第五章 汽车的操纵稳定性
5.1 一轿车（每个）前轮的侧偏刚度为
角。
解：有外倾角时候的地面侧向反作用力为
F
-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
Y
k
k （其中k为侧偏刚度，kr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：
k k
代入数据，解得
侧偏角为-0.611rad。
i = 0.611 rad，另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
5.2 6450N轻型客车在试验中发现过多转向和中性转向现象，工程师们在悬架上加装横向稳定杆以提高前悬架的
侧倾角刚度，结果汽车的转向特性变为不足转向。试分析其理论依据（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，车厢侧倾角决定于侧倾力矩
M r和悬架总的角刚度 K r ,
M
即r
—。
K r
前、后悬架作用于车厢的恢复力矩增加：
T
r1 r1 r , r2 r2 r
KTK
其中K r1 , K r2分别为前、后悬架的侧倾角刚度，悬架总的角刚度
K r为前、后悬架及横向稳定杆的侧倾角
刚度之和。
由以上的分析易知，当增加横向稳定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
5-46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 系数S.M.等。
它们之间的彼此关系为：
（1
2），转向半径的比 R/R0,静态储备
K （ 1
R R0
1
2
） （ 1为侧向加速度的绝对值）；
ay
1 Ku2 ；
k。
a
S.M
= b L1, 2分别为汽车前、后轮的侧偏刚度，为汽车质心到前轴的距离，为前、后轴之间的距
（k
k
a
L
离）。
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5.4举出三种表示汽车稳态转向特性的方法，并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定性因数，前、后轮的侧偏角绝对值之差 静态储备系数S.M.①讨论汽车重心位置对稳态转向特性的影响，由式（
等。
（i 2），转向半径的比R/Ro,
5-17）
S M = —
a
a a
L k1 k2 L
（ a'为中性转向点至前轴的距离）
S . M. = 0,汽车为中性转向特性；
当中性转向点与质心位置重合时， 当质心在中性转向点之前时， 当质心在中性转向点之后时，
a , S.M.为正值，汽车具有不足转向特性;
a' a, S.M.为负值，汽车具有过多转向特性。 a' ②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量。
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 轮还将受到地面侧向反作用力。
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， 自动回正，可保证汽车支线行驶的稳定性。
汽车转向轮的回正力矩来源于两个方面，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；速度越高，回正力矩就越大。
主销后倾将产生车轮转向反方向的力矩使车轮
5.7横向稳定杆起什么作用？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：横向稳定杆的主 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，横向稳定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。横向稳定安装的位置也是由于前、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某种汽车的质心位置、轴距和前后轮胎的型号已定。按照二自由度操纵稳定性模型，其稳态转向特性为过多 转向，试找出五种改善其
特性的方法。
答：①增加主销内倾角；②增大主销后倾角；③在汽车前悬架加装横向稳定杆；④使汽车前束具有在压缩行程减 小，复原行程增大的特性；⑤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定。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 稳定性因数、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置对稳态响应指标的影响：
S.M.= —
L
a
a
血 a （ a'
k
2
k1 k2 L k, k2
L，为中性转向点至前轴的距离）
当中性转向点与质心位置重合时， 当质心在中性转向点之前时， 当质心在中性转向点之后时，
S.M. = 0,汽车为中性转向特性；
a' a , S.M.为正值，汽车具有不足转向特性; a' a, S.M.为负值，汽车具有过多转向特性。
| z 3885kg m
m=1818.2kg
2
5.11二自由度轿车模型的有关参数如下：
绕Oz轴转动惯量 总质量 距 轴
L=3.048m
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质心至前轴距离 a=1.463m
质心至后轴距离 b=1.585m 前轮总侧偏刚度
ki=-62618N/rad
后轮总侧偏刚度 k2=-110185N/rad 转向系总传动比
i=20 试求：
1) 稳定性因数K、特征车速Uch。
2) 稳态横摆角速度增益曲线 — Ua、车速u=22.35m/s时的转向灵敏度 —。
s sw
3) 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 1
R/R o(Ro=15m)。
4) 车速u=30.56m/s时，瞬态响应的横摆角速度波动的固有(圆)频率 °、阻尼比
反应时间
注意：2)所求的转向灵敏度 一匚中的sw是指转向盘转角，除以转向系传动比才是车轮转角。 sw
解: 1)稳定性因数 m a b 1818.2 1.463 1.585
L2 k110185 62618 0.0024s2 /m2
2 k1 3.0482
特征车速 uch 1/K 20.6m/s 74.18km/h
2)稳态横摆角速度增益曲线
—
U
a如下图所示：
s
车速u=22.35m/s时的转向灵敏度—3.3690 /20=0.168
sw
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2与转弯半径的比值、反应时间 与峰值
汽车理论最新版课后答案第5、6章
