11

项目五 汽车操纵稳定性检测项目五 汽车操纵稳定性检测

•　　根据道路及交通情况，汽车有时直线行根据道路及交通情况，汽车有时直线行驶，有时沿曲线行驶。在出现意外情况时．驶，有时沿曲线行驶。在出现意外情况时．驾驶者还要作出紧急的转向操作，以避免驾驶者还要作出紧急的转向操作，以避免事故。此外，汽车在行驶中还不断受到地事故。此外，汽车在行驶中还不断受到地面不平和大风等外界因素的干扰。为此，面不平和大风等外界因素的干扰。为此，汽车应具备良好的操纵稳定性能。汽车应具备良好的操纵稳定性能。

22

汽车操纵稳定性汽车操纵稳定性• 　　汽车的操纵稳定性汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感是指在驾驶者不感

到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵到过分紧张、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。能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。

•　为了保证安全行驶，汽车的操纵稳定　为了保证安全行驶，汽车的操纵稳定性日益受到重视，成为现代汽车的重要性日益受到重视，成为现代汽车的重要使用性能之一。 使用性能之一。

33

5.1 5.1 汽车的操纵稳定性汽车的操纵稳定性

5.1.1概述

44

汽车 瞬态 响应 的特点

55

特点特点

• 时间上的滞后时间上的滞后• 执行上的误差执行上的误差• 横摆角速度的波动横摆角速度的波动• 进入稳态所经历的时间进入稳态所经历的时间

66

人－车闭路系统人－车闭路系统

77

5.1.2 5.1.2 轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏特性

•侧偏特性主要是指侧偏力、回正力侧偏特性主要是指侧偏力、回正力矩与侧偏角间的关系，它是研究汽矩与侧偏角间的关系，它是研究汽车操纵稳定性的基础。车操纵稳定性的基础。

88

一、轮胎的坐标系一、轮胎的坐标系

99

二、轮胎二、轮胎的侧偏现的侧偏现象和侧偏象和侧偏力－侧偏力－侧偏角曲线角曲线

1010

yF k

1111

1212

三、影响侧偏特性的因素三、影响侧偏特性的因素• （（ 11 ）轮胎的尺寸、形式与结构：扁平率－采用扁平率）轮胎的尺寸、形式与结构：扁平率－采用扁平率

小的轮胎是提高侧偏刚度的主要措施小的轮胎是提高侧偏刚度的主要措施• （（ 22 ）轮胎的垂直载荷：垂直载荷增大后，侧偏刚度也）轮胎的垂直载荷：垂直载荷增大后，侧偏刚度也

增大，但垂直载荷过大时，轮胎产生很大的径向变形，增大，但垂直载荷过大时，轮胎产生很大的径向变形，侧偏刚度反有所减少。侧偏刚度反有所减少。

• （（ 33 ）轮胎的充气压力：气压增高，侧偏刚度也增大。）轮胎的充气压力：气压增高，侧偏刚度也增大。• （（ 44 ）地面切向反作用力。）地面切向反作用力。• （（ 55 ）路面及其粗糙程度、干湿状态对侧偏特性有影响：）路面及其粗糙程度、干湿状态对侧偏特性有影响：

粗糙的地面最大侧偏力大。粗糙的地面最大侧偏力大。

1313

5.1.3 5.1.3 汽车的转向特性汽车的转向特性

•一、稳态转向特性一、稳态转向特性•稳态横摆角速度增益为：稳态横摆角速度增益为：

1414

1515

11 ．轮胎气压的影响： ．轮胎气压的影响： 2. 2. 驱动形式的影响驱动形式的影响 33 ．轮胎结构的影响．轮胎结构的影响 44 ．汽车的质量分配与车轮．汽车的质量分配与车轮 侧偏刚度的匹配 侧偏刚度的匹配 5. 5. 汽车悬架的影响汽车悬架的影响

影响转向特性的因素影响转向特性的因素

1616

5.1.4 5.1.4 汽车的纵翻和侧翻汽车的纵翻和侧翻• 一、汽车不发生纵向倾覆的条件一、汽车不发生纵向倾覆的条件• 汽车在纵向坡道上等速上坡，随着道路坡度增大，汽车在纵向坡道上等速上坡，随着道路坡度增大，

前轮的地面法向反作用力不断减小。前轮的地面法向反作用力不断减小。• 当道路坡度大到一定程度时，前轮的地面法向反作当道路坡度大到一定程度时，前轮的地面法向反作

用力为零。在这样的坡度下，汽车将失去操纵，并可用力为零。在这样的坡度下，汽车将失去操纵，并可能产生纵向翻倒。 能产生纵向翻倒。

• 　汽车上坡时，坡度阻力随坡度的增大而增加，在坡　汽车上坡时，坡度阻力随坡度的增大而增加，在坡度大到一定程度时．为克服坡度阻力所需的驱动力超度大到一定程度时．为克服坡度阻力所需的驱动力超过附着力时，驱动轮将滑转。过附着力时，驱动轮将滑转。

• 汽车在纵坡上处于静止状态时，纵向不翻倒汽车在纵坡上处于静止状态时，纵向不翻倒的极限坡道角的极限坡道角 ααmaxmax为：为：

• tanαtanαmaxmax = b/h = b/hgg

1717

汽车的纵翻汽车的纵翻• 后驱动型汽车的纵向稳定后驱动型汽车的纵向稳定

性条件 ：性条件 ：• 　　 　　 b/hb/hgg > φ > φ• 前轮驱动型汽车．其纵向前轮驱动型汽车．其纵向

稳定性条件为：稳定性条件为：• L > 0L > 0• 全轮驱动型汽车，其纵向全轮驱动型汽车，其纵向

稳定性条件为：稳定性条件为：• b/hb/hgg > φ > φ

1818

二、汽车的侧翻 二、汽车的侧翻 • 汽车行驶时，常受侧向力的作用。侧向力有重力的侧向分力、汽车行驶时，常受侧向力的作用。侧向力有重力的侧向分力、离心力、侧向风力和不平道路的侧向冲击等多种。汽车在侧向力离心力、侧向风力和不平道路的侧向冲击等多种。汽车在侧向力的作用下，如车轮的侧向反作用力达到附着力时。汽车将沿侧向的作用下，如车轮的侧向反作用力达到附着力时。汽车将沿侧向力的作用方向而滑移。侧向力同时将引起左、右车轮法向作用力力的作用方向而滑移。侧向力同时将引起左、右车轮法向作用力的改变，当一侧车轮的法向反作用力变为零时，将发生侧向翻车。的改变，当一侧车轮的法向反作用力变为零时，将发生侧向翻车。

• 车速达到车速达到 uurr,, 致使离心惯性力致使离心惯性力 FFj j = Gu= Gur r 22/gR/gR 与重力与重力 GG 的合力的合力 FF的作用线，通过外侧车轮与地面的接触线时，内侧车轮对路面的的作用线，通过外侧车轮与地面的接触线时，内侧车轮对路面的载荷为零载荷为零 ,,汽车将失去操纵并可能侧翻。汽车将失去操纵并可能侧翻。

• 不发生侧翻的临界车速：不发生侧翻的临界车速：　 　 　 　 • 　　若转弯车速为若转弯车速为 usus 时发生侧滑，应满足： 时发生侧滑，应满足： GuGus s 22/gR = Gφ/gR = Gφ• 产生侧滑的条件是产生侧滑的条件是 uuss < u < urr• B/2 hB/2 hgg称为汽车侧向稳定性系数。称为汽车侧向稳定性系数。

ghgRB

ur 2

1919

汽车的侧翻汽车的侧翻• φ< B/2 hg φ< B/2 hg • 一般干燥的沥青路面的一般干燥的沥青路面的φφ 值为值为 0.7-0.80.7-0.8。。

• 轮距轮距 BB受车宽小于或等受车宽小于或等于于 2.5m2.5m的限制，要避的限制，要避免侧翻应力求降低质心免侧翻应力求降低质心高度，一般车辆都能满高度，一般车辆都能满足要求。 足要求。

• 只有在装载货物质心太只有在装载货物质心太高且偏向车厢的一侧，高且偏向车厢的一侧，或者转向时车速过高，或者转向时车速过高，转动转向盘过急，风过转动转向盘过急，风过大时，就产生侧翻。大时，就产生侧翻。

2020

转向轮的摆振与稳定转向轮的摆振与稳定 • 稳定性因数是决定汽车响应的一个重要参数。稳定性因数是决定汽车响应的一个重要参数。• 在实际当中．汽车沿曲线行驶时，前后轴左、右两侧车轮的垂在实际当中．汽车沿曲线行驶时，前后轴左、右两侧车轮的垂

直载荷要发生变化．车轮常有外倾角，且由于悬架导向杆系的运直载荷要发生变化．车轮常有外倾角，且由于悬架导向杆系的运动及变形，外倾角也发生变化。动及变形，外倾角也发生变化。

• 影响行驶系和转向系零件的使用寿命，因此，分析这种现象产影响行驶系和转向系零件的使用寿命，因此，分析这种现象产生的原因，从而采取相应的措施．具有极其重要的意义。生的原因，从而采取相应的措施．具有极其重要的意义。

• 一、转向轮的摆振一、转向轮的摆振• ((一一 ))前轴角振动引起转向轮摆振 前轴角振动引起转向轮摆振 • 　 　 ((二二 ))车轮不平衡引起转向轮摆振 车轮不平衡引起转向轮摆振 • ((三三 )) 运动干涉引起的摆振 　运动干涉引起的摆振 　• 二、转向轮的稳定二、转向轮的稳定• 前面分析的是引起转向轮摆振的原因，但这些原因不一定就造成转向轮的摆振，因为转向前面分析的是引起转向轮摆振的原因，但这些原因不一定就造成转向轮的摆振，因为转向

轮还有阻止其发生摆振的稳定效应。轮还有阻止其发生摆振的稳定效应。• 　　稳定力矩有稳定力矩有• ((一一 )) 由于主销内倾，垂直反力由于主销内倾，垂直反力 ZZ产生的稳定力矩产生的稳定力矩• ((二二 )) 由于主销后倾，侧向反力由于主销后倾，侧向反力 yy产生的稳定力矩 产生的稳定力矩 • ((三三 )) 由于侧偏，侧向反力产生的稳定力矩由于侧偏，侧向反力产生的稳定力矩• (( 四四 )) 由于侧偏，切向反力产生的稳定力矩由于侧偏，切向反力产生的稳定力矩• ((五五 ))转向系的摩擦力矩 转向系的摩擦力矩

2121

5.2 5.2 提高操纵稳定性的电子控制系统简介提高操纵稳定性的电子控制系统简介

•5.2.1 5.2.1 四轮转向系统－四轮转向系统－ 4WS4WS•5.2.2 5.2.2 车辆动力学系统－车辆动力学系统－ VDCVDC•5.2.3 5.2.3 可变力动力转向系统可变力动力转向系统

2222

5.3 5.3 汽车转向系的检测汽车转向系的检测

•5.3.1 5.3.1 车轮定位的检测车轮定位的检测•前轮定位：前轮定位：• 前轮外倾前轮外倾• 前轮前束前轮前束• 主销后倾主销后倾• 主销内倾主销内倾

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•后轮定位：后轮定位：• 后轮外倾后轮外倾• 后轮前束后轮前束

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四轮定位仪器的结构、工作原理及使用四轮定位仪器的结构、工作原理及使用

2525

2626

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侧滑检测侧滑检测 • 为保证汽车转向车轮无横向滑移的直线滚动，为保证汽车转向车轮无横向滑移的直线滚动，

要求车轮外倾角和车轮前束有适当配合，当车要求车轮外倾角和车轮前束有适当配合，当车轮前束与车轮外倾角匹配不当时，车轮就可能轮前束与车轮外倾角匹配不当时，车轮就可能在直线行驶过程中不作纯滚动，产生侧向滑移在直线行驶过程中不作纯滚动，产生侧向滑移现象。现象。

• 　一　一 .. 汽车车轮侧滑检验台的结构与工作原理汽车车轮侧滑检验台的结构与工作原理• ((一一 ))汽车车轮侧滑检验台的结构汽车车轮侧滑检验台的结构• 侧滑台是使汽车在滑动板上驶过时，用测量滑动板侧滑台是使汽车在滑动板上驶过时，用测量滑动板左右移动量的方法来测量车轮侧滑量的大小和方向，左右移动量的方法来测量车轮侧滑量的大小和方向，并判断是否合格的一种检测设备。并判断是否合格的一种检测设备。

• 目前，在国内侧滑台有单板式侧滑台和双板联动式目前，在国内侧滑台有单板式侧滑台和双板联动式侧滑台。侧滑台。

3030

((二二 ))侧滑台的工作原理侧滑台的工作原理 • 双板联动式侧滑台的工作原理如下。双板联动式侧滑台的工作原理如下。• 1)1)滑动板仅受到车轮外倾角的作用； 滑动板仅受到车轮外倾角的作用； • 2)2)滑动板仅受到车轮前束的作用； 滑动板仅受到车轮前束的作用； • 3)3)滑动板受到车轮外倾角和前束角的同时作滑动板受到车轮外倾角和前束角的同时作

用。用。• 　　 (1)(1) 若前进时的侧滑量若前进时的侧滑量 AA大于一定的正数，大于一定的正数，

后退时的侧滑量后退时的侧滑量 BB大于另一正数，则侧滑主要大于另一正数，则侧滑主要是由外倾所引起的。是由外倾所引起的。

• (2)(2)前进时的侧滑量前进时的侧滑量 AA小于一定的负数，后小于一定的负数，后退时的侧滑量退时的侧滑量 BB大于某一正数，则侧滑主要由大于某一正数，则侧滑主要由前束所引起。前束所引起。

• (3)(3)外倾角引起的侧滑量外倾角引起的侧滑量 SSaa =(A-B) =(A-B) ／／ 22 。。• 　前束所引起的侧滑量：　前束所引起的侧滑量： SStt =(A-B) =(A-B) ／／ 22 。 。

3131

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双板联动式侧滑台的结构双板联动式侧滑台的结构• 　　双板联动式侧滑台的结构如下，由机械部分、测量装置、指示双板联动式侧滑台的结构如下，由机械部分、测量装置、指示装置等几部分组成。机械部分包括：左右滑动板、双摇臂杠杆机装置等几部分组成。机械部分包括：左右滑动板、双摇臂杠杆机构、回位装置、导向和限位装置等。构、回位装置、导向和限位装置等。

3333

侧滑台的使用侧滑台的使用• 不同型号的侧滑台，其使用方法有所区别，不同型号的侧滑台，其使用方法有所区别，

应根据使用说明书制订操作规程，一般都应进应根据使用说明书制订操作规程，一般都应进行如下工作：行如下工作：

• 　　 11 ．检测前的准备．检测前的准备• 　　 22 ．检测步骤．检测步骤• (1)(1) 松开滑动板的锁止手柄，接通电源。松开滑动板的锁止手柄，接通电源。• (2)(2)汽车以汽车以 3-5km/h3-5km/h 的低速垂直地使被测车轮通过滑动板。速的低速垂直地使被测车轮通过滑动板。速

度过高会因为板的惯性力和仪表的动态响应迟滞而影响测量精度；度过高会因为板的惯性力和仪表的动态响应迟滞而影响测量精度；速度过低也会引起失真误差。速度过低也会引起失真误差。

• (3)(3)当被测车轮从滑板上完全通过时，察看指示仪表，读取最当被测车轮从滑板上完全通过时，察看指示仪表，读取最大值，注意记下滑动板的运动方向，即区别滑动板是向内还是向大值，注意记下滑动板的运动方向，即区别滑动板是向内还是向外滑动。进行记录时，应遵循如下约定：滑动板向外侧滑动，侧外滑动。进行记录时，应遵循如下约定：滑动板向外侧滑动，侧滑量记为负值，表示车轮向内侧滑动滑量记为负值，表示车轮向内侧滑动 (( 即即 IN)IN) ；滑动板向内侧滑；滑动板向内侧滑动，侧滑量记为正值，表示车轮向外侧滑动动，侧滑量记为正值，表示车轮向外侧滑动 (( 即即 OUT)OUT)。。

• (4)(4)检测结束后，锁止滑动板，切断电源。检测结束后，锁止滑动板，切断电源。

3434

侧滑台的使用侧滑台的使用 • 33 ．检测时的注意事项．检测时的注意事项• (1)(1)不允许超过容许吨位的汽车驶入侧滑台，不允许超过容许吨位的汽车驶入侧滑台，

以防压坏或损伤易损机件。以防压坏或损伤易损机件。• (2)(2)不允许汽车在侧滑台上转向或制动，因不允许汽车在侧滑台上转向或制动，因

为会影响测量精度和检验台的使用寿命。为会影响测量精度和检验台的使用寿命。• (3)(3)前驱动的汽车在测试时，不应该突然加前驱动的汽车在测试时，不应该突然加油、收油或踏离合器，这样会改变前轮受力状油、收油或踏离合器，这样会改变前轮受力状态和定位角，造成测量误差。 态和定位角，造成测量误差。

• ((二二 ))侧滑台的维护侧滑台的维护• 三、侧滑台的检定和调整三、侧滑台的检定和调整

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注意注意

•车轮外倾－－引起车轮外倾－－引起向内向内侧滑侧滑•车轮前束－－引起车轮前束－－引起向外向外侧滑侧滑