汽车的操纵稳定性分析和评价指标
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当车速为 ucr -1 K u c r称为临界车速。临界车速越低，过多转向量越大。
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'
Fy FZl
Fy FZl
u
c
c
➢只有当侧向力 F y 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。
α
u
12
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。
13
二、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
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
14
上看，我们可以认为各部分受到的重力作用集中 于一点，这一点叫做物体的重心。 4、物体的重心位置，质量均匀分布的物体，重心的 位置只跟物体的形状有关。例如，均匀球体的重 心在球心。 5、质量分布不均匀的物体，重心的位置除跟物体的 形状有关外，还跟物体内质量的分布有关。载重 汽车的重心随着装货多少和装载位置而变化。
36
力矩 (torque)
➢ 物理学上指使物体转动的力乘以到转轴的距离。 ➢ 力对物体产生转动效应的量度 ➢ 力对物体产生转动作用的物理量。可分为力对轴
的矩和力对点的矩。力对轴的矩是力对物体产生 绕某一轴转动作用的物理量。
37
摩擦力：frictional force
➢ 当两接触构件间存在正压力 时，阻止两构件进行相对运 动的切向阻力。
（1）扁平率小，k大
B H
扁平率=(H/B)×100%
15
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
日本
普利斯通 205/65R15
米其林 法国 225/60R16 W
米其林 275/30 ZR19
宽度
扁平率(%) 65
60
30 轮辋 直径
16
17
（2）垂直载荷大，k大
29
3、转向特性分析
1）中性转向
R
L
➢当转向盘角度固定不变时 R 与 u 无关，汽车具有中性转向的特性
。
30
2）不足转向
R>R0且 u↑→ R↑ 汽车具有不足转向特性
随着车速的提高，转弯半径不断增大
1、转弯时，汽车受到的离心力和侧向力方向相反， 有削弱侧向力的作用。 2、这种特性的车在给定半径的圆周行驶时应随着转 速的提高不断增加方向盘的转角。
奔驰CLK跑车：前轮205/55R16，后轮225/50R16。 前205、后225的轮胎组合，使得前轮的侧偏刚度小于后轮，
有利于营造不足转向特性。
31
3）过多转向 R<R0 u↑→ R↓→ 汽车具有过多转向特性。
这意味着很小的前轮转角将产生极大的横摆角速度， 汽车将发生激转而侧滑或侧翻。由于过多转向汽车有失 去稳定性的危险，汽车应具有适度的不足转向特性。
➢ 滑动摩擦力是阻碍相互接触 物体间相对运动的力,不一定 是阻碍物体运动的力。即摩 擦力不一定是阻力,它也可能 是使物体运动的动力。
38
一、汽车的纵向稳定性
39
➢ 各字母表示含义 ➢ 对前后车辆的两点取矩
➢ 前轮法向力Fz1=0时，汽 车发生绕后轴翻车。
40
41
42
➢汽车侧翻是指汽车在行驶过程中绕其纵轴线转动90° 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。
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 纤维子午线轮胎
侧偏பைடு நூலகம்度小
33
4.2 汽车的纵向和侧向稳定性
➢汽车的纵向稳定性 ➢汽车的侧向稳定性
34
学习之前要掌握的几个概念
35
重心[centre of gravity]
1、物体各部分所受重力的合力作用点。 2、规则而密度均匀物体的重心就是它的几何中心。 3、一个物体的各部分都要受到重力的作用。从效果
➢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。
23
24
二、汽车的转向特性
直角三角勾股定理： c2=a2+b2
因此：sin2A+cos2A=1 sinA/cosA=tanA tanA=1/cotA
25
26
1、刚性轮胎转向时的几何关系
27
2、有侧向偏离时的汽车转向特性
28
9
2）在弹性轮上作用侧向力F y
直线cc表示轮胎平面线
Fy
俯视图
直线aa表示轮胎与地 面接触印痕的中心线
FY
车轮静止
10
2）在弹性轮上作用侧向力 F y
Fy
FY 车轮滚动
11
侧偏角α
轮胎接地印 迹中心的位移 方向与X轴的 夹角。
2.侧偏现象
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 将偏离车轮平面的方向。
汽车的操纵稳定性 分析和评价指标
1
➢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。
➢汽车的操纵稳定性是汽车主动安全性的重要评价指标。
2
复习 汽车的转向机构
转向油罐
动力转向系
汽车侧翻可 分为两类
曲线运动引起的侧翻
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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
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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。
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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'
Fy FZl
Fy FZl
u
c
c
➢只有当侧向力 F y 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。
α
u
12
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。
13
二、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
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
14
上看，我们可以认为各部分受到的重力作用集中 于一点，这一点叫做物体的重心。 4、物体的重心位置，质量均匀分布的物体，重心的 位置只跟物体的形状有关。例如，均匀球体的重 心在球心。 5、质量分布不均匀的物体，重心的位置除跟物体的 形状有关外，还跟物体内质量的分布有关。载重 汽车的重心随着装货多少和装载位置而变化。
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力矩 (torque)
➢ 物理学上指使物体转动的力乘以到转轴的距离。 ➢ 力对物体产生转动效应的量度 ➢ 力对物体产生转动作用的物理量。可分为力对轴
的矩和力对点的矩。力对轴的矩是力对物体产生 绕某一轴转动作用的物理量。
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摩擦力：frictional force
➢ 当两接触构件间存在正压力 时，阻止两构件进行相对运 动的切向阻力。
（1）扁平率小，k大
B H
扁平率=(H/B)×100%
15
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
日本
普利斯通 205/65R15
米其林 法国 225/60R16 W
米其林 275/30 ZR19
宽度
扁平率(%) 65
60
30 轮辋 直径
16
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（2）垂直载荷大，k大
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3、转向特性分析
1）中性转向
R
L
➢当转向盘角度固定不变时 R 与 u 无关，汽车具有中性转向的特性
。
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2）不足转向
R>R0且 u↑→ R↑ 汽车具有不足转向特性
随着车速的提高，转弯半径不断增大
1、转弯时，汽车受到的离心力和侧向力方向相反， 有削弱侧向力的作用。 2、这种特性的车在给定半径的圆周行驶时应随着转 速的提高不断增加方向盘的转角。
奔驰CLK跑车：前轮205/55R16，后轮225/50R16。 前205、后225的轮胎组合，使得前轮的侧偏刚度小于后轮，
有利于营造不足转向特性。
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3）过多转向 R<R0 u↑→ R↓→ 汽车具有过多转向特性。
这意味着很小的前轮转角将产生极大的横摆角速度， 汽车将发生激转而侧滑或侧翻。由于过多转向汽车有失 去稳定性的危险，汽车应具有适度的不足转向特性。
➢ 滑动摩擦力是阻碍相互接触 物体间相对运动的力,不一定 是阻碍物体运动的力。即摩 擦力不一定是阻力,它也可能 是使物体运动的动力。
38
一、汽车的纵向稳定性
39
➢ 各字母表示含义 ➢ 对前后车辆的两点取矩
➢ 前轮法向力Fz1=0时，汽 车发生绕后轴翻车。
40
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42
➢汽车侧翻是指汽车在行驶过程中绕其纵轴线转动90° 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。
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 纤维子午线轮胎
侧偏பைடு நூலகம்度小
33
4.2 汽车的纵向和侧向稳定性
➢汽车的纵向稳定性 ➢汽车的侧向稳定性
34
学习之前要掌握的几个概念
35
重心[centre of gravity]
1、物体各部分所受重力的合力作用点。 2、规则而密度均匀物体的重心就是它的几何中心。 3、一个物体的各部分都要受到重力的作用。从效果
➢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。
23
24
二、汽车的转向特性
直角三角勾股定理： c2=a2+b2
因此：sin2A+cos2A=1 sinA/cosA=tanA tanA=1/cotA
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1、刚性轮胎转向时的几何关系
27
2、有侧向偏离时的汽车转向特性
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2）在弹性轮上作用侧向力F y
直线cc表示轮胎平面线
Fy
俯视图
直线aa表示轮胎与地 面接触印痕的中心线
FY
车轮静止
10
2）在弹性轮上作用侧向力 F y
Fy
FY 车轮滚动
11
侧偏角α
轮胎接地印 迹中心的位移 方向与X轴的 夹角。
2.侧偏现象
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 将偏离车轮平面的方向。
汽车的操纵稳定性 分析和评价指标
1
➢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。
➢汽车的操纵稳定性是汽车主动安全性的重要评价指标。
2
复习 汽车的转向机构
转向油罐
动力转向系
汽车侧翻可 分为两类
曲线运动引起的侧翻