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1、第五章 汽车的操纵稳定性5.1 轿车（每个）前轮的侧偏刚度为-50176N/rad.外倾刚度为-7665N/rad若轿车向左转弯，将使前轮均产生正的外 倾角，其大小为4度。设侧偏刚度与外倾刚度均不受左、右轮负载转移的影响，试求由外倾角引起的前轮侧偏 角。解：有外倾角时候的地而侧向反作用力为FY=ka +辭（其中k为侧偏刚度,k为外倾刚度，丫为外倾角）于是，有外倾角引起的前轮侧偏角的大小为：代入数据，解得a, =0.611 rad,期外由分析知正的外倾角应该产生负的侧偏角，所以由外倾角引起的前轮侧偏角为-0.611 rado5.2 6450N轻型客车在试验中发现过多转向和中性转向现象，工程师们在
2、悬架上加装横向稳左杆以提高前悬架的侧倾 角刚度，结果汽车的转向特性变为不足转向。试分析英理论依据（要求有必要的公式和曲线）。答：由课本P138-140的分析知，汽车稳态行驶时，车厢侧倾角决左于侧倾力矩M枷和悬架总的角刚度工K軒，即 0广。前、后悬架作用于车厢的恢复力矩增加：% =00, T 沁=匕其中K歸,K卯2分别为前、后悬架的侧倾角刚度，悬架总的角刚度工K”为前、后悬架及横向稳立杆的侧倾角刚度之和。由以上的分析易知，当增加横向稳立杆后汽车前悬架的侧倾角刚度增大，后悬架侧倾角刚度不变，所以前悬架作 用 于车厢的恢复力矩增加（总侧倾力矩不变），由此汽车前轴左、右车轮载荷变化量就较大。由课本图5
3、-46知在这种 情况 下，如果左右车轮轮胎的侧偏刚度在非线性区，则汽车趋于增加不足转向量。5.3汽车的稳态响应有哪几种类型？表征稳态响应的具体参数有哪些？它们彼此之间的关系如何？答：汽车的稳态响应有三种类型，即中性转向、不足转向和过多转向。表征稳态响应的参数有稳定性因数，前、后轮的侧偏角角绝对值之差（Vz,-a2）,转向半径的比WRV）,静态储备系 数SM等。它们之间的彼此关系为：二丄（-%）（为侧向加速度的绝对值）；=1 4- Kir :&S.M.二-（kt，灼分别为汽车前、后轮的侧偏刚度，为汽车质心到前轴的距禽，L为前、后轴之间的距k +k L25.4举出三种表示汽车稳态转向特性的方法，并
4、说明汽车重心前后位置和内、外轮负荷转移如何影响稳态转向特 性？ 答：表示汽车稳态转向特性的参数有稳左性因数，前、后轮的侧偏角绝对值之差（冬-&2）,转向半径的比R/R （ “争态储备系数S.M等。 讨论汽车重心位置对稳态转向特性的影响，由式（5-17）=（/为中性转向点至前轴的距离）L 匕+k、 L当中性转向点与质心位程重合时，S.M. =0,汽车为中性转向特性；当质心在中性转向点之前时，“，S.H.为正值，汽车具有不足转向特性：当质心在中性转向点之后时，aa. S.M.为负值，汽车具有过多转向特性。 汽车内、外轮负荷转移对稳态转向特性的影响 在侧向力作用下，若汽车前轴左、右车轮垂直载荷变动量
5、较大，汽车趋于增加不足转向量：若后轴左、右车轮垂直载荷变动量较大，汽车趋于减小不足转向戢。5. 5汽车转弯时车轮行驶阻力是否与直线行驶时一样？ 答：不一样。汽车转弯时由于侧倾力矩的作用，左、右车轮的垂直载荷不再相等，所受阻力亦不相等。另外，车轮还 将受到地而侧向反作用力。5. 6主销内倾角和后倾角功能有何不同？ 答：主销内倾角的作用，是使车轮在方向盘收到微小干扰时，前轮会在回正力矩作用下自动回正。另外，主销内倾还 可减少前轮传至转向机构上的冲击，并使转向轻便。主销后倾的作用是当汽车直线行驶偶然受外力作用而稍有偏转时，主销后倾将产生车轮转向反方向的力矩使车轮自动 回正，可保证汽车支线行驶的稳定性
6、。汽车转向轮的回正力矩来源于两个方而，一个是主销内倾角，依靠前轴轴荷，和车速无关：一个是主销后倾角，依靠 侧倾力，和车速有关：速度越髙，回正力矩就越大。5. 7横向稳上杆起什么作用？为什么有的车装在前悬架，有的装在后悬架，有的前后都装？答：横向稳左杆的主 要作 用是增加汽车的侧倾刚度，避免汽车在转向时产生过多的侧倾。另外，横向稳泄杆还有改变汽车稳态转向特性的作用，其机 理在题5. 2中有述。横向稳左安装的位垃也是由于前、后侧倾刚度的要求，以及如何调节稳态转向特性的 因素决定的。5. 8某种汽车的质心位宜、轴距和前后轮胎的型号已泄。按照二自由度操纵稳泄性模型，其稳态转向特性为过多转向， 试找出五
7、种改善其特性的方法。答：增加主销内倾角：增大主销后倾角；在汽车前悬架加装横向稳宦杆：使汽车前朿具有在压缩行程减小, 复原行程增大的特性：使后悬架的侧倾转向具有趋于不足转向的特性。5. 9汽车空载和满载是否具有相同的操纵稳定性？答：不具有相同的操纵稳立。因为汽车空载和满载时汽车的总质量、质心位置会发生变化，这些将会影响汽车的 稳 建性因数、轮胎侧偏刚度、汽车侧倾刚度等操纵稳定性参数。5. 10试用有关公式说明汽车质心位置对主要描述和评价汽车操纵稳定性、稳态响应指标的影响。答：以静态储备系数为例说明汽车质心位巻对稳态响应指标的影响：=（広二厶，为中性转向点至前轴的距离）L +k2 Lkx +k2当
8、中性转向点与质心位置重合时，S.M. =0,汽车为中性转向特性；当质心在中性转向点之前时，S.H.为正值，汽车具有不足转向特性：当质心在中性转向点之后时，aa, S.M.为负值，汽车具有过多转向特性。5. 11二自由度轿车模型的有关参数如下：总质量m=1818.2kg绕Oz轴转动惯戢Iz = 3885 kg亦轴距质心至前轴距离 质心至后轴距离 前轮总侧偏刚度 后轮总侧偏刚度 转向系总传动比 试求：1）稳定性因数KL=3 048m a= 1.463m b= 1.585m k=- 62618N/rad k2=- 110185N/rad i=20特征车速Ikho2)稳态横摆角速度增益曲线乞-叫、车速
9、u=22.35m/s时的转向灵敏度3)53）静态储备系数S.M.,侧向加速度为0.4g时的前、后轮侧偏角绝对值之差冬-冬与转弯半径的比值R/R0（Ro=15m）o4）车速u=30.56nVs时，瞬态响应的横摆角速度波动的固有（圆）频率他、阻尼比反应时间与峰值反应时间注意：2）所求的转向灵敏度仝中的Q卅是指转向盘转角，徐以转向系传动比才是车轮转角。解：1) 稳定性因数存丄 21 竺上竺_ a 匸 0.0024M, ls kJ 3.04821 110185 62618 丿K1特征车速 U/ = y/TTK = 20.6m/ s = 748knVhe/l2）稳态横摆甬速度增八线肖,-叫如下图所示:车
10、速u=22.35nVs时的转向灵敏度工=3.3690 /20=0.1686：4凶f.址 LdtLmtft Lc;ljLet)hweMiklk-nnn?4不足無问汕JO60 uch ea1ED內在的更為桶播勻逋震疋壬卤挣3）态储备系数S.M.=arctan反应时间了 =Lkr= 0.181karc tan+ r = 0.3899$峰值反应时间 =一 = 0.1576 , L k +k L x2匕 =0 - 4g时前、后轮侧偏角绝对值之差 a, 一a. = K a L = 0.0024x0.4八 x3.048 = 0.028rad = 1.6x4）速u=30.56nVs时，瞬态响应的横摆角速度波动
11、的固有（圆）频率co =-:坐（1 + KU2） = 5.5Srad/ s= 0.8874Hz , u ml0z阻尼比一=0-5892 2 厶 J 忆他（1 + K/）5. 12稳态响应中横摆角速度增益达到最大值时的车速称为特征车速zg。证明：特征车速“m=jT7丘，且在特征车速 时的横摆角速度增益，为具有相等轴距L中性转向汽车横摆角速度增益的一半。答：特征车速指汽车稳态横摆角速度增益达到最大值时的车速，汽车稳态横摆角速度增益为：乞）二! （其中R为圆周半径）。iR连续急速行使时，由式（5-11 ）： ”创+如,又C0 =/匚得u! L=3 门二 _L （1 + K“2）。所以2=i + K
12、S证毕。久0中性转向时，K二0,仏=1,鱼是一条直线：不足转向时，K0,仏1,几将随车速得增加而逐渐O.VH0增大；KC0,字V1,将随车速得增加而逐渐减小。必o5.14习题图4是滑柱连杆式独立悬架（常称为Me Pherson strut suspension）示总图。试证：1）RC.为侧倾中心。2）悬架的侧倾角刚度为K卯=2人（竺尸，式中，ks为一个弹簧的（线）刚度。n分析：计算悬架侧倾角刚度时，要利用虚位移原理进行推导。推导时注意，本題和书中的单横臂独立悬架是有 区别的，主要是本题有一个角&。证明：1） 先对左侧悬架分析。当车轮上下跳动时，CB杆绕B点转动，故AC杆的瞬心必在CB所在的直线
13、上；由于AC杆 导向机构的约束，A点的运动方向平行与AC杆自身，故AC杆的瞬心必在过A点，垂直AC的直线上。由此可得到左侧 车轮的瞬心CT点，侧倾中心就在DCT与汽车中心线的交点上，如图中所示。2）a求悬架的线刚度K,设车厢不动，汽车处于静止受力状态，作用在轮胎上的地而法向反作用力为再在轮胎上加一微元力AT., 仝为弹簧的虚位移，为车轮的虚位移，弹簧力相应增加 0,则4Q =设OD与水平而的夹角为Q ,因为O,为左侧车轮的运动瞬心，由图可知g cos a _ AJ, = Om n根据力矩平衡：AF. ncosa = AQm = ksAsgmoA r-单侧悬架的线刚度为K严=&(a)2 o込 n
14、 cos a由式(5-42)整个悬架的侧倾角刚度为：K = K(2pcQsa)2 =2 匕匸。2 /?5.17习题图5为三种前独立悬架对车轮相对车身垂直上下位移时前束变化的影响。试问图中哪一条曲线具有側倾 过多 转向效果？答：曲线1对应的前独立悬架，转弯时车厢侧倾，内侧前轮处于反弹行程，前束增加，车轮向汽车纵向中心线转动，外侧前轮处于压缩行程，前朿减小，车轮向外转动。采用这种悬架导致汽车的侧倾转向增加了不足转向虽:，具有 侧倾不足转向效果。 曲线2对应的前独立悬架，曲线较英他两种更贴近纵坐标轴，说明这种悬架的侧倾转向量很小，几乎等于零。 曲线3对应的前独立悬架，转弯时车厢侧倾，内侧前轮处于反弹行程，前束减小，车轮向汽车纵向中心线相反方 向 转动
