）
amax=bg
若允许前、后轮同时抱死，则 amax=sg
若允许前、后轮同时抱死，则 amax=sg 若装有理想的自动防抱装置的汽车，则 ：
amax=pg 在评价汽车制动性能时，我国行业标准采 用平均减速度的概念，即
uw rr0w w 0
不 同 滑 动 率 轮 胎 印 迹 变 化 规 律
S u w rr0w 100%
p
uw
u w rr0为纯滚动S 0
s
w 0,S 100%为纯滑动 0 S 100%为边滚边滑
b
b
l
制动力系数b 峰值附着力系数p 滑动附着系数s 侧向力系数l
踏板力
≤500N
80km/h 80km/h 80km/h
不 偏
抱死
跑
不抱死跑偏
不抱死，偏出 ≤3.7m
≤50.7m, ≥5.8m/s2
≥5.8m/s2
≤
65.8m
(216ft)
≤490N ≤490N
≤66.7~667N
指汽车在良好路面上以一定初速度制动到停车所 驶过的距离、制动时汽车的减速度或制动力的大小
2.制动效能的恒定性
抗热衰退性能：汽车在高速行驶或下长坡道时制动
性能的保持程度。
抗水衰退性能：是指汽车涉水后对制动性能的保持
能力
3 .汽车制动时的方向稳定性
指制动时汽车按给定路径行驶的能力。
制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力时，则 汽车将偏离给定的行驶路径。这时，汽车的制动方 向稳定性能不佳。
一、制动减速度与地面制动力
• 在不同路面上，地面制动力为
•
FXb= bG
故汽车能达到的制动减速度amax（m/s2）
amax=bg
若允许前、后轮同时抱死，则 amax=sg
若允许前、后轮同时抱死，则 amax=sg 若装有理想的自动防抱装置的汽车，则 ：
amax=pg 在评价汽车制动性能时，我国行业标准采 用平均减速度的概念，即
uw rr0w w 0
不 同 滑 动 率 轮 胎 印 迹 变 化 规 律
S u w rr0w 100%
p
uw
u w rr0为纯滚动S 0
s
w 0,S 100%为纯滑动 0 S 100%为边滚边滑
b
b
l
制动力系数b 峰值附着力系数p 滑动附着系数s 侧向力系数l
踏板力
≤500N
80km/h 80km/h 80km/h
不 偏
抱死
跑
不抱死跑偏
不抱死，偏出 ≤3.7m
≤50.7m, ≥5.8m/s2
≥5.8m/s2
≤
65.8m
(216ft)
≤490N ≤490N
≤66.7~667N
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。
汽车理论课件_余志生 第五章_汽车的操纵稳定性
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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 ．
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50
第三节结束！ 第三节结束！
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3．侧偏力—侧偏角曲线
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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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三、瞬态响应
（2）表征瞬态品质好坏的参数 a)固有圆频率
ω0 =
c m′
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三、瞬态响应
（2）表征瞬态品质好坏的参数 h b)阻尼比 ξ = 2ω 0 m ′ c)反应时间 τ = −
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
41
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
42
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
43
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
44
第五章 汽车的操纵稳定性
第八节
汽车的侧翻
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45
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
汽车理论第五课后习题答案
动力性汽车的第一章试说明轮胎滚动阻力的定义，产生机理和作用形式。
定义:汽车在水平道路上等速行驶时受到的道路在行驶方向上的分力称为滚动祖力。
2)产生机理:由于轮胎内部摩擦产生弹性轮胎在硬支律路面上行驶时加载变形曲线和卸载变形曲线不重合会有能全损失，即弹性物质的迟滞损失。
这种迟滞损失表现为一种阻力偶。
当车轮不滚动时，地面对丰轮的法向反作用力的分布是前后对称的;当车轮滚动时，由于弹性阻滞现象，处于压缩过程的前部点的地面法向反作用力就会大于处于压缩过程的后部点的地面法向反作用力，这样，地面法向反作用力的分布前后不对称，而使他们的合力F相对于法线前移一个距离a，它随弹性迟滞损Z失的增大变大。
即滚动时有滚动阻力偶T= Fa阻碍车轮滚动。
.?Zf3]作用形式: T= Wf，T= T/r ff f滚动阻力系数与哪些因素有关？答：滚动阻力系数与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料和气压有关。
=+由计算机作图有：空车、满载时汽车动力性有无变化？为什么？答：动力性会发生变化。
因为满载时汽车的质量会增大，重心的位置也会发生改变。
质量增大，滚动阻力、坡度阻力和加速阻力都会增大，加速时间会增加，最高车速降低。
重心位置的改变会影响车轮附着率，从而影响最大爬坡度。
如何选择汽车发动机功率？答：发动机功率的选择常先从保证汽车预期的最高车速来初步确定。
若给出了期望的最高车速，选择的发动机功率应大体等于，但不小于以最高车速行驶时的行驶阻力功率之和。
发动机的最大功率但也不宜过大，否则会因发动机负荷率偏低影响汽车的燃油经济性。
．在实际工作中，还利用现有汽车统计数据初步估计汽车比功率来确定发动机应有功率。
不少国家还对车辆应有的最小比功率作出规定，以保证路上行驶车辆的动力性不低于一定水平，防止某些性能差的车辆阻碍车流。
超车时该不该换入低一挡的排挡？答：超车时排挡的选择，应该使车辆在最短的时间内加速到较高的车速，所以是否应该换入低一挡的排挡应该由汽车的加速度倒数曲线决定。
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
汽车理论第五章
EPS硬件组成和工作原理
图5-14所示为一种采用一对磁极环的非接触式转矩传感器 结构示意图。
原理：当传感器两端在发生 相对扭转位移时，磁极环之 间的空气间隙发生变化，从 而引起电磁感应系数变化。
优点：体积小、精度高。 缺点：成本较高
EPS硬件组成和工作原理
2）电动机 EPS的动力源是电动机，通常采用无刷永磁式直流电机 ，其功能是根据ECU的指令产生相应的输出转矩。 电动 机是影响EPS性能的主要因素之一，要求低速大转矩、 波动小、惯量小、尺寸小、质量轻、可靠性高、控制性 能好。
汽车操纵稳定性的研究方法与内容
改善汽车运动学行为和安全的三个方面：
1）对车辆和轮胎行为的建模分析
2）车辆动力学控制和状态估计
3）驾驶员—车辆系统的分析
操纵稳定性的评价指标
汽车在水平路面上转向行驶时，不发生侧滑的极限稳定车 速为：
汽车转向时不发生侧向倾翻的极限车速为：
汽车转向系统特性
1）转向力矩与前轮转角的关系 转向力矩是由地面和转向轮之间的相互作用以及转向系统 内部摩擦而产生的。 地面对转向轮的作用力主要包括侧向 力、纵向力与垂向力。 构成转向力矩的主要部分是侧向力 与轮胎拖距之积形成的轮胎自回正力矩及侧向力与主销后 倾拖距之积形成的侧向力回正力矩，其次是重力回正力矩 和纵向力回正力矩。
汽车转向系统特性
轮胎作用力的情况如图5-2所示，其中地面接触点中心部 位的作用力， 提供了分析转向反应的依据。
汽车转向系统特性
当车轮转向时，假设角度很小并忽略车轮外倾角，则这 两个角产生的力矩和约为：
上式等号右侧第一项和第二项分别与内倾角和后倾角有 关。 可以很容易地分别从内倾角和后倾角分析出各个力 矩。
线性两自由度转向系统模型建立
《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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u + T Fe
Z Y
39
X
第二节 轮胎的侧偏特性
40
第二节 轮胎的侧偏特性
五、有外倾时轮胎的FY与外倾角γ、侧偏角α的关系
+
Z X
Y
Fy
O
向外滚开的趋势
FYγ41
第二节 轮胎的侧偏特性
1.外倾侧向力FYγ
FYγ k γ
-
-
+
kγ－外倾刚度。
42
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。
8
第一节 操纵稳定性概述
7.直线行驶性能
评价参量
直线行驶性
转向盘转角和（累计值）
侧向风敏感性
评价参量
侧向偏移
路面不平敏感性
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— 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。
v u
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
a r b r FY k1 k2 u u a r b r M Z ak1 bk 2 u u
a b u r k1 r k 2 r mv u u
a b ak1 r bk2 r I Z r u u
FY1
FY2 FX2 FX1
35
第二节 轮胎的侧偏特性
（5）路面干湿状态
36
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。
37
第二节 轮胎的侧偏特性
四、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。
u'
u
Fy FZ l
Fy FZ l
c
只有当侧向力 时，车轮的运动方向才会改变。
c
大于（或等于）车轮与路面间的侧向附着力
Fy
23
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
24
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
25
第二节 轮胎的侧偏特性 +
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
18
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 客观评价法 人—汽车闭路系统 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。
19
第五章 汽车的操纵稳定性
车轮行驶方向 X
α
正侧偏角
正翻转力矩 TX
O
正地面切向 反作用力FX 正地面法向 反作用力FZ
车轮旋转轴线 正地面侧向反作用力FY
21
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。
22
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
汽车轮胎
摩托车轮胎
45
第二节 轮胎的侧偏特性
46
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运动微分方程
思考：车辆坐标系中，汽车共有多少个自由度？ 1.建模中假设
1）忽略转向系统的影响，直接以前轮转角作为输入； 2）忽略悬架的作用；车身只作平行于地面的平面运动，绕 z 轴的
第二节 轮胎的侧偏特性
本节主要研究轮胎的侧偏现象和侧偏特性。
侧偏特性是指侧偏力、回正力矩与侧偏角的关系。
返回目录
20
第二节 轮胎的侧偏特性 外倾角γ
一、轮胎的坐标系
Z 正外倾角 γ
侧偏角α
过轮胎坐标系原点的 垂线与车轮平面的夹角 Y 正TY
正回正力矩TZ 轮胎接地印迹中心的 位移方向与X轴的夹角
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 ）
发生侧滑时的 控制能力
回至原来路径 所需时间
操纵稳定性包含的内容
12
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
13
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。
本节还将介绍操纵稳定性的研究方法及试验评价
方法。
返回目录
2
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。
3
第一节 操纵稳定性概述
FY k11 k 2 2 M Z ak11 bk 2 2
51
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应 质心侧偏角
a r u
v b r 2 u b r u
52
v a r u a r u 1
刚度的影响。
47
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
48
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 v sin
回避障碍性能
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）、 紧急变线速度（满载/空载）。 操纵稳定性包含的内容
10
第一节 操纵稳定性概述
有些轿车的车身侧倾比较严重
11
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 评价参量 极限侧向加速度 评价参量 抗侧翻能力 评价参量 极限车速
43
第二节 轮胎的侧偏特性
2.有外倾时FY与γ、α的关系
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
44
第二节 轮胎的侧偏特性 4）γ过大对汽车产生不良影 响 影响轮胎与路面的良 好接触 5）外倾时产生的回正力矩
应的瞬态运动响应称
为转向盘角阶跃输入 下的瞬态响应。
16
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
17
第一节 操纵稳定性概述
1.转向盘角阶跃输入下的响应
评价参量
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
4
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 评价参量 共振峰频率。 共振时振幅比。
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。
相位滞后角。
稳态增益。
操纵稳定性包含的内容
5
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 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。
越小越好，所以 |k| 越大
越好。
27
第二节 轮胎的侧偏特性
三、轮胎结构、工作条件对侧偏特性的影响
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
大尺寸轮胎
子午线轮胎
钢丝子午线轮胎
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
28
第二节 轮胎的侧偏特性
（1）扁平率小，k大
B
H
31
第二节 轮胎的侧偏特性
（2）垂直载荷大，k大
32
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。
33
第二节 轮胎的侧偏特性
（3）轮胎气压高，k大
34