工学武汉理工大学汽车理论57章课堂思考题Word文件下载.docx
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些？
等速直线行驶时，急剧转动转向盘至某一转角，
并维持此转角不变，即对汽车以转向盘角阶跃输入。
●一般汽车经短暂的过渡过程后进入等速圆周行驶，
称为转向盘角阶跃输入下的稳态响应。
在等速直线
行驶和等速圆周行驶两个稳态运动之间的过渡过程
所对应的瞬间运动响应称为转向盘角阶跃输入下的
瞬态响应。
●其评价参量有：
稳态横摆角速度增益（转向灵敏
度）、反应时间、横摆角速度波动的无阻尼圆频率。
典型行驶工况性能主要包括蛇行性能、移线性
能、双移线性能（回避障碍性能）。
}其评价参量主要有转向盘转角、转向力、侧向加
速度、横摆角速度、侧偏角、车速等。
图中OXYZ坐标系固定在车身上，原点O为汽
车的质心，处于汽车左右对称平面内，X轴为车
身纵向水平轴，方向向前。
Z轴通过质心指向上
方，Y轴水平向左。
●在车辆坐标系中描述的汽车运动包括汽车质心速
度在X轴、Y轴和Z轴上的分量（分别称为前进速
度u、侧向速度v和垂直速度），以及车身角速度
在X轴、Y轴和Z轴上的分量（分别称为侧倾角速
度ωp、俯仰角速度ωq和横摆角速度ωr）。
}什么是轮胎坐标系？
正的回正力矩、侧偏角和外
倾角是如果定义的？
}什么是侧偏现象？
何时会出现？
}什么是侧偏特性？
侧偏力和侧偏角的关系如何？
}轮胎结构及工作条件对侧偏特性的影响如何？
}为何有回正力矩存在还有可能造成翻倾事故？
正的回正力矩、侧偏角和外倾
角是如果定义的？
轮胎坐标系原点O为车轮平面和地平面的交线与车轮
旋转轴线在地平面上投影线的交点。
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
进方向时指向左方为正。
●地面反作用力产生绕Z轴的回正力矩按右手法则判断正
负；
侧偏角是轮胎接地印迹中心（即坐标系原点）位移
方向与X轴的夹角，偏向XOY平面第一象限为正；
外倾
角是垂直平面（XOZ面）与车轮平面的夹角，规定偏向右
方为正（即右轮外倾角为正，左轮外倾角为负）。
轮胎的侧偏现象，是指当车轮有侧向弹性时，
即使地面的侧向反作用力FY（即侧偏力）没有达
到附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平面的
现象。
●汽车行驶过程中，因路面侧向倾斜、侧向风或曲
线行驶时离心力等的作用，车轮中心沿Y轴方向
将作用有侧向力F，在地面上产生相应的地面侧
y
向反作用力F（即侧偏力）时会出现侧偏现象。
Y
侧偏特性主要是指侧偏力、回正力矩与侧偏角
间的关系。
●汽车正常行驶时，侧向加速度不超过0.4g，侧偏
角不超过4°
～5°
，可以认为侧偏角与侧偏力成线
性关系。
F～α曲线在α＝0°
处的斜率，称为侧偏
刚度k，单位为N/rad或N/（°
）。
即：
FY=kα
尺寸↑的轮胎，k↑；
●子午线轮胎接地面宽，k↑；
●钢丝轮胎比尼龙轮胎k↑；
●扁平率（高宽比）：
H/B↓，k↑；
●在一定范围内，载荷↑（FZ↑），k↑。
但载荷↑↑时，
k↓；
●轮胎充气压力↑，k↑；
●行驶车速对k影响较小；
●切向作用力F增加，侧偏力FY减小；
X
●潮湿特别在积水时，k↓很大。
通过对侧偏力引起的稳定回正力矩的分析：
1）侧偏力F较小时，其轮胎拖距e较小，此时回正
力矩T=F×
e较小；
Z
2）侧偏力F增加时，其轮胎拖距e也随之增大，此
时回正力矩T增大；
3）随着侧偏力F进一步加大，接地印记后部部分
达到附着极限，轮胎拖距e逐渐减小，此时回正力
矩T也有所减小；
4）之后接地面后部发生侧向滑动，轮胎拖距e变为
负值，此时回正力矩TZ不再起回正作用，而是加
剧转向，这时就有可能造成翻倾事故。
}外倾角与外倾侧向力的关系如何？
外倾角如何产
生回正力矩，其正负符号如何？
}什么是线性二自由度汽车模型？
如何将汽车简化
为线性二自由度汽车模型？
外倾侧向力F与外倾角γ是线性关系，即
Yγ
FYγkγ
-
=
-+
γ
}由于车轮的向前滚动，轮胎和地面的相互作用力
（分布力）偏向前方，外倾侧向力F的作用点和地
面垂直反力FZ类似也偏向前方，因此产生绕OZ轴的
回正力矩。
}在轮胎坐标系中，右轮的外倾角为正，产生负的外
倾侧向力，产生负的回正力矩。
线性二自由度汽车模型是指仅有沿y轴的侧向
速度v和绕z轴的横摆运动ωr，且轮胎的侧偏特性
处于线性范围的汽车模型。
}简化过程：
●忽略转向系统的影响，直接以前轮转角δ作为输入；
●忽略悬架的作用；
车身只作平行于地面的平面运
动（即w、ω、ω均为0）；
P
q
●汽车前进速度u不变；
●汽车的侧向加速度ay<
0.4g。
}稳态横摆角速度增益的表达式？
式中各参数的含
义及单位？
}为什么可以用稳定性因数K来判断汽车稳态响应
的类型？
}什么是特征车速和临界车速？
如何计算？
有何意
义？
}有哪几种表示汽车稳态转向特性的方法。
}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？
ωu/L
δ1+Ku2
mab）
r
K=
（
L
2
kk
1
●ω/δ——横摆角速度增益；
●u——速度,m/s；
L——轴距，m；
/m2；
m——汽车质量，kg；
●K——稳定性因数，s2
●a，b——汽车质心至前、后轴的距离，m；
●k，k——汽车前、后轮侧偏刚度，N/rad。
（负值）
uδ
因为
⇒R=δL（1+Ku
）=R0（1+Ku
）
22
R=uω
=ωrδ=uL
1+Ku
●所以按照三种汽车稳态响应类型的定义有：
}K=0R=RNeutralSteer中性转向
}K>
0R>
RUndersteer不足转向
}K<
0R<
ROversteer过多转向
有何意义？
当车辆为不足转向时，车速为特征车速uch时，
汽车稳态横摆角速度增益达到最大值，而且其值为
中性转向汽车横摆角速度增益的50%。
●计算式为：
uch=1K
●特征车速u是表征不足转向量的一个参数。
当不
ch
足转向量增加时，K增大，特征车速uch降低。
另外
对于高速行驶轿车，一般特征车速u在
70~80km/h左右，即汽车常用车速时转向灵敏度
较高。
}答：
当车辆为过多转向时，当车速为ucr时，汽车横
摆角速度增益趋向于无穷大，汽车将失去稳定性。
ucr称为临界车速，是表征过多转向量的一个参数。
临界车速ucr越低，过多转向量越大。
}计算式：
=
u-1K
cr
}临界车速u的意义在于过多转向时，如果接近临界
车速ucr时汽车将失去稳定性。
因为此时ω/δ趋于无
穷大时，只要极其微小的前轮转角便会产生极大的横
摆角速度。
这意味着汽车的转向半径R极小，汽车发
生激转而侧滑或翻车。
1）根据汽车稳态转向三种类型的定义，即
R/R的关系来判断；
2）根据稳定性因数K值来判断；
3）根据前后车轮侧偏角绝对值的差即（α1-α2）
来判断；
4）根据静态储备系数S.M.来判断；
5）根据中性转向点Cn与汽车质心C的位置关系来
判断。
R/R0>
1⇔K>
0⇔（α1-α2）>
0
⇔S.M.>
0⇔质心C在中性转向点Cn之前
表征稳态响应的具体参数通常有R/R、K、
（α1-α2）、S.M.等。
它们之间的相互关系如
下：
R/R0=1+Ku2
α1-α2=KayL
δ
R=δ-（α1-α2）
⇒R/R=δ-（α1-α2）
k2
-＝12
akkL
S.M.=k1+k2Lk1+k2m
K
}前轮角阶跃输入下的瞬态响应中用来表征响应品
质好坏的参数主要有哪些？
}什么是车厢侧倾轴线、侧倾中心？
}什么是悬架的线刚度？
单横臂独立悬架的线刚度
}什么是悬架的侧倾角刚度？
}侧倾力矩由哪三部分组成？
（1）横摆角速度ωr波动的固有（圆）频率ω0
ω0=Lkk
（2）
+
121Ku
umIZ
●ω值应高些为好，这样可以减少谐振的倾向。
通常
f=ω/2π，f0值在1H左右。
ζ=-ma2k1+b2k2Ikk
2LmIZk1k21+Ku
（2）阻尼比ζ
-（+）
（）
●随着阻尼比ζ的增大，横摆角速度ωr的衰减很快，
汽车的操纵稳定性也
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