1第五章 汽车的操纵稳定性第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系本节将学习弹性侧偏角、 侧倾转向角和变形转向角等基本概念，分析不同悬架及参数对汽车操纵稳定性的影响，了解改善汽车操纵稳定性的方法返回目录21）前、后轴左、右两侧车轮的垂直载荷要发生变化；2）车轮有外倾角，由于悬架导向杆系的运动及变形，外倾角将随之变化；3）车轮上有切向反作用力；4）车身侧倾时悬架变形，悬架导向杆系和转向杆系将产生相应运动及变形综上，汽车侧偏角还应该包括以下三个部分： 1）弹性侧偏角（FZ变化和γ的变化引起的侧偏角α的变化）；2）侧倾转向角（车厢侧倾而导致前后轮转角的变化）；3）变形转向角（悬架导向杆系变形引起的车轮转角的变化）第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系线性二自由度汽车模型对汽车进行了较多简化，汽车行驶过程中，还应考虑以下因素对轮胎侧偏角的影响3侧倾轴线是侧倾中心的连线1）侧倾轴线：车厢相对于地面转动时的瞬时轴线；2）侧倾中心：侧倾轴线通过前、后轴处横断面上的瞬时转动中心；其位置由悬架导向机构决定，常用图解法确定一、车厢侧倾1.车厢侧倾轴线想一想：先确定侧倾轴线再确定侧倾中心，还是先确定侧倾中心再确定侧倾轴线？第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系41234O24O13①假定车厢不动，地面和车轮相对车厢转动；②假定车轮与地面间无相对滑动；③对四连杆机构会用到三心定理。
确定侧倾中心时第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系四连杆机构中相对两杆的相对运动瞬心是相邻两杆延长线的交点5Om1）单横臂独立悬架车厢的侧倾中心第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系6DGOlOrOm2）双横臂独立悬架的侧倾中心第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系7双横臂独立悬架的等效单横臂悬架第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系8定义：车厢侧倾时，单位车厢转角下，悬架系统给车厢总的弹性恢复力偶矩：1）悬架的线刚度定义：车轮保持在地面上而车厢作垂直运动时，单位车厢位移下，悬架系统给车厢的总弹性恢复力：2.悬架的侧倾角刚度第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系9（1）非独立悬架（2）独立悬架恢复力弹性元件导向杆系约束反力第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系10mn第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系11用虚位移原理确定悬架侧倾角刚度mnΔssΔst第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系12用虚位移原理确定悬架侧倾角刚度mn第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系132）悬架的侧倾角刚度第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系14Φr大，水平晃动大，乘客不稳定，无安全感Φr小， →地面不平时有冲击感。
4.车厢侧倾角及侧倾力矩操纵稳定性平顺性侧倾角改变了外倾角γ；侧倾角改变了内外车轮的垂直 载荷FZ，从而改变侧偏角α在确定悬架总侧倾角刚度 时，要综合考虑对操纵稳定性和平顺性的影响第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系Φr151）悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩MΦrⅠ第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系162）侧倾后悬挂质量重力引起的侧倾力矩MΦrⅡ第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系173）独立悬架中非悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩MΦrⅢ第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系18悬架总侧倾刚度等于 前、后悬架及横向稳定杆的侧倾角刚度之和第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系19二、侧倾时垂直载荷在左右轮上的重新分配及其对稳态响应的影响1.侧倾时垂直载荷在左右轮上的重新分配工字形车架代表车厢，悬挂质量为Ms工字形车架分别通过前、后悬架的侧倾中心m01和m02 与前后轴相铰接，同时又通过前后悬架的弹性元件分别与前、后轴相连接第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系20第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系21第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系22第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系23车身不侧倾时车身侧倾后2.左右轮垂直载荷再分配时轮胎的侧偏刚度当车身侧倾严重时，α是增大还是减小？第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系24汽车趋于增加不足转向汽车趋于减少不足转向第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系25FYγ 不变沿FY侧倾FYγ--+-减小增大三、侧倾外倾——侧倾时车轮外倾角的变化侧倾时γ的变化有三种可能第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系沿FY相反方向侧倾26地面转过Φr确定车轮相对于车厢外倾角 。
地面回到水平位置确定车厢相对于地面产生侧 倾角Φr时，轮胎外倾角 车轮外倾角γ的确定第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系27车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化非独立悬架车身侧倾时，前轮外倾角不变第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系28车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化双横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相反，有增大侧偏角（绝对值）的作用第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系29车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化单纵臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相反第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系30车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化单横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相同（或相反）第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系31— 侧倾外倾系数 车厢侧倾所引起的车轮外倾角的变化可由下式计算第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系32四、侧倾转向车厢侧倾所引起的前转向轮绕主销的转动、后轮绕垂直于地面轴线的转动，即车轮转角的变动，称为侧倾转向— 侧倾转向系数 车轮的侧倾转向角与车厢侧倾角的关系可以用下式表示第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系33后悬架的侧倾转向对稳态转向特性的影响第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系34第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系35五、变形转向—悬架导向装置变形引起的车轮转向角悬架导向杆系各元件在各种力、力矩作用下发生的变形，引起车轮绕主销或垂直于地面轴线的转动，称为变形转向，其转角叫做变形转向角。
变形转向可以使汽车具有恰当的不足转向— 变形转向角；— 侧向力变形转向系数估算侧向力变形转向角第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系36第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系37第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系38回正力矩变形转向角δa在回正力矩作用下，悬架和车轮有扭转变形，前、后轴车轮均发生回正力矩变形转向角δa— 回正力矩变形转向系数；— 回正力矩系数回正力矩变形转向角δa第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系39第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系回正力矩引起的变形转向角前轴趋于增加不足转向；后轴趋于减少不足转向40六、变形外倾—悬架导向装置变形引起的外倾角的变化受到侧向力作用的独立悬架杆系的变形会引起车轮外倾角的变化第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系– 汽车的纵翻和纵滑： – 汽车在弯道行驶时的侧翻和整车侧滑 ： – 汽车在横坡直线行驶时的侧翻和侧滑 ：• 1、纵翻–当汽车等速上坡行驶 时，其受力情况如图 所示 –当前轮的法向反作用 力FZ1=0时，汽车便开 始绕A点向后翻倾， 通常称为纵翻纵滑在纵翻之前发生，即：• 统计资料表明，正常装载的汽车，其ψmax值远 超过汽车的爬坡能力，因此不至于发生纵翻 • 但是，如果装载不合理，使汽车的质心过高， 又过分靠后、则有可能发生纵翻。
• 1．汽车在离心力作 用下的侧翻 • 汽车在具有横坡的 弯道上，作等速转向 运动时的受力简图如 图所示• 当内侧的法向反作用 Fzr=0时，汽车开始绕A 点向外侧翻倾，通常称 之为侧翻 • 下面来求出当横向坡度 角为θ，弯道曲率半径 为Rr时，汽车不发生侧 翻的极限车速vmax：• 发生侧翻时，Fzr=0，有：• 将G、Fc带入上式，整理得：• 因此，汽车不发生侧翻的极限 车速vamax：• 若汽车在水平路面上作等速转向运动时，不发生侧翻的极 限车速则为：• 比较上面两个公式，可以看出，公路弯道处筑有适当的横 坡，可提高不发生侧翻的极限车速，有利于行车安全• 2、汽车在离心力作用 下的侧滑： • 由左图，经受力分析可得， 汽车在横向坡道上转弯行驶 时，不发生向外侧滑的极限 条件：• 将上式整理后可得，汽车不发生向外侧侧滑的极限车速为 ： • • 当汽车在水平路面上转弯行驶时．则不发生侧滑的最大车 速为：– 综上可知，弯道处增加适当的横坡，可提高允许车速，减少测滑 的发生 – 同时应看到，当路面湿滑时，Φl减小，允许车速降低，驾驶者应 充分注意，以免发生侧滑的危险• 3．侧滑发生在侧翻之前的条件：• 通常认为在多数情况下，侧翻造成的危害比侧滑更大。
为了 安全起见，希望侧滑发生在侧翻之前，即：• 水平路面上：•1、侧翻： •汽车在横向坡道直线行驶或静止时．如果横向坡度角θ 超过某一值时，汽车将发生侧翻国标“机动车运行安 全技术条件”(GB7258—1997)中规定：机动车空载、 静态状况下，向左侧及右侧倾斜最大侧倾稳定角，双 层客车不小于28°；总质量为车辆整备质量1.2倍以下 的车辆不小于30°；其他车辆不小于35°•由图可知：•令Fzl=0，即可求得不发生侧翻的最大横 坡角为：•可见，降低质心高度hg，适当增大轮距B ，均有助于提高汽车的抗侧翻能力• 2、侧滑：• 3、侧滑发生在侧翻之 前的条件：6月12日17时30分，河北省张家口市一辆载有60余吨煤焦油的油罐车从陕西省府谷县返回，在行至108国道繁峙县神堂堡乡大寨口村附近时，因车辆侧翻导致煤 焦油泄漏，约40吨煤焦油倾泻在公路及国道东侧的河道内；污染大沙河 ，威胁保定的饮水温家宝做重要批示 一辆满载40多头活猪的货车侧翻后，10头猪当场死亡，另外30多头猪开始摇头晃脑地在高速路上撒欢儿• 定义：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—种极其危险的侧向运动 • 刚性汽车：指忽 略汽车悬架及轮 胎的弹性变形 • 准静态：指汽车 的稳态转向v 对外轮接地 点取矩• 当β很小时v变为：• 侧倾阈值：当内侧车轮地面反力FZi=0时，出现侧翻B/2hg为侧翻阈值• 汽车受到侧向力，发生侧倾，质心偏向外侧， 侧倾阈值减小• 忽略车桥的质量，在水平路面上，有：侧倾引起的作用v汽车的侧倾角在初次 达到稳态值之后有一 个超调量，说明汽车 在比准静态下更小侧倾阈值/g汽车操纵稳定性试验简介 我国有一些关于操纵稳定性的试验标准，各个国家和企业有差别 ： nGB/T 6323.1—1994《汽车操纵稳定性试验方法 蛇行试验》 nGB/T 6323.2—1994《汽车操纵稳定性试验方法 转向瞬态响应 试验》（方向盘转角阶跃输入） nGB/T 6323.3—1994《汽车操纵稳定性试验方法 转向瞬态响应 试验》（方向盘转角脉冲输入） nGB/T 6323.4—1994《汽车操纵稳定性试验方法 转向回正性能 试验》 nGB/T 6323.5—1994《汽车操纵稳定性试验方法 转向轻便性试 验》 nGB/T 6323.6—1994《汽车操纵稳定性试验方法 稳态回转试验 》 uQC/T 480—1999《汽车操纵稳定性指标限值与评价方法》 最新的：GB/T 6323—xxxx 汽车操纵稳定性试验方法汽车操纵稳定性试验简介转向轻便性 顶点处的最 小曲率半径双扭线最小曲率半径Rmin取试验汽车前外轮的最 小转弯半径的1.1倍取汽车操纵稳定性试验简介 稳态转向特性试验（稳态回转试验 steady state cornering test） R0=15m或20m 直到ay=6.5m/s2汽车操纵稳定性试验简介（转向瞬态响应试 验，转向盘转角阶 跃输入 automobiles Steering transient response test Steering wheel angle step input ） GB/T 6323.2 —1994《汽车 操纵稳定性试 验方法 转向瞬 态响应试验》 （方向盘转角 阶跃。