第五章汽車操縱穩(wěn)定性第一節(jié)概述

一、汽車操縱穩(wěn)定性研究?jī)?nèi)容

a.汽車正確遵循駕駛員通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)所給定的方向的能力；b.汽車抵抗企圖改變行駛方向干擾、保持穩(wěn)定行駛方向的能力。不能過(guò)分降低車速或造成駕駛員疲勞。1、什么是操縱穩(wěn)定性a.

“飄”—汽車自己改變方向。升力或轉(zhuǎn)向系、輪胎、懸架等問(wèn)題。b.“反應(yīng)遲鈍”—轉(zhuǎn)向反應(yīng)慢。c.“晃”—左右搖擺，行駛方向難于穩(wěn)定。d.“喪失路感”—操縱穩(wěn)定性不好的汽車在高速或急劇轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)喪失路感，導(dǎo)致駕駛員判斷的困難。e.“失控”—某些工況下汽車不能控制方向。制動(dòng)時(shí)無(wú)法轉(zhuǎn)向,甩尾，側(cè)滑，側(cè)翻。2、操縱穩(wěn)定性不好的表現(xiàn)

發(fā)飄現(xiàn)象

“因四五級(jí)大風(fēng)，小車開(kāi)到時(shí)速100公里就開(kāi)始左右晃，在超大貨車的時(shí)候特別明顯，超一輛，車就猛地晃一下，必須用雙手握住方向盤(pán)，才能沿著車道行駛，有幾回車速過(guò)快在彎道被風(fēng)吹到邊上那道去了，趕緊將車速降下來(lái)，不敢再快了?！薄帮w度在超越大型卡車、客車的時(shí)候，明顯感覺(jué)車子不穩(wěn)，遠(yuǎn)不如我以前開(kāi)過(guò)的寶來(lái)。當(dāng)你超車的時(shí)候感覺(jué)車好像在向大車靠近，整個(gè)車輛超過(guò)以后會(huì)很明顯的感覺(jué)到一股力量把你往旁邊推，很危險(xiǎn)！”上面這兩段話，是駕車者對(duì)轎車發(fā)飄現(xiàn)象的描述。

賽車賽車負(fù)升力翼

制動(dòng)跑偏

ABS系統(tǒng)對(duì)比試驗(yàn)

車輛穩(wěn)定性控制

系統(tǒng)VSC

四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)4WS作用

4.29交通事故軌跡圖

4.29交通事故車照片

4.29交通事故分析結(jié)論1

該車錯(cuò)誤地在前、后軸混裝子午線輪胎和斜交輪胎。前輪為子午胎205R16，胎寬205mm；后輪為斜交胎7.50-16N，胎寬190.5mm。前后胎的結(jié)構(gòu)、胎寬、花紋、磨損程度均不同。斜交胎的側(cè)偏剛度明顯低于同一直徑尺寸的子午胎，加之所安裝的斜交胎胎寬較小，更加劇了后輪側(cè)偏剛度的降低。這是一種危險(xiǎn)的輪胎混裝方式。根據(jù)汽車?yán)碚?，前輪?cè)偏剛度高、后輪側(cè)偏剛度低將導(dǎo)致顯著減少汽車不足轉(zhuǎn)向，或變?yōu)檫^(guò)多轉(zhuǎn)向特性，即增大了汽車轉(zhuǎn)向時(shí)向內(nèi)側(cè)加劇轉(zhuǎn)向的危險(xiǎn)。具有過(guò)多轉(zhuǎn)向特性的汽車，在轉(zhuǎn)向時(shí)達(dá)到一定車速(稱為“臨界車速”)時(shí)，將會(huì)出乎意外地向轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)激轉(zhuǎn)，造成事故。

4.29交通事故分析結(jié)論2

該車在車禍前相當(dāng)一段時(shí)間行駛中存在方向跑偏、發(fā)擺故障，臨出車禍前出現(xiàn)嚴(yán)重的蛇行現(xiàn)象(事故車駕駛員口述筆錄)，這是因?yàn)樵撥囖D(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)零部件間累計(jì)間隙過(guò)大，方向盤(pán)自由行程嚴(yán)重超差，而又未及時(shí)維修(或維修質(zhì)量不佳)，未排除故障，帶病運(yùn)行，導(dǎo)致該車行駛中前束值或大或小不斷變化，使汽車行駛處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，這也加劇了過(guò)多轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)。

4.29交通事故分析結(jié)論3在車禍發(fā)生前，該車左后輪制動(dòng)器因左后半軸油封損壞，齒輪油漏入左后輪制動(dòng)器而導(dǎo)致該輪制動(dòng)器工作失效。根據(jù)駕駛員筆錄，在車禍發(fā)生前他曾采取過(guò)剎車減速措施。在剎車后，由于右側(cè)制動(dòng)力大于左側(cè)，產(chǎn)生一回轉(zhuǎn)力矩(如下圖中M所示)，使汽車突然在順時(shí)針?lè)较?也即向彎道內(nèi)側(cè))回轉(zhuǎn)?？傊?，過(guò)多轉(zhuǎn)向趨勢(shì)和不均衡制動(dòng)力造成的回轉(zhuǎn)力矩相疊加，是該車發(fā)生突然激轉(zhuǎn)、釀成車禍的根本原因。

05-5-30交通事故1

05-5-30交通事故2

滑水引起的汽車失控

2003年6月的一天早晨，一輛雅閣在成南高速路由成都向遂寧疾馳。當(dāng)行駛到距成都62公里路段時(shí)，路右邊是一塊山崖，山崖前方是護(hù)欄。直線路況看來(lái)不錯(cuò)，只是路面因下雨有一層淺淺的積水。駕駛員沒(méi)有在意，繼續(xù)以140km/h速度沖過(guò)去。駛過(guò)積水層時(shí)，車身突然失控，一頭向路邊護(hù)欄撞去。駕駛員大驚，猛踩剎車，總算沒(méi)有撞到護(hù)欄，但轎車卻劇烈旋轉(zhuǎn)起來(lái)，繞垂直軸猛烈掉頭轉(zhuǎn)過(guò)180度后，撞向山崖。巨大的撞擊力使轎車凌空翻身反彈到路上。轎車嚴(yán)重?fù)p壞，所幸兩位乘員都系了安全帶，且氣囊彈出，幸運(yùn)地死里逃生。3、汽車操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法1

汽車操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法2二、

車輛坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)向盤(pán)角階躍

下的時(shí)域響應(yīng)1、車輛坐標(biāo)系和主要運(yùn)動(dòng)形式2、汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)3、汽車瞬態(tài)響應(yīng)三、

人--車閉環(huán)系統(tǒng)1.

客觀評(píng)價(jià)法客觀評(píng)價(jià)通過(guò)儀器測(cè)試能定量評(píng)價(jià)汽車性能，且能通過(guò)分析求出其與汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)間的關(guān)系。主觀評(píng)價(jià)法主觀評(píng)價(jià)考慮到了人的感覺(jué)，能發(fā)現(xiàn)儀器不能測(cè)試出的現(xiàn)象，是操縱穩(wěn)定性的最終評(píng)價(jià)方法，但很難給出定量評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。四、汽車試驗(yàn)的兩種評(píng)價(jià)方法第二節(jié)輪胎的側(cè)偏特性一、輪胎坐標(biāo)系

因輪胎側(cè)向彈性，車輪受側(cè)向力的作用使輪心速度方向偏離車輪平面的現(xiàn)象。側(cè)向力因轉(zhuǎn)向、路面傾斜、風(fēng)力等引起。轉(zhuǎn)向引起的側(cè)向力總是指向汽車內(nèi)側(cè)。側(cè)偏角總是位于和側(cè)偏力指向相反的一側(cè)。二、輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象

1、輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象(圖)在側(cè)偏角<5時(shí)，側(cè)偏力和側(cè)偏角近似成線性關(guān)系。這時(shí)，式中，k稱為側(cè)偏剛度（N/rad）。為曲線在=0處的斜率。按輪胎坐標(biāo)系，側(cè)偏力和側(cè)偏角總是反號(hào)，故側(cè)偏剛度總是負(fù)值。2、輪胎的側(cè)偏特性

側(cè)偏力與側(cè)偏角的關(guān)系曲線

輪胎試驗(yàn)機(jī)1

輪胎試驗(yàn)機(jī)2

輪胎試驗(yàn)機(jī)3*垂直載荷的影響：垂直載荷增大，k增大。但垂直載荷太大k反而減小。*輪胎形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響：

a.子午線胎比斜交胎側(cè)偏剛度高。

b.扁平比（=輪胎高度H/寬度B）小的輪胎側(cè)偏剛度大。

c.胎壓大，則側(cè)偏剛度大，但胎壓太大側(cè)偏剛度基本不變。試驗(yàn)時(shí)，可能通過(guò)改變減少胎壓改變穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果。*縱向力的影響：見(jiàn)圖

三、輪胎結(jié)構(gòu)、工作條件對(duì)側(cè)偏特性

的影響

斜交輪胎結(jié)構(gòu)(圖)

子午線輪胎(圖)輪胎扁平率參數(shù)(圖)

解釋發(fā)飄現(xiàn)象汽車發(fā)飄的內(nèi)因是輪胎的側(cè)偏特性。在側(cè)向力作用下，輪胎中心速度方向與其面對(duì)的方向不一致，打個(gè)比方說(shuō)，就好像一個(gè)人始終面向北方，但卻向西北方向交替邁步，他的行走路線就偏離了與其面對(duì)的方向。側(cè)偏現(xiàn)象用“側(cè)偏剛度”來(lái)度量。汽車受到的側(cè)向力越大，輪胎的側(cè)偏剛度越小，側(cè)偏現(xiàn)象就越嚴(yán)重。提高輪胎的側(cè)偏剛度有助于減小汽車發(fā)飄。

解釋發(fā)飄現(xiàn)象

1．寬胎比窄胎有利于提高側(cè)偏剛度。因此，使用寬胎的車發(fā)飄較小。高速賽車使用特寬輪胎的原因即在于此。

2．輪胎載荷越小，側(cè)偏剛度越小。因此輕車比重車更容易發(fā)飄。3．輪胎側(cè)偏剛度還和空氣流對(duì)汽車的升力作用有關(guān)。車速越高，升力越大，輪胎載荷越小，側(cè)偏剛度就越小。因此汽車高速下比低速更容易發(fā)飄。加了尾翼的車能減少升力，有助于減少高速下的發(fā)飄。

4．輪胎氣壓越低，側(cè)偏剛度越小，汽車就越容易發(fā)飄。但胎壓太高輪胎附著力減少，容易側(cè)滑。因此應(yīng)嚴(yán)格按汽車說(shuō)明書(shū)保持胎壓大小。

解釋發(fā)飄現(xiàn)象汽車發(fā)飄的外因主要是橫向氣流力。超車時(shí)兩車之間的氣流通道變窄，流速增大。根據(jù)柏努利原理，這里的氣壓減小，兩車之間就產(chǎn)生了吸力。兩車橫向間距越小，吸力就越大。氣流的變化使這種吸力不穩(wěn)定，小車會(huì)左右搖晃。圖2是小車超越大車時(shí)的橫擺力矩系數(shù)的試驗(yàn)值，圖中是氣流相對(duì)運(yùn)動(dòng)與汽車縱軸的夾角?？梢钥闯?，在超過(guò)大車車頭的前后一段時(shí)間內(nèi)，小車橫擺力矩系數(shù)變化劇烈，方向易失穩(wěn)，所以大風(fēng)時(shí)高速超大車是相當(dāng)危險(xiǎn)的。

解釋發(fā)飄現(xiàn)象(圖)

解釋發(fā)飄現(xiàn)象

汽車從隧道、山谷駛出的瞬間，風(fēng)速常達(dá)到周圍風(fēng)速十倍以上。在山區(qū)、海邊、河邊也很容易受到突如其來(lái)的強(qiáng)側(cè)風(fēng)襲擊。急劇變化的氣流容易使汽車方向不穩(wěn)，甚至失控。側(cè)向面積大的車如面包車，大客車等特別容易受側(cè)向風(fēng)力影響。為防止汽車發(fā)飄誘發(fā)車禍，最根本的辦法是在大風(fēng)時(shí)控制車速?？v向力對(duì)側(cè)偏力的影響

附著橢園制動(dòng)力增大最大側(cè)向反力FY1最大總地面反力最大側(cè)向反力減少

制動(dòng)力最大總地面反力不變

制動(dòng)不當(dāng)產(chǎn)生的車禍制動(dòng)不當(dāng)產(chǎn)生的車禍(圖）

制動(dòng)不當(dāng)產(chǎn)生的汽車掉頭

制動(dòng)甩尾

04.11.27車禍

04.11.27車禍

04.11.27車禍

2005年4月19日凌晨2時(shí)56分，重慶黔江區(qū)石會(huì)鎮(zhèn)發(fā)生一起特大交通事故。渝運(yùn)集團(tuán)黔江分公司一輛由重慶開(kāi)往黔江的雙層臥鋪客車，行至國(guó)道319線黔江境內(nèi)沙彎特大橋處，撞壞大橋護(hù)欄，墜入89米高的坡谷，造成25人當(dāng)場(chǎng)死亡，送往醫(yī)院途中死亡1人，搶救無(wú)效死亡1人，4人輕重傷。

重慶黔江特大車禍

事發(fā)時(shí)，天下著毛毛細(xì)雨，路比較滑，有較大的霧，大客車在隧道中超過(guò)貨車后，車速太快，出洞口后出現(xiàn)打滑，駕駛員試圖踩剎車控制車輛，但反而造成客車單邊，致使最終墜落橋下。

驚魂未定的貨車司機(jī)告訴大家，大客車在快出香山隧道口時(shí)，將他的車超過(guò)。出洞口后，由于地面比較濕滑，加之大客車車速較快，在出洞口后不到50米，客車就開(kāi)始在路面上左右晃動(dòng)。緊接著，客車突然從右側(cè)的行車道沖到了大橋左側(cè)。重慶黔江特大車禍原因

05.4.19重慶黔江車禍圖1.路面干濕程度的影響路面越濕，最大側(cè)偏力越小。2.薄水層的影響路面有薄水層時(shí)，輪胎可能會(huì)完全失去側(cè)偏力，這稱為“滑水”現(xiàn)象。

路面對(duì)側(cè)偏特性的影響

干濕路面對(duì)側(cè)偏特性的影響(圖）

滑水現(xiàn)象(圖)

2004.8.31寶馬滑水事故四、回正力矩

因主銷后頃產(chǎn)生的回正力矩(圖)

輪胎不對(duì)稱受力產(chǎn)生的回正力矩(圖)

因側(cè)向反力不對(duì)稱產(chǎn)生的回正力矩(圖)

回正力矩-側(cè)偏角特性(圖)

切向反力對(duì)回正力矩的影響(圖)五、有外傾角時(shí)的輪胎滾動(dòng)

外傾角與外傾側(cè)向力(圖)*車橋因載荷變形*汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的離心力*路面傾斜*前輪定位參數(shù)的需要輪胎外傾角及產(chǎn)生的原因

外傾側(cè)向力與外傾角的關(guān)系

外傾側(cè)向力

式中：為外傾側(cè)向力，它是側(cè)偏角為零、外傾角為時(shí)的地面?zhèn)认蚍戳?。為輪胎外傾角，它為正時(shí)為負(fù)。

為外傾剛度。外傾側(cè)向力是輪胎有外傾角但仍沿x方向前進(jìn)時(shí)地面對(duì)輪胎產(chǎn)生的側(cè)向反力。

有外傾角時(shí)的輪胎側(cè)偏特性*小側(cè)偏角時(shí)不同外傾角對(duì)應(yīng)的側(cè)偏剛度不變；*側(cè)偏角為零、外傾角不為零時(shí)的地面?zhèn)认蛄礊橥鈨A側(cè)向力(圖c中各外傾角曲與y軸交點(diǎn)上的值)。*側(cè)偏角不為零、外傾角為零時(shí)的地面?zhèn)认蛄礊閭?cè)偏力(圖c中0外傾角曲線上的值)。*側(cè)偏角和外傾角都不為零且側(cè)偏角較小時(shí)：（5-3）

有外傾角時(shí)的輪胎側(cè)偏特性(圖)

外傾角對(duì)操穩(wěn)性的影響

外傾角增大會(huì)影響最大地面?zhèn)认蚍戳?，降低極限側(cè)向加速度。故高速汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)應(yīng)使前外輪盡量垂直于地面（圖5-48

）。

外傾回正力矩(圖)

外傾回正力矩產(chǎn)生的原因(圖)滑轉(zhuǎn)r>u滑移r<u

輪胎特性參數(shù)的正負(fù)規(guī)定(圖)第三節(jié)線性二自由度汽車模型對(duì)前輪角輸入的響應(yīng)一、線性二自由度汽車模型的運(yùn)動(dòng)方程

1.汽車模型的簡(jiǎn)化*忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響，直接以前輪轉(zhuǎn)角為輸入。*不考慮振動(dòng)、側(cè)傾、俯仰運(yùn)動(dòng)，認(rèn)為汽車只作平行于地面的運(yùn)動(dòng)；*不考慮輪胎切向力、外傾角、空氣阻力的影響；*忽略左右輪胎載荷變化引起的側(cè)偏特性變化；*忽略輪胎回正力矩；*認(rèn)為輪胎側(cè)偏特性處于線性范圍；*認(rèn)為汽車沿x軸速度不變。

2.汽車平面運(yùn)動(dòng)方程式中：ax，ay：汽車質(zhì)心絕對(duì)加速度在車輛坐標(biāo)系x、y軸上的投影；u，v：汽車質(zhì)心絕對(duì)速度在車輛坐標(biāo)系x、y軸上的投影；r

：汽車橫擺角速度。

汽車坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)

汽車平面運(yùn)動(dòng)方程（續(xù)1）式中：Fx

，F(xiàn)y為作用在汽車質(zhì)心上的外力合力在x、y

軸上的投影。

Mz為繞汽車Z軸的外力矩。上述微分方程待求的兩個(gè)時(shí)間函數(shù)為v，r

。方程數(shù)多一個(gè)，故僅考慮第2、3個(gè)方程即可。根據(jù)牛頓定律

汽車平面運(yùn)動(dòng)方程（續(xù)2）式中：k1，k2為前后輪胎側(cè)偏剛度（已知）；

1，2為前后輪胎側(cè)偏角(未知)；

a，b為汽車前后軸到質(zhì)心的水平距離(已知)。汽車受到的y向外力和繞z軸的外力矩為（5-7）二自由度汽車模型（圖5-22）

汽車平面運(yùn)動(dòng)方程（續(xù)3）式中：k1，k2為前后輪胎側(cè)偏剛度（已知）；

1，2為前后輪胎側(cè)偏角(未知)；

a，b為汽車前后軸到質(zhì)心的水平距離(已知)。根據(jù)(5-4)和(5-7)，有

汽車平面運(yùn)動(dòng)方程（續(xù)4）式中：為前輪轉(zhuǎn)角（已知）；

（ksai）為前輪速度與x軸夾角(未知)。根據(jù)圖5-22，有（a）

汽車平面運(yùn)動(dòng)方程（續(xù)5）式中：u，v為汽車質(zhì)心速度在x,y軸上的分量；

u1x，v1y為前輪輪心速度在x,y軸上的分量為前輪速度與x軸夾角(現(xiàn)在已知)。根據(jù)圖5-22，有

汽車平面運(yùn)動(dòng)方程（續(xù)6）同理，根據(jù)（a）(b)式，有代到續(xù)3式，整理得（5-8）

汽車平面運(yùn)動(dòng)方程（續(xù)7）式中v和r為待求的時(shí)間函數(shù)。

汽車平面運(yùn)動(dòng)方程為（5-9）二、汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)消去v后，得：穩(wěn)態(tài)下汽車平面運(yùn)動(dòng)方程為（5-10）

1.穩(wěn)態(tài)響應(yīng)

—穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，也叫轉(zhuǎn)向靈敏度；

K—穩(wěn)定性因數(shù)（s2/m2）；r—橫擺角速度；

u—車速；δ—前輪轉(zhuǎn)角；

m—汽車質(zhì)量；L---軸距；

a，b—汽車質(zhì)心到前后軸的距離；

k1，k2—前后輪側(cè)偏剛度。(5-11)(5-12)式中

汽車中性轉(zhuǎn)向

K=0時(shí)，汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為中性轉(zhuǎn)向。這時(shí)，

即轉(zhuǎn)向半徑，因此，中性轉(zhuǎn)向汽車加速時(shí)，轉(zhuǎn)向半徑不變。這也是任何汽車極低速行駛時(shí)的結(jié)果，理由見(jiàn)圖5-25。

輪胎無(wú)側(cè)偏時(shí)的運(yùn)動(dòng)(圖5-25)

汽車不足轉(zhuǎn)向K>0稱為不足轉(zhuǎn)向。不足轉(zhuǎn)向汽車加速時(shí)，和中性轉(zhuǎn)向時(shí)比，根據(jù)穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益較小，即r較小。但因R=，故不足轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)向半徑隨車速增大而增大。

特征車速

Uch是不足轉(zhuǎn)向汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益最大時(shí)的車速，稱為特征車速。

汽車過(guò)多轉(zhuǎn)向

K<0稱為過(guò)多轉(zhuǎn)向。過(guò)多轉(zhuǎn)向汽車加速時(shí)，和中性轉(zhuǎn)向相比，根據(jù)（5-11）,

穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益較大，但R=u/r，故轉(zhuǎn)向半徑隨車速增大而減小。顯然，當(dāng)（臨界車速）時(shí)，。這時(shí)較小的前輪轉(zhuǎn)角都會(huì)導(dǎo)致激轉(zhuǎn)而翻車。為了保持良好的操縱穩(wěn)定性，汽車都應(yīng)當(dāng)具有適度的不足轉(zhuǎn)向。

三種穩(wěn)態(tài)響應(yīng)(圖5-2)

汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益曲線

影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素(1)

胎壓的影響：說(shuō)明書(shū)上標(biāo)注輪胎氣壓是在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上兼顧操縱穩(wěn)定性、輪胎耐久性、制動(dòng)性而確定的。以規(guī)定的氣壓為基準(zhǔn)，如果前輪氣壓增高，后輪氣壓降低，會(huì)導(dǎo)致前輪側(cè)偏剛度k1增大，后輪側(cè)偏剛度k2降低，根據(jù)(5-12)式，穩(wěn)定性因數(shù)K會(huì)減小。如果增減的氣壓過(guò)大，穩(wěn)定性因數(shù)甚至?xí)恼底優(yōu)樨?fù)值（汽車從正常的適度不足轉(zhuǎn)向變?yōu)槲ｋU(xiǎn)的過(guò)多轉(zhuǎn)向）。

影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素(1)

為了防止備胎長(zhǎng)時(shí)間存放產(chǎn)生變形，廠家規(guī)定其氣壓很大，如有的廠家規(guī)定大備胎（和正常使用的輪胎規(guī)格相同）氣壓為350kpa，因此更換備胎后應(yīng)當(dāng)把氣壓放到正常使用值。如果不放氣就上高速，特別是備胎在前時(shí)，危險(xiǎn)就來(lái)了。因此應(yīng)把氣壓表放在車上備用。

胎壓不正確引起的車禍

胎壓不正確引起的車禍

北斗星面包車以約80km/h在中間車道行駛，前后左右均無(wú)其他車輛，在僅微幅轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)的情況下，汽車突然猛地向左轉(zhuǎn)向。駕駛員大驚，急剎車并向右大幅轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，導(dǎo)致在無(wú)任何碰撞的情況下翻車。經(jīng)事后鑒定機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)，該車方向盤(pán)的自由轉(zhuǎn)動(dòng)量極小，轉(zhuǎn)向拉桿及球銷無(wú)松曠現(xiàn)象。制造廠規(guī)定輪胎氣壓前后輪均為200kPa，而實(shí)際氣壓為兩前輪為250kPa，兩后輪200kPa。

影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素(2)輪胎結(jié)構(gòu)的影響子午線胎比斜交胎側(cè)偏剛度高。扁平比（=輪胎高度H/寬度B）小的輪胎側(cè)偏剛度大。前輪側(cè)偏剛度增大，則不足轉(zhuǎn)向減小。后輪側(cè)偏剛度增大，則不足轉(zhuǎn)向增加。

輪胎混裝根據(jù)前述公式，前輪側(cè)偏剛度k1增大，后輪側(cè)偏剛度k2降低，穩(wěn)定性因數(shù)K會(huì)減小或變?yōu)樨?fù)值。因此可以得出結(jié)論：混裝方式為前輪子午胎后輪斜交胎、或前輪寬胎后輪窄胎、或前輪大胎后輪小胎是危險(xiǎn)的，而相反的混裝是可以的（但不提倡）。概述中提到的帕杰羅車禍正是因輪胎混裝而引起的。

輪胎混裝

如行車中輪胎損壞換用了小備胎，這也是輪胎混裝，而且是同軸輪胎混裝。小備胎注明的最高限速是80km/h，但這不是說(shuō)就可以放心大膽地以此車速持續(xù)行駛。危險(xiǎn)來(lái)自兩方面：因混裝的同軸輪胎附著系數(shù)不等，制動(dòng)時(shí)很可能甩尾；另一個(gè)危險(xiǎn)就是穩(wěn)定性因數(shù)的改變。這種備胎小而窄，側(cè)偏剛度大幅降低，裝在后面會(huì)使穩(wěn)定性因數(shù)大幅下降，這時(shí)以80km/h行駛是很不安全的。

輪胎混裝的要求

表中數(shù)字為扁平率

影響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的因素(3)汽車質(zhì)心位置的影響根據(jù)(5-12)式，質(zhì)心靠后，a增大，b減小，K減?。╧1，

k2

為負(fù)），故不足轉(zhuǎn)向減小。質(zhì)心靠后引起的車禍某單位的尼桑車后部裝了沉重的發(fā)電機(jī)（上路執(zhí)法時(shí)為其上的大型顯示屏供電），質(zhì)心顯著后移。更糟的是后輪氣壓不足。在這兩個(gè)不利因素共同作用下，車子在高速路上失控與貨車發(fā)生刮擦并與護(hù)欄猛烈相撞而翻車。質(zhì)心靠后引起的車禍

一些實(shí)際數(shù)據(jù)見(jiàn)P119-120三、

幾個(gè)表征穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的參數(shù)

1.前后側(cè)偏角絕對(duì)值之差如果不知道輪胎側(cè)偏剛度和汽車其他參數(shù)，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)判斷汽車穩(wěn)態(tài)特性。測(cè)出前后側(cè)偏角絕對(duì)值之差，即可求出穩(wěn)定性因數(shù)K來(lái)。從(5-12)并注意到，有：

1.前后側(cè)偏角絕對(duì)值之差（續(xù)）因ay為正時(shí)，F(xiàn)y1，F(xiàn)y2為正，1，2為負(fù)。ay為負(fù)時(shí)，F(xiàn)y1，F(xiàn)y2為負(fù)，1，2為正。故故>0時(shí)，K>0不足轉(zhuǎn)向<0時(shí)，K<0過(guò)多轉(zhuǎn)向=0時(shí)，K=0中性轉(zhuǎn)向圖5-27a圖表示了前后側(cè)偏角之差和側(cè)向加速度的理論關(guān)系，b圖為實(shí)測(cè)值。

1.前后側(cè)偏角絕對(duì)值之差（續(xù)2）

圖5-27b表明，當(dāng)側(cè)向加速度大于0.3-0.4g后，前后側(cè)偏角之差和側(cè)向加速度一般進(jìn)入非線性區(qū)域。在大側(cè)向加速度下，許多汽車穩(wěn)態(tài)特性發(fā)生顯著變化。

1.前后側(cè)偏角絕對(duì)值之差（續(xù)3）

前后側(cè)偏角之差與轉(zhuǎn)向半徑的關(guān)系注意到從(5-11)，有把(5-13)代入，有得到前后側(cè)偏角絕對(duì)值之差與轉(zhuǎn)向半徑的關(guān)系：

2.轉(zhuǎn)向半徑比

此即車速為u時(shí)的轉(zhuǎn)向半徑R與初始半徑（車速極低時(shí)的轉(zhuǎn)向半徑）R0之比。根據(jù)穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益公式(5-11)，有：

2.轉(zhuǎn)向半徑比（續(xù)）顯然有：若R>R0

時(shí)，K>0不足轉(zhuǎn)向若R=R0

時(shí)，K=0中性轉(zhuǎn)向若R<R0

時(shí)，K<0過(guò)多轉(zhuǎn)向

2.轉(zhuǎn)向半徑比（圖5-28）

2.轉(zhuǎn)向半徑比（續(xù)2）圖5-28a是按(5-16)計(jì)算的理論值，橫坐標(biāo)為u2。b圖是實(shí)測(cè)值，橫坐標(biāo)為ay,二者不一致。R/R0和ay的關(guān)系為：

3.靜態(tài)貯備系數(shù)

1）中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)及其位置的確定從(5-13)可知，如前后輪側(cè)偏角相等，則K=0。

設(shè)想汽車質(zhì)心逐漸移動(dòng)，轉(zhuǎn)向時(shí)前后輪產(chǎn)生的側(cè)向力分配將逐漸變化，側(cè)偏角也相應(yīng)變化。如果前后輪產(chǎn)生同一側(cè)偏角，則其對(duì)應(yīng)側(cè)向力的合力作用點(diǎn)（此時(shí)的質(zhì)心位置）稱為中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)。

3.中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)（圖5-29）

圖中c點(diǎn)是質(zhì)心位置，cn是中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)。汽車向右轉(zhuǎn)向。

3.靜態(tài)貯備系數(shù)（續(xù)2）

中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)到前輪中心的距離為：當(dāng)輪胎和軸距一定時(shí)，中性轉(zhuǎn)向點(diǎn)到前輪中心的距離便確定。

3.靜態(tài)貯備系數(shù)（續(xù)3）

注意到汽車作穩(wěn)態(tài)圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，橫擺角加速度為0，前后輪實(shí)際側(cè)偏力合力作用點(diǎn)即在質(zhì)心位置。如質(zhì)心在Cn前，前輪側(cè)偏力增大，側(cè)偏角增大；后輪側(cè)偏力減少，側(cè)偏角減少，即。如質(zhì)心在Cn后，。

3.靜態(tài)貯備系數(shù)（續(xù)4）

定義靜態(tài)貯備系數(shù)S.M為：當(dāng)a’=a時(shí)，汽車質(zhì)心和cn重合，S.M.=0,,K=0當(dāng)a’>a時(shí)，汽車質(zhì)心在cn前，S.M.>0,,K>0當(dāng)a<a’時(shí)，汽車質(zhì)心在cn后，S.M.<0,,K<0

3.靜態(tài)貯備系數(shù)（續(xù)5）

當(dāng)a’=a時(shí)，汽車質(zhì)心和cn重合，S.M.>0,

K=0,中性轉(zhuǎn)向當(dāng)a’>a時(shí)，汽車質(zhì)心在cn前，S.M.>0,K>0，不足轉(zhuǎn)向當(dāng)a<a’時(shí)，汽車質(zhì)心在cn后，S.M.<0,K<0，過(guò)多轉(zhuǎn)向

四、前輪角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(yīng)

1.瞬態(tài)響應(yīng)汽車平面運(yùn)動(dòng)方程為（5-9）消去V,并化簡(jiǎn)，方程變?yōu)?/p>

1.瞬態(tài)響應(yīng)（續(xù)）式中0、、B1、

B0是與車速u和汽車參數(shù)有關(guān)的常數(shù)，詳見(jiàn)p124。為輸入（前輪轉(zhuǎn)角），設(shè)其為階躍函數(shù)：

1.瞬態(tài)響應(yīng)（續(xù)2）其解為：只考慮t>0的情況，(5-21)變?yōu)椋?/p>

1.瞬態(tài)響應(yīng)（續(xù)3）(5-32)式中(5-11)

圖5-3

1.瞬態(tài)響應(yīng)（續(xù)4）

五、表征瞬態(tài)響應(yīng)的幾個(gè)參數(shù)(5-34)

1.波動(dòng)的固有頻率0小轎車的固有頻率f0(=0/2)在0.8-1.2Hz之間。固有頻率高些較好。圖5-36(5-35)

2.阻尼比小了超調(diào)量大，故大些較好。(5-36)

3.反應(yīng)時(shí)間

反應(yīng)時(shí)間指r第一次到達(dá)穩(wěn)定值的時(shí)間。小些較好。(5-37)

4.達(dá)到第1峰值的時(shí)間達(dá)到第1峰值的時(shí)間小些較好。

六、瞬態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定條件方程(5-20)對(duì)應(yīng)的齊次方程為對(duì)應(yīng)的特征方程為根為：(5-25)

六、瞬態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定條件（續(xù)）

方程穩(wěn)定性理論指出，(5-25)中s的實(shí)部如為正數(shù)，則方程(5-23)的解不穩(wěn)定，因?yàn)榻庵锌偸怯幸豁?xiàng)ereal(s)t存在?？梢宰C明，當(dāng)穩(wěn)定性因數(shù)K<0(過(guò)多轉(zhuǎn)向)且車速時(shí)，汽車瞬態(tài)響應(yīng)不穩(wěn)定。

七、小結(jié)第四節(jié)

汽車操縱穩(wěn)定性和懸架的關(guān)系前言

這里1，2等于Fy1/k1，F(xiàn)y2/k2。這里k1，k2是假定輪胎垂直載荷不變、外傾角為0、且側(cè)偏角較小時(shí)的側(cè)偏剛度，是一種簡(jiǎn)化的模型。實(shí)際上和許多其他因素有關(guān)：輪胎垂直載荷；外傾角；懸架導(dǎo)向桿系變形、車身側(cè)傾等。故汽車輪胎的實(shí)際總側(cè)偏角應(yīng)為：前言（續(xù)）=彈性側(cè)偏角（考慮了輪胎垂直載荷和外傾角）+車身側(cè)傾轉(zhuǎn)向角+懸架導(dǎo)向桿系變形轉(zhuǎn)向角。也就是說(shuō)，側(cè)偏角不但和輪胎特性與載荷有關(guān)，而且與汽車懸架、轉(zhuǎn)向系有關(guān)。1.汽車的側(cè)傾

1）車廂側(cè)傾軸車廂相對(duì)地面轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬時(shí)軸線稱為車廂側(cè)傾軸（圖5-42）。它與前后軸處的垂直斷面的交點(diǎn)稱為前、后側(cè)傾中心。它由懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)決定，可由圖解或?qū)嶒?yàn)求得。

圖解法原理

假定車廂不動(dòng)，地面相對(duì)車廂的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心即為側(cè)傾中心。先確定二車輪瞬時(shí)中心及它們接地點(diǎn)的速度方向。把地面看成一個(gè)剛體，根據(jù)二車輪接地點(diǎn)速度方向確定地面相對(duì)汽車運(yùn)動(dòng)的瞬心（即側(cè)傾中心）。

單橫臂獨(dú)立懸架上車廂的側(cè)傾中心

雙橫臂獨(dú)立懸架上車廂的側(cè)傾中心

雙橫臂獨(dú)立懸架

麥弗遜式獨(dú)立懸架圖（5.14題）

等效單橫臂懸架

以車輪相對(duì)車廂的運(yùn)動(dòng)瞬心為鉸接點(diǎn)的單橫臂懸架稱為原獨(dú)立懸架的等效單橫臂懸架。

2）懸架側(cè)傾角剛度

懸架側(cè)傾角剛度指車廂側(cè)傾時(shí)單位轉(zhuǎn)角下懸架系統(tǒng)給車廂的總彈性恢復(fù)力矩。式中

T--總彈性恢復(fù)力矩

r--車廂側(cè)傾角

懸架線剛度與等效彈簧

懸架線剛度指車輪保持在地面上，車廂作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，車廂單位位移下懸架給車廂的總彈性恢復(fù)力。該位移和恢復(fù)力均在車輪處度量。鋼板彈簧的懸架線剛度直接等于彈簧剛度。獨(dú)立懸架的線剛度則和其導(dǎo)向桿系有關(guān)，這是因?yàn)榇藭r(shí)車廂向下位移時(shí)，車廂受到的的總彈性恢復(fù)力不等于彈簧力。圖5-39

單橫臂懸架線剛度的計(jì)算

設(shè)車廂不動(dòng)，一個(gè)輪胎處向上的力扣除原平衡力后為,它引起的車輪垂直位移是st，彈簧垂直位移是ss。對(duì)應(yīng)的彈簧力增量為Q。由圖5-40可知，式中m是彈簧中心到橫臂鉸接點(diǎn)距離，n是橫臂長(zhǎng)。又故

單橫臂懸架線剛度的計(jì)算(續(xù))即一側(cè)懸架的線剛度為式中ks是彈簧實(shí)際剛度。整個(gè)懸架的線剛度為

單橫臂懸架線剛度的計(jì)算(續(xù)2)對(duì)更復(fù)雜的懸架，整個(gè)懸架的線剛度為式中ss

，st分別是彈簧和車輪處的虛位移。

圖5-40

用等效彈簧求懸架側(cè)傾角剛度

設(shè)懸架單側(cè)線剛度為,車廂的彈性恢復(fù)力矩為側(cè)傾角剛度為：圖5-41

汽車總的懸架側(cè)傾角剛度

汽車總的側(cè)傾角剛度=前后側(cè)傾角剛度+橫向穩(wěn)定桿角剛度。實(shí)際轎車的前側(cè)傾角剛度為300-1200Nm/(°)。后側(cè)傾角剛度為180-700Nm/(°)。

橫向穩(wěn)定桿

3）車廂側(cè)傾角

車廂側(cè)傾角指車廂繞側(cè)傾軸的轉(zhuǎn)角，它是影響汽車操縱穩(wěn)定性的一個(gè)重要參數(shù)。它也影響乘員感覺(jué)，車廂側(cè)傾角過(guò)大，乘員會(huì)很不舒適。過(guò)小則說(shuō)明側(cè)傾角過(guò)大，凸凹不平路面對(duì)汽車單邊沖擊很大，同時(shí)會(huì)影響駕駛員路感。

車廂側(cè)傾角（續(xù)）式中Mr是側(cè)傾力矩，K

r是懸架總的側(cè)傾角剛度。側(cè)傾力矩由下列三部分組成：（5-43）

懸掛質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩式中ay是側(cè)向加速度(g)，Gs是懸掛重量(N)。從圖(5-42)，F(xiàn)sy引起的側(cè)傾力矩為汽車作穩(wěn)態(tài)行駛時(shí)，懸掛質(zhì)量ms的離心力為式中h是懸掛質(zhì)心到側(cè)傾軸的距離。圖5-43

側(cè)傾后懸掛質(zhì)量重力引起的側(cè)傾力矩式中e是側(cè)傾后懸掛質(zhì)心偏移距離。從圖(5-43)，有

圖5-42

獨(dú)立懸架非懸掛質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩式中Fr是鉸鏈初的反作用力。對(duì)圖(5-44下)G點(diǎn)取力矩，有即圖5-44

獨(dú)立懸架非懸掛質(zhì)量離心力引起的側(cè)傾力矩（續(xù)）從圖(5-44上)，有故

車廂側(cè)傾角計(jì)算（5-43）式中Mr是側(cè)傾力矩，K

r是懸架總的側(cè)傾角剛度。2.垂直載荷重分配及對(duì)穩(wěn)態(tài)特性的影響

圖5-45

1)側(cè)頃時(shí)垂直載荷重分配式中略去推導(dǎo)，側(cè)頃時(shí)前左輪垂直載荷變化量為Fz1l—側(cè)頃時(shí)前左輪垂直載荷變化量Fsy—車廂上作用的離心力bs

—車廂質(zhì)心到后軸的水平距離

側(cè)頃時(shí)垂直載荷重分配(續(xù))L

—軸距h1—前側(cè)頃中心離地高度Kr1

—前懸架側(cè)頃角剛度Kr

—汽車總側(cè)頃角剛度Mr

—作用在車廂的外側(cè)頃力矩之和(P137)Fu1y—前簧下質(zhì)量產(chǎn)生的離心力hu1—前簧下質(zhì)心離地高度B1

—前輪距

側(cè)頃時(shí)垂直載荷重分配(續(xù)2)

從上式可知，車廂作用的離心力越大(Fsy大)，或質(zhì)心越靠前(bs

大)，或前側(cè)頃中心越高(h1大)，或前懸架側(cè)頃角剛度占總側(cè)頃角剛度比例越高(Kr1

/Kr大)，或前輪距越小，則前左輪垂直載荷變化量就越大。

側(cè)頃時(shí)垂直載荷重分配(續(xù)3)

對(duì)前右輪，有：Fz1r=-Fz1l

2)側(cè)頃時(shí)垂直載荷變動(dòng)對(duì)側(cè)偏剛度和穩(wěn)態(tài)特性的影響

無(wú)側(cè)向力時(shí)，左右輪垂直載荷W0都對(duì)應(yīng)于側(cè)偏剛度k0，左右輪側(cè)偏角都為：，式中Fy為左右輪側(cè)偏力之和。汽車轉(zhuǎn)彎受到側(cè)向力時(shí)，設(shè)左右輪垂直載荷變化為W，內(nèi)外輪的側(cè)偏剛度分別為kl，kr。但內(nèi)外輪的側(cè)偏角相同，內(nèi)外輪受到的側(cè)向力之和為

側(cè)頃時(shí)垂直載荷變動(dòng)對(duì)側(cè)偏剛度和穩(wěn)態(tài)特性的影響(續(xù))

式中是左右輪垂直載荷變動(dòng)時(shí)的平均側(cè)偏剛度。從圖5-46可知，

圖5-46

懸架角剛度對(duì)穩(wěn)態(tài)特性的影響

增加前懸架角剛度或減少后懸架角剛度，會(huì)使前輪垂直載荷變化量增大，從而增加汽車不足轉(zhuǎn)向。

側(cè)頃時(shí)垂直載荷變動(dòng)對(duì)側(cè)偏剛度和穩(wěn)態(tài)特性的影響(續(xù)2)K增大，不足轉(zhuǎn)向量增大。反之，如左右后輪垂直載荷變動(dòng)較大時(shí)，則|k2|減少，K減少，不足轉(zhuǎn)向量減少。

因此，左右前輪垂直載荷變動(dòng)較大（例如前側(cè)頃角剛度較大）時(shí)，則|k1|(這里|k1|即上式中的)減少，根據(jù)3.車廂側(cè)傾引起的車輪外傾

1）有車輪外傾時(shí)的側(cè)偏角（5-3）

FY是側(cè)偏力，F(xiàn)Y是外傾側(cè)向力這是有車輪外傾時(shí)的側(cè)偏角。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，如車輪外傾方向與轉(zhuǎn)彎方向（即側(cè)向反力方向）一致時(shí)，絕對(duì)值減少。如車輪外傾方向與轉(zhuǎn)彎方向相反時(shí)，絕對(duì)值增加。

2）車輪外傾角的確定

要保持高的極限性能，急速轉(zhuǎn)彎時(shí)承受大部分垂直載荷的外側(cè)車輪應(yīng)盡量垂直地面。車輪外傾角由車輪相對(duì)于車廂的外傾角1和車廂相對(duì)于地面的側(cè)傾角r合成。假設(shè)車廂不動(dòng)，地面以反方向轉(zhuǎn)過(guò)一角度r。這時(shí)根據(jù)懸架導(dǎo)向桿系運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，求出車輪與車廂的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度1

。然后讓地面和汽車同時(shí)轉(zhuǎn)回到地面水平位置，這樣便可確定車輪外傾角的值。圖5-47圖5-484.

側(cè)傾轉(zhuǎn)向

車廂側(cè)傾引起的車輪轉(zhuǎn)向稱為側(cè)傾轉(zhuǎn)向，或稱軸轉(zhuǎn)向。側(cè)傾轉(zhuǎn)向會(huì)增加或減少不足轉(zhuǎn)向量。

圖（5-49）說(shuō)明了后軸轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向量增減的關(guān)系。雪鐵龍具有的“后軸隨動(dòng)轉(zhuǎn)向”技術(shù)即是為了轉(zhuǎn)向時(shí)增加不足轉(zhuǎn)向量（見(jiàn)有關(guān)文章）。

圖5-49圖5-50外側(cè)懸架壓縮時(shí)，前束減為負(fù)值，車輪向外轉(zhuǎn)。內(nèi)側(cè)懸架拉伸，前束增加，車輪向汽車中心轉(zhuǎn)。該車側(cè)傾轉(zhuǎn)向引起了不足轉(zhuǎn)向的增加。5.

變形轉(zhuǎn)向懸架導(dǎo)向裝置變形引起的車輪轉(zhuǎn)向稱為變形轉(zhuǎn)向。圖5-52前后向右轉(zhuǎn)彎

多桿式獨(dú)立懸架圖5-53圖5-54第五節(jié)操縱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向系的關(guān)系1.側(cè)傾時(shí)轉(zhuǎn)向系和懸架的運(yùn)動(dòng)干涉的關(guān)系

轉(zhuǎn)向系簡(jiǎn)圖

圖5-61

懸架變形時(shí)，轉(zhuǎn)向節(jié)球銷c將繞o1點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)主銷繞o2點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，造成額外的輪轉(zhuǎn)向。右轉(zhuǎn)彎時(shí)，外側(cè)左懸架壓縮，車輪向左轉(zhuǎn)，增加了不足轉(zhuǎn)向。2.轉(zhuǎn)向系剛度和轉(zhuǎn)向輪的變形轉(zhuǎn)向

轉(zhuǎn)向系剛度低，前輪變形轉(zhuǎn)向角大，增加不足轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向系剛度高，前輪變形轉(zhuǎn)向角小，不足轉(zhuǎn)向增加量?。▓D5-54）。但轉(zhuǎn)向系剛度低不僅路感不好，還可能造成前輪擺振。第六節(jié)操縱穩(wěn)定性和傳動(dòng)系的關(guān)系

一.

地面切向反力與轉(zhuǎn)向特性的關(guān)系以前驅(qū)車為例彎道加速時(shí)，載荷向后軸轉(zhuǎn)移。故前軸側(cè)偏剛度減少，后軸側(cè)偏剛度增加。根據(jù)

汽車不足轉(zhuǎn)向量增加。一.

地面切向反力與轉(zhuǎn)向特性的關(guān)系(續(xù)1)2.加速時(shí)，因驅(qū)動(dòng)力增加，根據(jù)圖5-12，為了提供要求的側(cè)偏力，前輪側(cè)偏角就要增大，不足轉(zhuǎn)向量增加。3.受半軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用，前驅(qū)車會(huì)產(chǎn)生變形不足轉(zhuǎn)向。4.驅(qū)動(dòng)力增加時(shí)回正力矩增大，也增大不足轉(zhuǎn)向。一.

地面切向反力與轉(zhuǎn)向特性的關(guān)系(續(xù)2)當(dāng)前驅(qū)車用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，上述1，3，4項(xiàng)的影響會(huì)增大過(guò)多轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)彎時(shí)且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)突然松油門(mén)，是比較危險(xiǎn)的。這時(shí)汽車有“卷入”（Tuckin）的可能。一.

地面切向反力與轉(zhuǎn)向特性的關(guān)系(續(xù)3)當(dāng)后驅(qū)車用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)力增大了后軸側(cè)偏角，增大了過(guò)多轉(zhuǎn)向，也有“卷入”現(xiàn)象。第七節(jié)提高操縱穩(wěn)定性的電子控制系統(tǒng)

TCS系統(tǒng)

TCS是TractionControlSystem（驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)）的縮寫(xiě)。TCS經(jīng)常直接與ABS共用同一個(gè)系統(tǒng)。ABS控制4個(gè)輪，而TCS只控制驅(qū)動(dòng)輪，原理與ASR系統(tǒng)相同。當(dāng)汽車加速時(shí)，TCS將滑動(dòng)控制在一定的范圍內(nèi)，從而防止驅(qū)動(dòng)輪快速滑動(dòng)。以提高牽引力和保持車輛行駛穩(wěn)定性。

TCS、ASR可以最大限度利用發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩，保證車輛起動(dòng)、轉(zhuǎn)向和加速過(guò)程中的穩(wěn)定性能。此外，還能減小車輪磨損和燃油消耗。任何一部擁有TCS的車都會(huì)同時(shí)有ABS系統(tǒng)。

EBD系統(tǒng)

單純的ABS功能只是防抱死，僅對(duì)所控制的車輪孤立地工作。如果汽車的兩側(cè)車輪在不同的路面行駛(例如右側(cè)車輪在冰上，左側(cè)在干路上)

，右側(cè)附著力小，ABS就會(huì)啟動(dòng)，而左側(cè)不會(huì)啟動(dòng)，這時(shí)兩側(cè)的制動(dòng)力不同，汽車會(huì)側(cè)滑。

EBD系統(tǒng)(續(xù))

EBD系統(tǒng)(續(xù))

EBD

綜合控制4輪ABS，兩側(cè)的制動(dòng)力不同時(shí)，強(qiáng)制減小制動(dòng)力大的一側(cè)制動(dòng)力，配合另一側(cè)的ABS，令汽車兩側(cè)的制動(dòng)力相同。所以EBD對(duì)防側(cè)滑有一定作用。EBD是ABS軟件上的升級(jí)，不涉及硬件的增加。

ESP系統(tǒng)

電子穩(wěn)定程序系統(tǒng)(ElectricStabilityProgram)簡(jiǎn)稱ESP。沃爾沃稱其為DSTC，寶馬稱其為DSC，凌志稱其為VSC。

ESP的傳感器

轉(zhuǎn)向角傳感器:

記錄方向盤(pán)位置。輪速傳感器:

測(cè)量輪速。橫擺角速度傳感器:

居于ESP系統(tǒng)的核心，它記錄繞車輛繞垂直軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。高靈敏度的側(cè)向加速度傳感器:

測(cè)量車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)所產(chǎn)生的離心力。

ESP系統(tǒng)作用原理

ESP系統(tǒng)的作用原理如下：期望橫擺角速度是理想穩(wěn)定行駛狀態(tài)下汽車橫擺角速度。通過(guò)測(cè)量前輪轉(zhuǎn)向角、側(cè)向加速度及車速等參數(shù)由ECU計(jì)算給出。當(dāng)前的實(shí)際橫擺角速度由橫擺角速度傳感器直接提供。期望值與實(shí)際值的差就反映了實(shí)際行駛狀態(tài)與理想狀態(tài)的偏離程度。根據(jù)這個(gè)差值以及實(shí)際橫擺角速度和前輪轉(zhuǎn)向角，控制單元將作出汽車是過(guò)度轉(zhuǎn)向還是不足轉(zhuǎn)向的判斷。

ESP對(duì)過(guò)多轉(zhuǎn)向的控制1.一旦出現(xiàn)過(guò)多轉(zhuǎn)向，驅(qū)動(dòng)力分配系統(tǒng)就降低驅(qū)動(dòng)力（后驅(qū)），根據(jù)附著橢圓的原理，這提高了其側(cè)向附著力，從而產(chǎn)生一個(gè)與過(guò)多轉(zhuǎn)向相反的橫擺力矩。2.位于彎道外側(cè)的非驅(qū)動(dòng)前輪開(kāi)始時(shí)幾乎不滑動(dòng)，若僅依靠動(dòng)力分配系統(tǒng)還不能制止開(kāi)始發(fā)生的不穩(wěn)定狀態(tài)，控制系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)該前輪實(shí)施瞬時(shí)制動(dòng)，導(dǎo)致該車輪受到的側(cè)向力迅速減少而縱向制動(dòng)力迅速增大，于是也產(chǎn)生一個(gè)與橫擺方向相反的橫擺力矩。

ESP對(duì)過(guò)多轉(zhuǎn)向的控制（續(xù)）3.此時(shí)由于對(duì)一個(gè)前輪制動(dòng)，車速也會(huì)降低，從而獲得了一個(gè)附帶產(chǎn)生的有利穩(wěn)定性的因素。

ESP對(duì)過(guò)多轉(zhuǎn)向的控制（圖）

ESP對(duì)不足轉(zhuǎn)向的控制

1.

一旦ESP判定汽車具有較大的不足轉(zhuǎn)向傾向，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)位于彎道內(nèi)側(cè)的后輪實(shí)施瞬時(shí)制動(dòng)，導(dǎo)致該車輪受到的縱向制動(dòng)力迅速增大而側(cè)向力迅速減少，于是產(chǎn)生了一個(gè)與橫擺方向相同的橫擺力矩。

ESP對(duì)不足轉(zhuǎn)向的控制(續(xù))

2.此外還有兩個(gè)減少不足轉(zhuǎn)向的因素。首先，由于制動(dòng)而使車速降低；其次，由于差速器的作用，對(duì)內(nèi)側(cè)后輪制動(dòng)從而導(dǎo)致外側(cè)后輪被加速，即外側(cè)后輪受到的驅(qū)動(dòng)力增加而側(cè)向力減少，于是產(chǎn)生了又一個(gè)所期望的橫擺力矩。

ESP對(duì)不足轉(zhuǎn)向的控制（圖）

ESP的控制1（圖）

ESP的控制2（圖）

ESP的控制3（圖）

ESP的控制4（圖）

ESP的三大特點(diǎn)

1.實(shí)時(shí)監(jiān)控：ESP能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控駕駛者的操控動(dòng)作、路面反應(yīng)、汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并不斷向發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令。

2.主動(dòng)干預(yù)：ABS對(duì)只干預(yù)制動(dòng)，不能調(diào)控發(fā)動(dòng)機(jī)。ESP則可以通過(guò)調(diào)控發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并調(diào)整每個(gè)輪子的驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力，來(lái)修正汽車的過(guò)度轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向不足。

3.事先提醒：當(dāng)駕駛者操作不當(dāng)或路面異常時(shí)，ESP會(huì)用警告燈警示駕駛者。

BAS─制動(dòng)輔助系統(tǒng)

調(diào)查顯示，有90%的駕駛員緊急情況剎車時(shí)不果斷。當(dāng)駕駛員迅速踩下制動(dòng)踏板但力度不足時(shí)，BAS便會(huì)啟動(dòng)，啟動(dòng)ABS，并在不足1秒的時(shí)間內(nèi)把制動(dòng)力增至最大，從而縮短緊急制動(dòng)距離。

圖5-66第八節(jié)汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)1.低速轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)2.穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性試驗(yàn)3.瞬態(tài)橫擺響應(yīng)試驗(yàn)4.汽車回正能力試驗(yàn)

測(cè)力方向盤(pán)（圖）

雙扭線（圖）

方向盤(pán)轉(zhuǎn)角-轉(zhuǎn)矩曲線（圖）第六章汽車平順性第一節(jié)人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)和平順性的評(píng)價(jià)

振動(dòng)損害健康

平順性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)ISO2631-1:1997(E)《人體承受全身振動(dòng)評(píng)價(jià)——第一部分：一般要求》GB/T4970-1996《汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法》振動(dòng)方向和位置

ISOISO2631-1規(guī)定，舒適性評(píng)價(jià)時(shí)，考慮座椅支承處的3個(gè)線振動(dòng)和3個(gè)角振動(dòng)，靠背和腳支承處各3個(gè)線振動(dòng)，共12個(gè)軸向振動(dòng)。健康影響評(píng)價(jià)時(shí)，僅考慮座椅支承處的3個(gè)線振動(dòng)xs、ys、zs。

人體坐姿受振模型（圖）

平順性名詞解釋(1)（1）軸加權(quán)系數(shù)對(duì)不同方向振動(dòng)，人體敏感度不一樣。該標(biāo)準(zhǔn)用軸加權(quán)系數(shù)描述這種敏感度。見(jiàn)表6-1。（2）頻率加權(quán)系數(shù)對(duì)不同頻率的振動(dòng)，人體敏感度也不一樣。例如，人體內(nèi)臟在椅面z向振動(dòng)4-8Hz發(fā)生共振，8-12.5Hz對(duì)脊椎影響大。椅面水平振動(dòng)敏感范圍在0.5-2Hz。標(biāo)準(zhǔn)用頻率加權(quán)函數(shù)w描述這種敏感度。見(jiàn)（6-1）式下方定義。

表6-1

平順性名詞解釋(2)頻率加權(quán)濾波網(wǎng)絡(luò)aw(t)a(t)(3)均方根值a(t)是測(cè)試的加速度時(shí)間信號(hào)。(4)加權(quán)均方根值（6-1）aw(t)是通過(guò)頻率加權(quán)函數(shù)濾波網(wǎng)絡(luò)后得到的加速度時(shí)間信號(hào)。頻率加權(quán)函數(shù)見(jiàn)p172。

頻率加權(quán)系數(shù)椅面x,y向和靠背y向：椅面z向：

靠背x向：

平順性評(píng)價(jià)方法1）

按加速度加權(quán)均方根值評(píng)價(jià)。樣本時(shí)間T一般取120s。2）同時(shí)考慮3個(gè)方向

3軸向xs、ys、zs振動(dòng)的總加權(quán)加速度均方根值為：

（6-3）

平順性評(píng)價(jià)方法3）加權(quán)振級(jí)

式中a0=10-6ms-2表6-2

平順性指標(biāo)和人的感覺(jué)間的關(guān)系第二節(jié)

路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性一、路面不平度的功率譜密度1.x(t)功率譜密度Gx(f)的意義

Gx(f)表示x(t)的平均功率E[x2(t)]在頻率域的分布。2.路面不平度q(I)的功率譜密度Gq(n)的意義

Gq(n)表示.路面不平度q2(I)的平均值E[q2(I)]的空間頻率分布。

路面不平度的功率譜密度(續(xù))3.路面不平度的功率譜密度式中

n—空間頻率，m-1

n0—0.1m-1

Gq(n0)—路面不平度系數(shù)(m2/m-1)

w—頻率指數(shù)，一般取為2(6-4)路面不平度的分類標(biāo)準(zhǔn)

圖6-5二、路面空間頻率譜密度化為時(shí)間譜密度1.空間頻率與時(shí)間頻率的關(guān)系

f=un

這里n是空間頻率(每米波長(zhǎng)數(shù))。u是車速(m/s)，f是時(shí)間頻率(Hz,每秒波長(zhǎng)數(shù))。2.路面時(shí)間譜密度與空間頻率譜密度的關(guān)系(6-10)

路面空間頻率譜密度化為時(shí)間譜密度(續(xù))2.利用(6-4)，上式可化為(6-11)還可得到(6-12)(6-13)第三節(jié)汽車單自由度振動(dòng)

汽車單自由度振動(dòng)模型（圖）

汽車單自由度振動(dòng)方程（1）一、

令2n=C/m2，20=K/m2，齊次方程變?yōu)?/p>

（6-24）

汽車單自由度振動(dòng)方程（2）0稱為系統(tǒng)固有園頻率，定義阻尼比方程的解為

單自由度自由振動(dòng)衰減曲線（圖）

復(fù)振動(dòng)ReImtZ=AejwtjwtAcostAsint

復(fù)振動(dòng)歐拉公式：Z=Aejt=A(cost+jsint)

復(fù)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式為Z=a+jb

式中：a=Acost

b=AsintZ稱為復(fù)振動(dòng)，模為A=

幅角argZ=arctg(b/a)=t

實(shí)部=a=Acost

虛部=b=Asint。復(fù)振動(dòng)的實(shí)部或虛部都代表振動(dòng)。事先約定一個(gè)即可。

復(fù)振動(dòng)對(duì)簡(jiǎn)諧振動(dòng)，對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)形式為Z=Aej（t+）Z=Aej（t+）=Aejejt=ejt式中：=Aej為復(fù)振動(dòng)Z的復(fù)振幅。

頻率響應(yīng)設(shè)系統(tǒng)的輸入是F0ej(wt+),

輸出Xej(wt+)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)定義是：H()=輸出復(fù)振動(dòng)/輸入復(fù)振動(dòng)

==

=輸出復(fù)振幅/輸入復(fù)振幅注意X,F,,都是頻率的函數(shù)。

頻率響應(yīng)函數(shù)的特點(diǎn)(1).描述了定常線性系統(tǒng)（動(dòng)態(tài)特性）。是頻率的復(fù)函數(shù)。(2)系統(tǒng)所固有。(3)具有不同的形式，位移/力，速度/力，應(yīng)變/位移，電壓/加速度等等。(4)和輸入輸出的位置、方向等有關(guān)。(5)可通過(guò)理論計(jì)算或方便地通過(guò)測(cè)試得到。

頻率響應(yīng)函數(shù)的物理意義頻率響應(yīng)函數(shù)的模

=幅頻特性=|輸出復(fù)振動(dòng)/輸入復(fù)振動(dòng)|=|輸出復(fù)振幅/輸入復(fù)振幅|=輸出實(shí)振幅/輸入實(shí)振幅

即

頻率響應(yīng)函數(shù)的物理意義

頻率響應(yīng)函數(shù)的幅角=-=

頻響函數(shù)的測(cè)試

汽車單質(zhì)量系統(tǒng)頻響函數(shù)的推導(dǎo)令輸入復(fù)振動(dòng)為代到式中復(fù)振幅式中復(fù)振幅中，得

汽車單質(zhì)量系統(tǒng)頻響函數(shù)的推導(dǎo)(續(xù))令帶到上式，得（6-34）

汽車單質(zhì)量系統(tǒng)幅頻特性（6-34）的模（幅頻特性）為（6-35）（1）在0<0.75的低頻段，既不減振也不增振。阻尼比影響不大。（2）在0.75<的共振段，出現(xiàn)峰值，阻尼比大時(shí)峰值低。增振。（3）在>=的高頻段，=時(shí)=1。>時(shí)，<1。減振。阻尼比較小時(shí)衰減更多。

平順性分析的振動(dòng)響應(yīng)量1.車身振動(dòng)加速度2.懸架動(dòng)撓度（涉及限位行程、懸架擊穿）3.車輪與路面間的動(dòng)載荷

單質(zhì)量系統(tǒng)對(duì)路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)對(duì)單自由度系統(tǒng)，輸出功率譜=幅頻特性的平方輸入功率譜，即（6-37）式中x表示輸出，可以是車身加速度、懸架動(dòng)撓度f(wàn)d、車輪與路面間的動(dòng)載荷Fd。

單質(zhì)量系統(tǒng)對(duì)路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)(續(xù))方差2=均方值--均值2。在振動(dòng)均值為0時(shí)，方差2=均方值=（6-37）

圖6-15

車身加速度功率譜密度函數(shù)車身加速度功率譜密度函數(shù)用于：a.了解振動(dòng)加速度功率頻譜的分布。b.求加速度均方根值或加權(quán)均方根值[(6-2)式]評(píng)價(jià)汽車平順性。

車身加速度功率譜密度函數(shù)(續(xù)1)從（6-36）：式中頻響函數(shù)的輸入為道路不平度，但它的功率譜(6-11)式計(jì)算較復(fù)雜。為此改用道路不平度的速度（它為常數(shù)，6-12式）為輸入的頻響函數(shù)。這樣車身加速度功率譜密度函數(shù)為

車身加速度功率譜密度函數(shù)(續(xù)2)車身加速度均方根譜式中路面速度均方根譜來(lái)自(6-12)

=常量（白噪聲）(6-39)

(6-38)

車身加速度功率譜密度函數(shù)(續(xù)3)(6-40)式中（6-35）。

車身加速度功率譜密度函數(shù)(續(xù)4)當(dāng)=1時(shí)，（6-49）變?yōu)椋ü舱穹逯担┕逃蓄l率越低，峰值越低。此外，低頻段阻尼比越大，越小。高頻段阻尼比越大，越大。二者效果相反，須折衷。

車身加速度功率譜密度函數(shù)(續(xù)5)車身加速度均方根為結(jié)論：1）固有頻率越低，