§4 汽车操纵稳定性
说明
汽车的操纵稳定性，是汽车 的主要使用性能之一，随着汽车平均 速度的提高，操纵稳定性显得越来越 重要。它不仅影响着汽车的行驶安全 ，而且与运输生产率与驾驶员的疲劳 强度有关。
§4 汽车操纵稳定性
提问：
有哪些因素会影响汽车的操纵稳

定性呢？

§4.1 汽车的转向特性




（ 4 ）翻转力矩
地面作用于轮胎 上的力，绕轴的力矩。图示方向为 正。 （ 5 ）滚动阻力矩 地面作用 于轮胎上的力，绕轴的力矩。图示 方向为正。 （6）回正力矩 地面作用于轮 胎上的力，绕轴的力矩。图示方向 为正。 （ 7 ）侧偏角 轮胎接地中心 位移方向（车轮行驶方向）与轴的 夹角。图示方向为正。 （ 8 ）外倾角 平面与车轮平 面的夹角。图示方向为正。




图4.3 轮胎的侧偏现象 a)静止 b)滚动
3、 轮胎的侧偏特性

图4.4
轮胎的侧偏特性
图4.4所示为一轮胎的侧偏力～侧偏角关系曲线
。曲线表明，侧偏角不超过3°～4°时，可认为 与成线性关系。随着的增大，增大较快，轮胎产 生滑移。汽车正常行驶时，侧向加速度一般不超 过（0.3～0.4）g，侧偏角不超过4°～5°，故 可认为侧偏力与侧偏角成线性关系，可用下式表 示： Fy k

图4.2 有侧向力作用时刚性车轮的滚动

当车轮有侧向弹性时，即使没有达到附着极限，车轮行驶 方向也将偏离车轮平面的方向，这就是轮胎的侧偏现象。 下面讨论具有侧向弹性车轮，在垂直载荷为的条件下，受 到侧向力作用后的两种情况： （1）车轮静止不动时 由于车轮有侧向弹性，轮胎发生 侧向变形，轮胎与地面接触印迹长轴线与车轮平面不重合， 错开Δh，但仍平行于，如图4.2a所示。 （2）车轮滚动时 接触印迹的长轴线，不只是和车轮平 面错开一定距离，而且不再与车轮平面平行。图5.5b示出 车轮的滚动过程中，车轮平面上点Al、A2、A3、…依次落 在地面上，形成点、、…，点、、的连线与的夹角，即为 侧偏角。车轮就是沿着方向滚动的。显然，侧偏角的数值 是与侧向力有关的。
§4 汽车操纵稳定性 §4.1 汽车的转向特性
姜 泽 林
§4 汽车操纵稳定性
任务引入
汽车在其行驶过程中，会碰到各 种复杂的情况，有时汽车会沿直线行驶，有时 汽车会沿曲线行驶（如弯路）。在出现意外情 况时，驾驶员还要作出紧急的转向操作，以求 避免事故。此外，汽车还要经受来自地面不平、 坡道、大风等各种外部因素的干扰。对不对？ 这些都要求汽车有操纵上的稳定，因此今天我 们通过分析影响汽车操纵稳定性各方面的因素， 掌握他们的检测方法，为我们今后的工作打下 扎实的基础。
§4 汽车操纵稳定性

图4.1
车轮坐标系

图 4.1 示出车轮的坐标系，其 中车轮前进方向为轴的正方向， 向下为轴的正方向，在轴的正 方向的右侧为轴的正方向。 （ 1 ）车轮平面 垂直于 车轮旋转轴线的轮胎中分平面。 （ 2 ）车轮中心 车轮旋 转轴线与车轮平面的交点。 （ 3 ）轮胎接地中心 车 轮旋转轴线在地平面（平面） 上的投影（轴），与车轮平面 的交点，也就是坐标原点。
重点
车辆坐标系的有关术语，影响 侧偏特性的因素，轮胎回正力矩与侧偏特 性的关系；汽车的稳态转向特性及其影响 因素 影响侧偏特性的因素，轮胎回 正力矩与侧偏特性的关系；汽车的稳态转 向特性及其影响因素
难点
§4 汽车操纵稳定性
§4.1
汽车的转向特性 一、轮胎的侧偏特性 轮胎的侧偏特性是研究汽车操纵 稳定性理论的出发点。 1、轮胎的坐标系与术语
4、 回正力矩（绕轴的力矩）

图4.6 回正力矩的产 生
在轮胎发生侧偏时，还会产生图
4.3 所示作用于轮胎绕轴的力矩。 圆周行驶时，是使转向车轮恢复 到直线行驶位置的主要恢复力矩 之一，称为回正力矩。
§4 汽车操纵稳定性

所以一辆操纵性能良好的汽车必须要具备以下的能力：
（1）根据道路、地形和交通情况的限制，汽车能 够正确地遵循驾驶员通过操纵机构所给定的方向行驶的 能力——汽车的操纵性。
（2）汽车在行驶过程中具有抵抗力图改变其行驶 方向的各种干扰，并保持稳定行驶的能力——汽车的稳 定性。 操纵性和稳定性有紧密的关系：操纵性差，导致汽车侧 滑、倾覆，汽车的稳定性就破坏了。如稳定性差，则会 失去操纵性，因此，通常将两者统称为汽车的操纵稳定 性。




2、轮胎的侧偏现象

如果车轮是刚性的，在车轮中心垂直于车轮 平面的方向上作用有侧向力。当侧向力不超过 车轮与地面的附着极限时，车轮与地面没有滑 动，车轮仍沿着其本身行驶的方向行驶；当侧 向力达到车轮与地面间附着极限时，车轮与地 面产生横向滑动，若滑动速度为Δu，车轮便沿 某一合成速度u′方向行驶，偏离了原行驶方向， 如图4.2所示。

图4.5 垂直载荷对侧偏特性的影响 a)图 b) 图
轮胎的型式和结构参数对轮胎侧偏特性有
显著影响。尺寸较大的轮胎，侧偏刚度一 般较大。尺寸相同的子午线轮胎和斜交轮 胎相比，子午线轮胎具有较大的侧偏刚度。 同一型号、同一尺寸的轮胎，帘布层越多、 帘线与车轮平面的夹角越小、气压越高、 侧偏刚度越大。另外，轮辋的型式对侧偏 刚度亦有影响。装有宽轮辋的轮胎，侧偏 刚度较大。
如：轮胎、转向装置、悬架等。

本堂课我们我们就对这些因素一一进行分 析，希望通过学习， 大 家 能掌握车辆坐标系的 有关术语，了解影响侧偏特性的因素，掌握轮 胎回正力矩与侧偏特性的关系；熟练掌握汽车 的稳态转向特性及其影响因素；了解汽车转向 轮的振动。这也是我们本堂课学习的目标。
§4 汽车操纵稳定性
式中
（4.1） k——侧偏刚度[N/（°）]，其值应为负 值，汽车用低压轮胎k值在300～1000N/(°）。 试验表明，潮湿地面上最大侧偏力减小，但 直线段的侧偏刚度无多大变化。

垂直载荷对侧偏特性有很大影响。图
4.5表明，垂直载荷增大后，最大侧偏 力增加。侧偏刚度随垂直载荷的增加 而加大。这是因为，轮胎的垂直载荷 越大，附着力就越大，轮胎侧滑的倾 向就越小，最大侧偏力增大。但垂直 载荷过大时，轮胎产生剧烈的径向变 形，侧偏刚度反而有所下降。