度在z轴上的分量——横摆角速度 r 等等（参看图5-1）
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2、汽车的时域响应可分为不随时间变化的稳态响应 和随时间变化的瞬态响应。汽车等速直线行驶是一种稳态， 给汽车以方向盘角阶跃输入，一般汽车经短暂时间后便进 入等速圆周行驶，这也是一种稳态，称为方向盘角阶跃输 入下进入的稳态响应。
在等速直线行驶与等速 圆周行驶这两个稳态运动之 间的过渡过程便是一种瞬态， 相应的瞬态运动响应称为方 向盘角阶跃输入下的瞬态响 应。
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三、人-汽车闭路系统
尽管试验得到的人-汽车闭路系统的性能真实地反映 了汽车的操纵稳定性能，但是由于进行试验的驾驶者的操 作特性起了反馈作用，所以客观性及再现性就不如开路系 统汽车的时域响应好。还应指出，人-汽车系统的操纵稳 定性只能在已具有实际车辆的条件下通过试验求得，目前 还不能做到通过理论分析与计算来进行准确的预测。所以， 在产品开发阶段，广泛应用的理论分析对象仍然只能是开 路系统汽车的时域响应。
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。
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图5-3上画出 了一辆等速行驶 汽车在t=0时,驾 驶员急速转动方 向盘至角度δsw0 并维持此转角不 变时的汽车瞬态 响应曲线
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汽车的瞬态响应，它具有如下几个特点： （1）时间上的滞后 （2）执行上的误差 （3）横摆角速度的波动 （4）进入稳态所经历的时间
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四、汽车试验的两种评价方法及时域响应与频率响应特 性的评价指标
汽车性能最后应通过试验来进行测定与评价。试验中 的性能评价有主观评价和客观评价两种方法。客观评价法 是通过测试仪器测出表征性能的物理量如横摆角速度、侧 向加速度、侧倾角及转向力等来评价操纵稳定性的方法。 主观评价法就是感觉评价，其方法是让试验评价人员，根 据试验时自己的感觉来进行评价，并按规定的项目和评分 办法进行评分。
二、轮胎的侧偏现象和侧偏力-侧偏角曲线
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，则可能发生两种情
况：
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（1）当地面侧向反作用力FY未超过车轮与地面间的附着 极限时，车轮与地面间没有滑动,车轮仍沿其本身平面 的 cc 方向行驶（图5-6）；
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汽车的等速圆周行驶，即汽车方向盘角阶跃输入下进 入的稳态响应。一般也称它为汽车的稳态转向特性，汽车 的稳态转向特性分为三种类型：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。
c u
Fy
c
u
Fy
u′
△u
c
c
没有侧向滑移
有侧向滑移
图5-6 有侧向力作用时刚性车轮的滚动
横摆角速度频率响应特性：
共振峰频率f ，1HZ时的相位滞后角 稳态转向特性演示
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§5-2 轮胎的侧偏特性
侧偏特性主要是侧偏力、回正力矩与侧偏角间的关 系，它是研究汽车操纵稳定性的基础。 一、轮胎的坐标系
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垂直于车轮旋转轴线的轮胎中分平面称为车轮平面。
车轮平面与地平面的交线取为X轴，规定向前为正。Z轴 与地平面垂直，规定指向上方为正。Y轴在地平面上，规 定面向车轮前进方向时指向左边为正。图5-5上还画了地 面作用于轮胎的力与力矩，即地面切向反作用力Fx、地面 侧向反作用力Fy、地面法向反作用力Fz，以及地面反作用 力绕Z轴的力矩——回正力矩Tz等等。图中还画出了侧偏 角a与外倾角γ
此外，还有一个方向盘角阶跃输入Fra bibliotek时域响应的综合 性评价指标，这个评价指标称为汽车因数。
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方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应：
稳态横摆增益曲线
r
)s
ua
.横摆角速度增益（又
称为转向灵敏度）.稳定性因数K。
方向盘角阶跃输入下的瞬态响应：
瞬态横摆响应曲线t或rr0 100%t .反应时间
衰减振动圆频率 0
系——车辆坐标系来描述的。图5-1所示固结于汽车上的 oxyz直角动坐标系就是车辆坐标系。
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XOZ处于汽车左右对称的平面内。当车辆在水平路面上静 止状态下，x轴平行于地面指向前方。z轴通过质心指向上 方，y轴指向驾驶员的左侧，坐标系的原点O常可令其与质 心重合。与操纵稳定性有关的主要运动参量为，车厢角速
3、方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应及方向盘 角阶跃输入下的瞬态响应，就是表征汽车操纵稳定性 的方向盘角位移输入下的时域响应。回正性是一种方 向盘力输入下的时域响应。
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横摆角速度频率响应特性是方向盘转角正弦输入下，
频率由0→时，汽车横摆角速度与方向盘转角的振幅比
及相位差的变化图形。 转向半径是评价汽车机动灵活性的物理参量。 转向轻便性是评价转动方向盘轻便程度的特性。 二、车辆坐标系与方向盘角阶跃输入下的时域响应 1、汽车的运动是借固结于运动着的汽车上的动坐标
第五章 汽车的操纵稳定性
基本内容：汽车操纵稳定性研究概述 轮胎的侧偏特性
重点：线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应分析
自学答疑：汽车操纵稳定性与悬架的关系 汽车操纵稳定性与转向角的关系 汽车操纵稳定性与传动系的关系 提高操纵稳定性的电子控制系统 汽车的侧翻
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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。
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§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与频率响应 特性，并以它们来表征汽车的操纵稳定性能。
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，简称为角输入；给方向盘作 用一个力矩，称为力矩输入，简称为力输入。
（2）当地面侧向反作用力FY达到车轮与地面间的附着 极限时，车轮发生侧向滑动，若滑动速度为△u，车轮便 沿合成速度u’方向行驶，偏离了cc 方向。
当车轮有侧向弹性时，即使FY没有达到附着极限，车 轮行驶方向亦将偏离车轮平面cc 的方向，这就是轮胎的侧 偏现象。aa 与 cc 的夹角a，即为侧偏角。
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