汽车的操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度，也 是影响汽车安全性的重要因素之一。
汽车的操纵稳定性包括两个相互关联的部分，即操作性和稳 定性。
操纵性是汽车能够确切地响应驾驶员指令的能力。
稳定性是汽车抵抗改变其行驶方向的各种外界干扰(路面扰
动或风扰动)，并保持稳定行驶而不失去控制，甚至翻车或侧
滑的能力。
力越小。 ➢薄水层的影响
路面有薄水层时，轮 胎可能会完全失去侧偏 力，这称为“滑水”现 象。
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回 正 力 矩 TZ
载荷W
回 正 力 矩 TZ
赛车胎 子午线胎
斜交胎
侧偏角
回 正 力 矩 TZ
4~6 TZ 制动力 F b 4~6 TZ
驱动 FX或 力制F 动 bF 力 TZ 驱动 FX或 力制F 动 bF 力 TZ
式 中 ， kF称y 为k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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汽车理论
侧偏力与侧偏角的关系
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汽车理论
影响轮胎侧偏特性的主要因素
影响轮胎侧偏弹性的主要因素是： 轮胎结构参数 轮胎的使用参数 具体包括侧偏角、外倾角、垂直载荷、在接地印迹 上的分布、路面附着系数、轮胎的纵向滑移率等
种情况：
c
c
u
u
u′
Fy
Fy
△
FY lFz c
没有侧向滑移
u
c
有侧向滑移
FY lFz
图 有侧向力作用时刚性车轮的滚动
实际上：车轮都不是刚性的，车轮存在侧向弹性，因此，即

使侧向力Fy没有达到车轮与地面之间的附着极限，车轮的行驶
方向也将偏离车轮平面的方向，即发生侧偏现象。
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汽车理论
轮 胎 的 侧 偏 现 象
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汽车理论 车辆坐标系和汽车主要运动形式
沿X方向：纵向运动；绕x方向：侧倾运动； 沿Y方向：侧向运动；绕y方向：俯仰运动； 沿z方向：上下运动；绕z方向：横摆运动。
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汽车理论
汽车操纵稳定性评价方法
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汽车理论
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汽车理论
人--车闭环系统
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汽车理论
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。
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一定侧偏角下，驱动力
或制动力增加时，侧偏力
逐渐有所减小，这是由于 轮胎侧线弹性有所改变的
Fx
关系。当纵向力相当大时，
侧偏力显著下降，接近附
着极限时，切向力已耗去
大部分附着力，而侧向力
能利用的附着力很小。
FY Fb
或Fx
Fb
附着椭圆
FY
侧偏角 Fb或 Fx FY
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路面对侧偏特性的影响
➢路面干湿程度的影响 路面越湿，最大侧偏
二自由度汽车的运动微分方程：
(k1k2)u1(a1kb2k)r k1m(v ur) (a1kbk2)u1(a2k1b2k2)r a1kIz r
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汽车理论
2.1 二 自 由 度 汽 车 模 型
---前轮转角(车轮旋转
平面与汽车纵向的夹角)
a b ---汽车前后轴到质
心的水平距
-r --横摆角速度
---质心处的侧偏角
α1 α2---分别为汽车前、后 车轮上的侧偏角(车轮的旋
转平面与车轮行驶速度方向之 间的夹角)
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汽车理论
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汽车理论
具有侧向弹性的车轮在垂直载 荷的作用下，车轮中心受到侧向 力Fy，地面有相应的侧偏力Fy时 具有下面的两种情况：
车轮静止不滚动：轮胎胎面接 地印迹的中心线与轮胎平面分开 一个距离Δh，且平行。
车轮滚动：接地印迹的中心线
与轮胎平面错开，且有一夹角
(侧偏角)，此时，车轮沿接地印
迹的中心线方向滚动。
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汽车理论
驱动力 FX
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汽车理论
第二节
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汽车理论
汽车模型的简化
*忽略转向系统的影响，直接以前轮转角为输入。 *不考虑振动、侧倾、俯仰运动，认为汽车只作平行 于地面的运动； *不考虑轮胎切向力、外倾角、空气阻力的影响； *忽略左右轮胎载荷变化引起的侧偏特性变化； *忽略轮胎回正力矩； *认为轮胎侧偏特性处于线性范围； *认为汽车沿x轴速度不变。
轮胎不对称受力 产生的回正力矩
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回正力矩——绕OZ轴的力矩 Tz是使转向车轮回复到直线行驶位置的主要恢复力矩
之一，称为回正力矩。回正力矩是由接地面内分布的微元 侧向反力产生的。
Tz Fy e
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汽车理论
轮胎的侧偏特性
侧偏特性主要是阐述侧偏力、 回正力矩、侧偏角之间的关系。
在侧偏角<5时，侧偏力 和侧偏角成线性关系。这时，
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汽车理论
轮胎的侧偏现象
汽车在行驶中由于受转向、路面倾斜、风力等引 起的侧向力的作用，使轮心速度方向偏离车轮平面的 现象。
转向引起的侧向力总是指向汽车内侧。侧偏角总 是位于和侧偏力指向相反的一侧。
Fy
FY
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汽车理论
车轮中心沿Y轴方向若作用有侧向力Fy，相应地在地 面上产生地面侧向反作用力FY， FY也称为侧偏力。当有 地面侧向反作用力时，若车轮是刚性的，则可能发生两
➢ 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。
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汽车理论
第二节
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汽车理论
轮胎坐标系
地面作用在轮胎上的主要力和力矩：
沿x方向：地面切向反作用力(纵向力)Fx; 沿y方向：地面侧向反作用力(侧向力)Fy; 沿z方向：地面法向反作用力Fz; 绕x轴：翻转力矩Mx； 绕y轴：滚动阻力矩My； 绕z轴：回正力矩Mz；
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汽车理论 垂直载荷增大，k增大；但垂直载荷过大，轮胎与
地面接触区的压力变得极不均匀，k反而减小。
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汽车理论 轮胎形式和结构参数的影响 a. 子午线胎比斜交胎侧偏刚度高。 b. 扁平率（=轮胎高度H/宽度B）小的轮胎侧偏 刚度大。
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汽车理论 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，可能通过改变减少胎压改变稳态 试验结果。
汽车理论
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汽车理论
▪ 预备知识
汽车转向系的功能、 组成、构造及工作原 理。
▪ 中心思想
首先介绍操纵稳定性的 基本概念（评价指标、 轮胎侧偏特性），然后 分析线性二自由度的汽 车模型，最后介绍汽车 行驶时的侧翻和侧滑。
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汽车理论
第一节
3
汽车理论
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。